Optimizing flash sintering outcomes using response surface methodology

Autor(es)

Fábulo Ribeiro Monteiro ^[1] ; João Vitor Campos ^[2] ; Gustavo César Dacanal ; Lilian Menezes Jesus ^[4] ; Adilson Luiz Chinelatto ^[5] ; Eliria Maria de Jesus Agnolon Pallone ; Rafael Vieira de Sousa ^[7]

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] University of São Paulo. FZEA - Brasil

^[2] Federal University of São Carlos. Center for Research, Technology and Education in Vitreous Materials. Department of Materials Engineering - Brasil

^[4] Federal University of de São Carlos. Department of Physics - Brasil

^[5] State University of Ponta Grossa. Department of Materials Engineering - Brasil

^[7] University of São Paulo. FZEA. Department of Biosystems Engineering - Brasil

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Cerâmica; v. 71, 2025-02-28.

Resumo

Abstract Flash sintering, renowned for its rapid densification of ceramic materials, lacks comprehensive studies on the influence of electric field and current density on densification due to potential variations based on furnace type and sample geometry. This study introduces a computational modeling technique using response surface methodology to predict densification, onset temperature, and steady-state temperature in flash sintering. A mathematical model was developed to optimize densification in 8YSZ cylindrical and dog-bone samples, employing a central composite design combined with response surface methodology. Results predicted optimal electric field and current density values for densification across both geometries, elucidating their effects on onset and sample temperatures. Validation showed less than 5 % variation from experimental values, except for onset temperature and T BBR in dog-bone samples, with 11 % and 13 % variations, respectively. These findings suggest the technique could be extended to incorporate additional process boundary conditions for different sample geometries, broadening its applicability. (AU)

• Processo FAPESP: 18/19370-6 - Processamento Assistido por Campo Elétrico de Eletrocerâmicas: características (micro)estruturais e propriedades dielétricas
• Beneficiário: Lilian Menezes de Jesus
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Processo FAPESP: 19/14677-9 - Influência da técnica Multi Step Flash Sintering no controle microestrutural da ZrO2
• Beneficiário: Eliria Maria de Jesus Agnolon Pallone
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 15/07319-8 - Estudo de sinterização ultra rápida e de baixo consumo energético: flash Sintering
• Beneficiário: Eliria Maria de Jesus Agnolon Pallone
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 21/06509-9 - Sinterização com cristalização concorrente de vitrocerâmicas condutoras iônicas via flash sintering
• Beneficiário: João Vitor Campos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 23/18168-7 - Cristalização ultra-rápida de condutores iônicos com estrutura NaSICON de alta entropia para baterias de estado sólido
• Beneficiário: João Vitor Campos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado