Uno studio di Azar et al.330 ha raggiunto una densità teorica del 98% utilizzando una miscela di allumine di transizione (70:30;δ:γ) e raggiungendo una temperatura di sinterizzazione pari a 1700°C. Tali risultati sono sovrapponibili a quelli raggiunti dalla presente ricerca di dottorato nell'ambito della quale non sono stati superati i 1600°C (Tab. 15). Bisogna inoltre sottolineare che le particelle utilizzate nello studio di Azar (47nm), seppure siano confrontabili per diametro con quelle utilizzate in questa ricerca di Dottorato (50nm), erano dotate di una BET (Brunauer, Emmett and Teller - Area
aspecifica Superficiale) molto superiore (35m2/g) e quindi di una reattività potenzialmente superiore durante la sinterizzazione.Come nella nostra ricerca, anche nel lavoro di Azar, la dispersione elettrostatica della sospensione tal quale era stata raggiunta utilizzando solo acido cloridrico. Il pH della sospensione era stato fissato ad un valore di 4.5. Questo studio ha dimostrato come lo slip casting permetta di ottenere, rispetto alla pressatura, una microstruttura in verde omogenea, priva di agglomerati e con una limitata porosità. Il raggiungimento di una temperatura di sinterizzazione di 1700°C ha però determinato la perdita della nanostruttura.
Le densità teoriche ottenute sinterizzando i provini di α-allumina (Tab. 16) sono invece leggermente inferiori a quelle riportate in letteratura331 e tale risultato può essere spiegato con le basse densità che presentavano i campioni allo stato verde. In questo caso infatti il processo di sinterizzazione non è stato in grado di eliminare le ampie porosità dei campioni allo stato verde.
Bowen et al.332 hanno ottenuto una densità dell'86% utilizzando una polvere con circa il 10% di semi di α-allumina. Al contrario le polveri che presentavano semi di α-allumina e che sono anche state sottoposte a 3 ore di attrition milling, hanno permesso di raggiungere densità dei sinterizzati oltre il 98%, ma con granulometrie nell'ordine di 1 μm. Le sospensioni di γ-allumina che contenevano la magnesia come dopante e che erano state sottoposte ad attrition milling, hanno raggiunto densità e granulometrie simili, ma senza l'allungamento dei grani osservato in assenza del dopante. Nello studio di Bowen la sinterizzazione in due stadi della γ-allumina dopata ha permesso di raggiungere grani di dimensioni intorno a 600 nm.
Palmero et al.333 hanno valutato l'influenza di differenti heating rate (1°C/min oppure 10°C/min) sulla microstruttura di provini allo stato verde prodotti utilizzando sospensioni a base di nano-allumine di transizione.Un heating rate più lento (1°C/min) porterebbe ad una riduzione significativa della temperatura di transizione di fase e sarebbe in grado di promuovere un riarrangiamento delle particelle più favorevole. In aggiunta un lento heating rate potrebbe prevenire lo sviluppo della struttura vermicolare che solitamente si viene a creare durante l'addensamento di un'allumina di transizione e consentirebbe di ottenere una microstruttura più omogenea nel materiale sinterizzato. Un heating rate più elevato determinerebbe invece la formazione di una struttura ricca di porosità e con una densità teorica finale più bassa. Nonostante il basso heating rate abbia permesso di raggiungere una microstruttura omogenea, la dimensione dei grani ha raggiunto circa 1.5 μm. Nella presente ricerca di Dottorato, nei provini sinterizzati con i cicli di sinterizzazione che prevedevano heating- rate troppo rapidi, oppure temperature troppo basse, è stato possibile riscontrare la presenza di una struttura vermicolare come riportato nello studio della Palmero ed in
altri lavori. D’altra parte l’impiego di heating rate più lenti ha effettivamente provocato un aumento della dimensione dei grani superando quello che è il range nanometrico. Kuskonmazin et al.334 sono riusciti a ottenere a granulometria di 200 nm ed una densità teorica del 98% operando una sinterizzazione a 1000°C per 1 minuto ed applicando contemporaneamente una pressione di 7 GPa.
