Las técnicas de moldeado de cerámica son formas de moldear cerámica , que se utilizan para hacer de todo, desde vajillas como teteras hasta cerámica de ingeniería como piezas de computadoras. Las técnicas de alfarería incluyen el torno de alfarero , la fundición en barbotina y muchas otras.
Los métodos para dar forma compleja a los polvos de materias primas cerámicas son deseables en muchas áreas de la tecnología. Por ejemplo, estos métodos son necesarios para producir piezas estructurales avanzadas de alta temperatura, 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 hechos de acero inoxidable, bronce, herramientas de corte complejas, herramientas de moldeo de plástico y otros. Los materiales típicos utilizados son: madera, metal, agua, yeso, epoxi y STL, sílice y circonia.
Esta operación de producción es conocida por proporcionar herramientas con estabilidad dimensional, calidad superficial, densidad y uniformidad. Por ejemplo, en el proceso de colada en barbotina, la pieza fundida tiene una alta concentración de materias primas con poco aditivo, lo que mejora la uniformidad. Pero además, el molde de yeso absorbe agua de la barbotina vertida para compactarla y formar la pieza fundida en la superficie del molde. Esto forma una pieza fundida densa.
Existen muchas técnicas de moldeado para hacer cerámica, pero un ejemplo es el colado en barbotina . En este caso, la barbotina o arcilla líquida se vierte en un molde de yeso . El agua de la barbotina se extrae hacia las paredes del molde de yeso, dejando una capa interior de arcilla sólida, que se endurece rápidamente. Cuando se seca, la arcilla sólida también se puede quitar. La barbotina que se utiliza en el colado en barbotina a menudo se licúa con una sustancia que reduce la necesidad de agua adicional para ablandarla (a menos que se desee que se agriete ); esto evita la contracción excesiva que se produce cuando se seca una pieza que contiene mucha agua; otro enfoque es secar los artículos lentamente. [1]
Los métodos de colada con barbotina proporcionan una calidad superficial, densidad y uniformidad superiores en la colada de materias primas cerámicas de alta pureza en comparación con otras técnicas de colada cerámica, como la colada hidráulica, ya que la pieza colada es una concentración más alta de materias primas cerámicas con pocos aditivos. Una 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, surfactantes y aglutinantes. Las técnicas de colada con 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 colada en la superficie del molde. Esto forma una pieza colada densa que elimina los espacios de aire perjudiciales 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 una importante investigación y desarrollo. A diferencia de la fabricación aditiva de materiales poliméricos, el alcance de la AM de cerámica sigue siendo bastante limitado debido a los desafíos del procesamiento de materiales. El equipo disponible comercialmente para la AM de cerámica se basa principalmente en la sinterización capa por capa de polvos y rara vez es rentable. Sin embargo, las dificultades en el mecanizado de artículos cerámicos significan que las técnicas AM pueden ser atractivas en situaciones en las que los volúmenes de producción son demasiado bajos para producir de manera viable moldes para métodos de colada por barbotina. En particular, la fabricación aditiva de cerámica a partir de polímeros precerámicos utilizando técnicas que incluyen la estereolitografía , con la pirólisis posterior para producir cerámica derivada de polímeros , representa un enfoque emergente para abordar el desafío de la cerámica fabricada aditivamente. [2]
En la actualidad, la industria de piezas metálicas utiliza técnicas de fundición en cáscara de cerámica que utilizan sílice, circonio y otros materiales refractarios para la "fundición en red", que consiste en formar moldes de cáscara de precisión para la fundición de metal fundido. La técnica implica una inmersión húmeda sucesiva y un recubrimiento en polvo seco o estuco para formar la capa de la cáscara del molde. El método de fundición en cáscara 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 lodos y lechos de polvo fluídico para la inmersión automatizada.
Al formar materiales cerámicos técnicos a partir de polvos secos preparados para su procesamiento, el método de formación en la forma requerida depende del método de preparación del material y del tamaño y la 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 la profundidad de llenado de polvo necesarias. El polvo seco se descarga automáticamente en el inserto de acero no flexible o carburo de tungsteno en la matriz y los punzones luego compactan el polvo a la forma de la matriz. Si la pieza debe ser grande y no se puede transmitir la presión de manera adecuada para una densidad de prensado uniforme, se puede utilizar el prensado isostático. Cuando se prensa isostático, el polvo toma la forma de una membrana flexible que actúa como molde, formando la forma y el tamaño del polvo prensado. Las prensas isostáticas pueden ser prensas automáticas de alta velocidad y alto rendimiento para piezas como aisladores cerámicos para bujías o boquillas de chorro de arena, o prensas de "bolsas húmedas" de funcionamiento más lento que son mucho más manuales en su operación pero adecuadas particularmente para piezas en bruto mecanizables de gran tamaño o piezas en bruto que se cortarán o formarán de otro modo en operaciones secundarias hasta obtener la forma final.
Si se necesitan piezas técnicas de cerámica en las que la relación longitud-diámetro es muy grande, se puede utilizar la extrusión. Hay dos tipos de extrusoras de cerámica: una es de pistón, con fuerza hidráulica que empuja un pistón que a su vez empuja la cerámica a través del cilindro cargado con material hacia y a través del troquel que forma el material extruido. El segundo tipo de extrusora es de tornillo o de barrena, en la que un tornillo gira y fuerza el material hacia y a través del troquel 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 en el proceso.
Las piezas cerámicas técnicas complejas se forman comúnmente utilizando el proceso de moldeo por inyección o "moldeo con cera caliente". Ambos se basan en plastificantes sensibles al calor para permitir que el material fluya hacia un molde. Luego, la pieza se enfría rápidamente para retirarla del molde. El moldeo por inyección de cerámica es muy parecido al moldeo por inyección de plástico, ya que utiliza varios polímeros para plastificar. El moldeo con cera caliente utiliza principalmente cera de parafina .
También existen varias técnicas tradicionales de construcción manual, como el pellizco , la losa blanda, la losa dura y la construcción en espiral .
Otras técnicas consisten en enhebrar fibras de lana animal o artificial a través de una barbotina de papel y arcilla para formar capas de material. El resultado se puede envolver sobre formas o cortar, secar y luego unir con papel y arcilla líquida y blanda.
Para formar láminas muy delgadas de material cerámico, se suele utilizar el método de "colado en cinta". Esto implica verter la barbotina (que contiene un "aglutinante" de polímero para darle resistencia) sobre una cinta transportadora en movimiento y luego pasarla por debajo de una " cuchilla rascadora " estacionaria para ajustar el espesor. Luego, la barbotina en movimiento se seca al aire y la "cinta" así formada se despega de la cinta transportadora, se corta en formas rectangulares y se procesa más. Se pueden apilar hasta 100 capas de cinta, alternando con capas de polvo metálico conductor. Luego, se sinterizan ("se cuecen") para eliminar el polímero y así fabricar condensadores "multicapa", sensores, etc. Según DW Richerson, de la American Ceramic Society , cada día se fabrican más de mil millones de condensadores de este tipo (unos 100 se encuentran en un teléfono celular típico y unos mil en un automóvil típico).
La fundición en gel es otra técnica utilizada para crear cerámicas de ingeniería.