Técnicas de conformado de cerámica

Las técnicas de modelado cerámico son métodos para dar forma a la cerámica , que se utilizan para fabricar desde vajillas como teteras hasta cerámica de ingeniería como componentes informáticos. Entre las técnicas de alfarería se incluyen el torno de alfarero , el moldeo por colada y muchas otras.

En muchos ámbitos tecnológicos, resulta conveniente contar con métodos para dar forma compleja a polvos de materias primas cerámicas. Por ejemplo, estos métodos son necesarios para la producción de piezas estructurales avanzadas de alta temperatura, como componentes de motores térmicos, recuperadores y similares, a partir de polvos de materias primas cerámicas.

Existen muchas técnicas de moldeo para fabricar cerámica, pero un ejemplo es el moldeo por colada . En este proceso, se vierte barbotina o arcilla líquida en un molde de yeso . El agua de la barbotina se absorbe en las paredes del molde, dejando una capa interior de arcilla sólida que se endurece rápidamente. Una vez seca, la arcilla sólida se puede retirar. La barbotina utilizada en el moldeo por colada suele licuarse con una sustancia que reduce la necesidad de añadir agua para ablandarla (a menos que se desee el agrietamiento ); esto evita la contracción excesiva que se produce cuando una pieza con alto contenido de agua se seca. Otra opción es secar las piezas lentamente. ^{[ 1 ]}

Los métodos de colada en barbotina proporcionan una calidad superficial, densidad y uniformidad superiores en la fundición de materias primas cerámicas de alta pureza en comparación con otras técnicas de fundición cerámica, como la fundición hidráulica, ya que la pieza fundida presenta una mayor concentración de materias primas cerámicas con pocos aditivos. La barbotina es una suspensión de polvo fino de materias primas en un líquido como agua o alcohol con pequeñas cantidades de materiales secundarios como dispersantes, tensioactivos y aglutinantes. Las técnicas de colada en barbotina para cerámica emplean un molde de yeso o de matraz. El molde de yeso absorbe el agua de la barbotina vertida para compactarla y formar la pieza fundida en la superficie del molde. Esto crea una pieza fundida densa, eliminando las burbujas de aire perjudiciales y minimizando la contracción en el proceso de sinterización final.

Véase también Sinterización selectiva por láser .

Para la producción de formas complejas en pequeñas cantidades, la fabricación aditiva (FA) representa un enfoque eficaz y es objeto de una importante investigación y desarrollo. A diferencia de la fabricación aditiva de materiales poliméricos, el alcance de la FA de cerámica sigue siendo bastante limitado debido a los desafíos del procesamiento de materiales. Los equipos disponibles comercialmente para la FA de cerámica se basan principalmente en la sinterización capa por capa de polvos y rara vez son rentables. Sin embargo, las dificultades en el mecanizado de artículos cerámicos hacen que las técnicas de FA puedan ser atractivas en situaciones donde los volúmenes de producción son demasiado bajos para producir moldes viables para métodos de colada en barbotina. En particular, la fabricación aditiva de cerámica a partir de polímeros precerámicos mediante técnicas como la estereolitografía , con posterior pirólisis para obtener cerámica derivada de polímeros , representa un enfoque emergente para abordar el desafío de la fabricación aditiva de cerámica. ^{[ 2 ]}

Las técnicas de moldeo en cáscara cerámica, que utilizan sílice, circonia y otros materiales refractarios, se emplean actualmente en la industria de componentes metálicos para la fundición en red, formando moldes de precisión para la fundición de metal fundido. Esta técnica consiste en una inmersión sucesiva en húmedo seguida de un recubrimiento en polvo seco o estuco para formar la capa de cáscara del molde. El método de moldeo en cáscara se caracteriza por su estabilidad dimensional y se utiliza en numerosos procesos de fundición en red para la industria aeroespacial y otras industrias de fundición de metal fundido. Las instalaciones automatizadas emplean múltiples modelos de cera en soportes, grandes mezcladores de lodos y lechos de polvo fluidizado para la inmersión automatizada.

