La colada en cinta (también llamada rasqueta, recubrimiento con cuchilla y desplazamiento de vástago ) [1] es un proceso de colada utilizado en la fabricación de cintas y láminas cerámicas delgadas a partir de lechada cerámica . [2] La lechada cerámica se cuela en una capa fina sobre una superficie plana y luego se seca y sinteriza . [3] Es parte de la pulvimetalurgia . [4] : 167
La fundición en cinta se describió por primera vez como un método para producir condensadores en masa . [1] En esta primera descripción publicada en 1947, el proceso se describió como: [5]
"Se describe una máquina que extruye una barbotina cerámica con un aglutinante de resina sobre una cinta transportadora en movimiento. La lámina delgada es lo suficientemente resistente cuando está seca como para ser desprendida y cortada o perforada en cualquier forma plana deseada y cocida satisfactoriamente".
En 1960 se presentó una patente para la fundición de cintas multicapa y en 1996 se fundieron las primeras cintas de menos de 5 μm. [1]
El proceso de colada en cinta convierte el polvo cerámico en una película fina al convertirlo en una forma líquida, fundiéndolo sobre una superficie plana y secándolo. [6] El proceso implica varios pasos clave:
Preparación de la suspensión : La materia prima, típicamente polvo cerámico, se mezcla con solventes , dispersantes , aglutinantes, plastificantes y otros aditivos para formar una suspensión uniformemente dispersa y estable. [6] [7]
Vertido de la lechada: A continuación, la lechada se vierte sobre una superficie plana utilizando una máquina de colada de cinta. La máquina extiende la lechada hasta formar una película fina del espesor requerido. [7]
Secado : La película fundida, conocida como cinta verde, se seca para eliminar los solventes. Este paso es crucial para garantizar que la cinta mantenga su forma e integridad.
Corte y perforación: la cinta verde seca se corta o perfora en las formas deseadas. Este paso se utiliza a menudo para crear estructuras multicapa para aplicaciones electrónicas y energéticas. [7]
Laminación : Se pueden apilar varias capas de cinta verde y laminarlas juntas bajo condiciones específicas de temperatura, presión y tiempo de permanencia para formar una estructura cohesiva.
Sinterización : Luego, la estructura laminada se sinteriza a altas temperaturas para lograr las propiedades finales deseadas, como resistencia mecánica y conductividad eléctrica.
Se utilizan diferentes mecanismos de fundición, como rasquetas, recubridoras con matriz de ranura y recubridoras de micro huecograbado, para lograr el espesor y la calidad de superficie deseados de la cinta.
El punto de partida del proceso de colada de la cinta es el polvo del que se va a componer la "cinta". Este es el componente activo del producto final y los demás componentes, como el material aglutinante y los disolventes, tienen que ser compatibles con el polvo. El polvo es, en general, muy fino, con tamaños de partícula máximos de 5 micrómetros. [8] El disolvente sirve para permitir que el polvo se pueda colar, como si fuera un líquido, y también para esparcir los componentes secundarios a través de la cinta. También se añaden surfactantes para controlar el comportamiento de la superficie de la cinta. Además, se añade material aglutinante. Esto determina la estructura en masa y las características mecánicas de la cinta. [1]
Los ingredientes de la suspensión mencionados en la sección anterior se mezclan y almacenan en tanques. [ cita requerida ]
El material de barbotina se transporta en tuberías desde los tanques hasta la máquina de colada. La barbotina se puede filtrar antes de su aplicación, para eliminar las partículas imperfectas. La lechada de colada se denomina capa verde o lámina verde (no se refiere al color de la lámina) y necesita un procesamiento posterior, como corte y secado. [8]
Durante la colada es importante obtener una superficie perfectamente plana sin vetas, para ello se han diseñado diferentes mecanismos de colada para minimizar las corrientes de deslizamiento en la lechada. Las cuchillas que aplanan y adelgazan la superficie de la colada se denominan cuchillas doctor blades. Estas vienen en diferentes formas, como superficies de corte planas gruesas o delgadas, bordes redondeados y bordes en forma de cuchilla. [1] Para las cintas que se moldean con un espesor inferior a 50 micrómetros, el recubrimiento no se aplica desde arriba, sino desde el lateral (recubridora de ranura) o desde abajo (recubridora de labios y recubridora de micro huecograbado).
La superficie sobre la que se va a realizar el molde puede estar hecha de acero , vidrio , papel recubierto y polímeros . El acero es la superficie más económica, pero la eliminación de láminas finas de una superficie de acero es difícil y la superficie de acero necesita un reemplazo relativamente frecuente debido a los daños. [1]
La cinta colada solo se seca por un lado, la superficie expuesta, ya que la superficie de colada es impermeable. El secado depende de dos procesos, a saber, la evaporación del disolvente de la superficie y la difusión del disolvente a través de la cinta hacia la única superficie expuesta. La evaporación se puede acelerar aplicando secado al aire. Sin embargo, por lo general la evaporación debe limitarse para garantizar una difusión constante del disolvente. Si el disolvente no sale de la hoja de manera controlada, la cinta puede agrietarse o curvarse. [1]
Se pueden ejecutar varios pasos de procesamiento dependiendo del requisito del producto, como corte, laminación, punzonado o tratamiento térmico. [9]
El proceso se utiliza en la producción de condensadores cerámicos , baterías de polímero , sistemas fotovoltaicos y electrodos para pilas de combustible de carbonato fundido . Se pueden producir películas delgadas de hasta 5 micrómetros mediante colada en cinta. [1] [8]