Las técnicas de formación de cerámica son formas de formar cerámica , que se utilizan para fabricar de todo, desde vajillas como teteras hasta cerámicas de ingeniería como piezas de computadora. Las técnicas de alfarería incluyen el torno de alfarero , la fundición en barbotina y muchas otras.
Los métodos para formar polvos de materias primas cerámicas en formas complejas son deseables en muchas áreas de la tecnología. Por ejemplo, tales métodos son necesarios para producir piezas estructurales avanzadas de alta temperatura, tales como componentes de motores térmicos, recuperadores y similares a partir de polvos de materias primas cerámicas. Las piezas típicas producidas con esta operación de producción incluyen impulsores fabricados de acero inoxidable, bronce, herramientas de corte complejas, herramientas de moldeo de plástico y otras. Los materiales típicos utilizados son: madera, metal, agua, yeso, epoxi y STL, sílice y circonio.
Esta operación de producción es bien conocida por proporcionar herramientas con estabilidad dimensional, calidad superficial, densidad y uniformidad. Por ejemplo, en el proceso de fundición en barbotina, la pieza fundida tiene una alta concentración de materias primas con pocos aditivos, lo que mejora la uniformidad. Pero además, el molde de yeso extrae agua de la barbotina vertida para compactarla y formar la pieza fundida en la superficie del molde. Esto forma un molde denso.
Existen muchas técnicas de conformado para fabricar cerámica, pero un ejemplo es la fundición en barbotina . Aquí es donde se vierte barbotina o arcilla líquida en un molde de yeso . El agua de la barbotina pasa a las paredes del molde de yeso, dejando una capa interior de arcilla sólida que se endurece rápidamente. Una vez seca, también se puede eliminar la arcilla sólida. La barbotina utilizada en la fundición de barbotina a menudo se licua con una sustancia que reduce la necesidad de agua adicional para ablandar la barbotina (a menos que se desee agrietar ); esto evita la contracción excesiva que se produce cuando se seca una pieza que contiene mucha agua; Otro enfoque es secar las prendas lentamente. [1]
Los métodos de fundición 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 es una mayor concentración de materias primas cerámicas con pocos aditivos. Una barbotina es una suspensión de materias primas finas en polvo en un líquido como agua o alcohol con pequeñas cantidades de materiales secundarios como dispersantes, tensioactivos y aglutinantes. Las técnicas de fundición de barbotina de cerámica emplean un bloque de yeso o un molde de matraz. El molde de yeso extrae agua de la barbotina vertida para compactar y formar la pieza fundida en la superficie del molde. Esto forma un molde denso que elimina los espacios de aire nocivos y minimiza 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 (AM) representa un enfoque eficaz y es objeto de importantes investigaciones y desarrollo. A diferencia de la fabricación aditiva de materiales poliméricos, el alcance de la fabricación aditiva de cerámicas sigue siendo bastante limitado debido a los desafíos del procesamiento de materiales. Los equipos disponibles comercialmente para la fabricación aditiva de cerámicas se basan principalmente en la sinterización de polvos capa por capa y rara vez son rentables. Sin embargo, las dificultades en el mecanizado de artículos cerámicos significan que las técnicas de fabricación aditiva pueden resultar atractivas en situaciones en las que los volúmenes de producción son demasiado bajos para producir de manera viable moldes para métodos de fundición deslizante. En particular, la fabricación aditiva de cerámicas a partir de polímeros precerámicos utilizando técnicas que incluyen la estereolitografía , con la posterior pirólisis para producir cerámicas derivadas de polímeros , representa un enfoque emergente para abordar el desafío de las cerámicas fabricadas aditivamente. [2]
Actualmente, la industria de piezas metálicas utiliza técnicas de fundición de carcasas cerámicas que utilizan sílice, circonio y otros materiales refractarios para la "fundición en red", formando moldes de carcasas de precisión para la fundición de metal fundido. La técnica implica una inmersión sucesiva en húmedo y una capa de polvo o estuco seco para construir la capa de la cubierta del molde. El método de fundición en carcasa en general es conocido por su estabilidad dimensional y se utiliza en muchos procesos de fundición en red para la industria aeroespacial y otras industrias en la fundición de metal fundido. Las instalaciones automatizadas utilizan múltiples patrones de cera en árboles, grandes mezcladores de lechada y lechos de polvo fluídico para inmersión automatizada.