Al conformar materiales cerámicos técnicos a partir de polvos secos preparados para su procesamiento, el método de conformado depende del método de preparación del material y del tamaño y forma de la pieza a conformar. Los materiales preparados para el conformado de polvo seco se conforman comúnmente mediante prensado en seco en prensas de compactación de polvo mecánicas o hidráulicas , seleccionadas según la fuerza y ​​la profundidad de llenado de polvo necesarias. El polvo seco se descarga automáticamente en el inserto rígido de acero o carburo de tungsteno de la matriz, y los punzones lo compactan dándole la forma de la matriz. Si la pieza es grande y no es posible transmitir la presión adecuadamente para lograr una densidad de prensado uniforme, se puede utilizar el prensado isostático. Al prensarse isostáticamente, el polvo adopta la forma de una membrana flexible que actúa como molde, conformando la forma y el tamaño del polvo prensado. Las prensas isostáticas pueden ser prensas automáticas de alta velocidad y alta producción para piezas como aisladores cerámicos para bujías o boquillas de chorro de arena, o prensas de "bolsa húmeda" de funcionamiento más lento, mucho más manuales, pero especialmente adecuadas para piezas en bruto mecanizables de gran tamaño o piezas que se cortarán o se les dará forma en operaciones secundarias hasta obtener la forma final.

Si se requieren piezas cerámicas técnicas con una relación longitud-diámetro muy grande, se puede utilizar la extrusión. Existen dos tipos de extrusoras de cerámica: una de pistón, que utiliza fuerza hidráulica para empujar un émbolo que, a su vez, empuja la cerámica a través del cilindro de material cargado hasta la matriz, donde se forma el extruido; y otra de tornillo sin fin, donde un tornillo gira forzando el material a través de la matriz, que nuevamente da forma a la pieza. En ambos tipos de extrusión, la materia prima debe plastificarse para permitir e inducir el flujo del material durante el proceso.

Las piezas cerámicas técnicas complejas se fabrican habitualmente mediante moldeo por inyección o moldeo por cera caliente. Ambos procesos utilizan plastificantes termosensibles que permiten que el material fluya hacia el molde. La pieza se enfría rápidamente para extraerla del molde. El moldeo por inyección de cerámica es muy similar al de plástico, ya que utiliza diversos polímeros como plastificantes. El moldeo por cera caliente utiliza principalmente parafina .

También existen varias técnicas tradicionales de construcción a mano , como el pellizco , la losa blanda , la losa dura y la construcción con rollos .

Otras técnicas consisten en enhebrar fibras de lana animal o artificial a través de barbotina de papel para crear capas de material. El resultado se puede envolver sobre formas o cortar, secar y unir posteriormente con papel líquido y blando.

Para la fabricación de láminas cerámicas muy finas, se suele utilizar la técnica de colada en cinta. Esta consiste en verter la barbotina (que contiene un polímero aglutinante para darle resistencia) sobre una cinta transportadora móvil y, a continuación, pasarla por debajo de una cuchilla dosificadora fija para ajustar su grosor. La barbotina se seca al aire y la cinta resultante se retira de la cinta, se corta en formas rectangulares y se procesa posteriormente. Se pueden apilar hasta 100 capas de cinta, alternadas con capas de polvo metálico conductor. Estas capas se sinterizan para eliminar el polímero y así fabricar condensadores, sensores, etc., multicapa. Según DW Richerson, de la Sociedad Americana de Cerámica , se fabrican más de mil millones de estos condensadores cada día. (Unos 100 se encuentran en un teléfono móvil típico y unos mil en un automóvil típico).

El moldeo en gel es otra técnica utilizada para crear cerámicas de ingeniería.

• Fundición en molde cerámico
• Yesería