Nordahl et al.335 hanno dimostrato che la presenza dell'1.25% in peso di semi di nucleazione (seeds crystals) di α-allumina è potenzialmente in grado di ridurre da 1600°C a 1400°C la temperatura di sinterizzazione in campioni realizzati per pressatura a secco. Tale temperatura ha permesso di ottenere una granulometria dell'allumina sinterizzata all’interno del range nanometrico.
Altri Autori hanno confermato l'importanza di piccole percentuali di α-allumina all'interno di sospensioni a base di allumine di transizione (γ, δ, θ). Kumagai et al.336 hanno dimostrato l’importanza del processo noto come "semina": la presenza di nanoparticelle della fase che si vuole ottenere ad alta temperatura facilita la trasformazione di fase delle altre che devono trasformarsi. Eliminando la fase di nucleazione, è necessaria meno energia per la trasformazione di fase che pertanto può verificarsi ad una temperatura più bassa. L'1.5% in peso di particelle di α-allumina con dimensioni 0.1μm rappresenterebbe una concentrazione ottimale per ottenere la trasformazione da θ a α-allumina.
Bossert e Fidancevska 337 hanno evidenziato che la struttura micro-vermicolare che si viene a costituire a 1500°C in assenza di semi di α-allumina è caratterizzata dalla presenza di porosità di 0.5-1.8 micron. Durante le trasformazioni di fase da θ-Al2O3 (densità di 3,56 g/cm3) a α-Al2O3 (3.986 g/cm3) c'è una diminuzione del 10% nel volume specifico. Come risultato della riduzione del volume e della bassa densità di nucleazione reale (108-1011 nuclei/cm3), durante la trasformazione, le colonie di α-Al2O3 si allontanano dalla matrice e si sviluppa una microstruttura con morfologia vermicolare contenente molte porosità interconnesse. Tali porosità sono dello stesso ordine di grandezza delle dimensioni finali dei grani. Per eliminare le porosità che caratterizzano la struttura vermicolare sono richieste temperature di sinterizzazione superiori a 1600°C.338
In letteratura sono state proposte altre strategie per contere l'aumento delle dimensioni dei grani. L’applicazione di pressioni nell’ordine di 5-7 GPa e di una temperatura di sinterizzazione intorno a 500-700°C. L'applicazione di tale pressione infatti determina una diminuzione della temperatura della transizione di fase ed un aumento del tasso di nucleazione permettendo di mantenere la nanostruttura nel campione sinterizzato.339
Sulla base di questi risultati, gli Autori sottolineano che le nanoparticelle contenenti solo allumine di transizione possiedono una reattività troppo bassa per raggiungere
una completa sinterizzazione. Ma l'applicazione preliminare di un processo di ball
milling (da 0.5h a 1.5h) su tali polveri si è dimostrato efficace nell'aumentare la BET
delle particelle e la loro reattività durante la sinterizzazione.
Altri lavori presenti in letteratura hanno seguito un differente approccio. Bodišová et al.340 hanno ottenuto, aggiungendo 500ppm di MgO sotto forma di una nano-polvere di MgAl2O4, densità superiori al 99% ed un contenimento della crescita dei grani sinterizzando una nano-allumina con una tecnica a due step. Altri Autori,341 impiegando particelle di α-Al2O3 delle dimensioni di 200nm, hanno raggiunto un miglior controllo della granulometria media utilizzando una tecnica di sinterizzazione in due step senza l'utilizzo di dopanti.
Ottimi risultati sono stati ottenuti anche operando una sinterizzazione mediante microonde dei provini realizzati in allumina nanometrica.342
Per spiegare la variabilità di questi risultati bisogna considerare che esistono alcune caratteristiche delle polveri di partenza che possono significativamente influenzare la sinterizzabilità delle polveri ceramiche: l’area specifica superficiale (BET), la fase cristallina di partenza, la purezza chimica e la distribuzione granulometrica.343