Cuando se forman materiales cerámicos técnicos a partir de polvos secos preparados para su procesamiento, el método para darles la forma requerida depende del método de preparación del material y del tamaño y forma de la pieza que se va a formar. Los materiales preparados para la formación de polvo seco se forman más comúnmente mediante prensado "en seco" en prensas compactadoras de polvo mecánicas o hidráulicas seleccionadas para la fuerza y profundidad de llenado de polvo necesarias. El polvo seco se descarga automáticamente en el inserto de acero no flexible o de carburo de tungsteno del troquel y luego los punzones compactan el polvo para darle la forma del troquel. Si la pieza va a ser grande y no puede transmitir la presión de manera adecuada para una densidad de prensado uniforme, entonces se puede usar el prensado isostático. Cuando se prensa isostáticamente, el polvo toma la forma de una membrana flexible que actúa como molde, adoptando la forma y el tamaño del polvo prensado. Las prensas isostáticas pueden ser prensas automáticas de alta velocidad y alto rendimiento para piezas tales como aisladores cerámicos para bujías o boquillas de chorro de arena, o prensas de "bolsa húmeda" de funcionamiento más lento que son mucho más manuales en funcionamiento pero adecuadas especialmente para grandes piezas mecanizables. o espacios en blanco que serán cortados o formados de otro modo en operaciones secundarias hasta la forma final.
Si se necesitan piezas cerámicas técnicas donde la relación longitud-diámetro es muy grande, se puede utilizar la extrusión. Hay dos tipos de extrusoras de cerámica, una de ellas de tipo pistón con fuerza hidráulica que empuja un ariete que a su vez empuja la cerámica a través del cilindro de material cargado hacia y a través de la matriz que forma el extruido. El segundo tipo de extrusora es de tornillo, o de barrena, en el que un tornillo gira forzando el material hacia y a través de la matriz, que nuevamente da forma a la pieza. En ambos tipos de extrusión la materia prima debe estar plastificada para permitir e inducir el flujo del material en el proceso.
Las piezas cerámicas técnicas complejas se forman comúnmente mediante el proceso de moldeo por inyección o "moldeo con cera caliente". Ambos dependen de plastificantes sensibles al calor para permitir que el material fluya hacia una matriz. Luego, la pieza se enfría rápidamente para retirarla del troquel. El moldeo por inyección de cerámica es muy parecido al moldeo por inyección de plástico que utiliza varios polímeros para plastificar. El moldeado con cera caliente utiliza principalmente cera de parafina .
También existen varias técnicas tradicionales de construcción manual, como pellizco , losa blanda, losa dura y construcción con bobinas .
Otras técnicas implican enhebrar fibras de lana animal o artificial a través de arcilla de papel para formar capas de material. El resultado se puede envolver sobre formas o cortar, secar y luego unir con arcilla líquida y blanda.
Cuando se forman láminas muy delgadas de material cerámico, se utiliza comúnmente "cinta de fundición". Esto implica verter la barbotina (que contiene un "aglutinante" de polímero para darle resistencia) sobre una cinta transportadora en movimiento y luego pasarla debajo de una " cuchilla " estacionaria para ajustar el espesor. A continuación, la barbotina en movimiento se seca al aire y la "cinta" así formada se retira de la cinta transportadora, se corta en formas rectangulares y se procesa adicionalmente. Se pueden apilar hasta 100 capas de cinta, alternadas con capas de polvo metálico conductor. Luego se sinterizan ("cocen") para eliminar el polímero y así fabricar condensadores, sensores, etc. "multicapa". Según DW Richerson de la American Ceramic Society , cada día se fabrican más de mil millones de estos condensadores. (Alrededor de 100 se encuentran en un teléfono celular típico y alrededor de mil en un automóvil típico).
La fundición en gel es otra técnica utilizada para crear cerámicas de ingeniería.