Técnicas de formación de cerámica

Las técnicas de formación de cerámica son formas de formar cerámica, que se utilizan para hacer vajillas cotidianas desde teteras, hasta cerámica de ingeniería como piezas de computadora. Las técnicas de alfarería incluyen el torno de alfarero, el slipcasting y muchos otros.

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, 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 moldes 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 de superficie, densidad y uniformidad. Por ejemplo, en el proceso de fundición por deslizamiento, la parte de fundición es de alta concentración de materias primas con poco aditivo, esto mejora la uniformidad. Pero también, el molde de yeso extrae el agua del deslizamiento vertido para compactarlo y formar el molde en la superficie del molde. Esto forma un molde denso.

Deslizamiento de fundición
Existen muchas técnicas de formación para hacer cerámica, pero un ejemplo es el slipcasting. Aquí es donde se vierte el deslizamiento o arcilla líquida en un molde de yeso. El agua del deslizamiento se extrae hacia las paredes del molde de yeso, dejando una capa interna de arcilla sólida, que se endurece rápidamente. Cuando está seco, la arcilla sólida también se puede eliminar. El deslizamiento utilizado en el moldeo por deslizamiento a menudo se licúa con una sustancia que reduce la necesidad de agua adicional para ablandar el deslizamiento; Esto evita la contracción excesiva que ocurre cuando una pieza que contiene mucha agua se seca.

Los métodos de fundición por deslizamiento proporcionan una calidad superficial superior, densidad y uniformidad en la fundición de materias primas cerámicas de alta pureza sobre otras técnicas de fundición cerámica, como la fundición hidráulica, ya que la parte de fundición es una mayor concentración de materias primas cerámicas con pocos aditivos. Un deslizamiento es una suspensión de polvo de materias primas finas en un líquido como agua o alcohol con pequeñas cantidades de materiales secundarios como dispersantes, tensioactivos y aglutinantes. Las técnicas de fundición de cerámica emplean un bloque de yeso o un molde de matraz. El molde de yeso extrae el agua del deslizamiento vertido para compactarlo y formar el molde en la superficie del molde. Esto forma un molde denso que elimina los espacios de aire perjudiciales y minimiza la contracción en el proceso de sinterización final.

Fabricación aditiva
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 AM de la cerámica sigue siendo bastante limitado debido a los desafíos del procesamiento de materiales. El equipo comercialmente disponible 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 significa que las técnicas de AM pueden ser atractivas en situaciones en las que los volúmenes de producción son demasiado bajos para producir moldes de manera viable para los métodos de colada por deslizamiento. En particular, la fabricación aditiva de cerámica a partir de polímeros precerámicos utilizando técnicas que incluyen estereolitografía, con posterior pirólisis para producir cerámica derivada de polímeros,

Fundición de cerámica
La industria de piezas metálicas utiliza actualmente técnicas de colada de concha de cerámica que utilizan sílice, circonia y otros materiales refractarios para la ‘colada neta’, formando moldes de concha de precisión para la colada de metal fundido. La técnica implica una inmersión sucesiva en húmedo y un recubrimiento en polvo seco o estuco para construir la capa de la cubierta del molde. El método de fundición de carcasa en general es conocido por su estabilidad dimensional y se utiliza en muchos procesos de fundición de red para la industria aeroespacial y otras industrias en fundición de metal fundido. Las instalaciones automatizadas utilizan múltiples patrones de cera en los árboles, grandes mezcladoras de lechada y lechos de polvo fluídico para la inmersión automática.

Cerámica técnica
Cuando se forman materiales cerámicos técnicos a partir de polvos secos preparados para el procesamiento, el método de conformación en la forma requerida depende del método de preparación del material y del tamaño y forma de la pieza a formar. Los materiales preparados para la formación de polvo seco se forman más comúnmente mediante prensado «seco» en prensas de compactación de polvo mecánicas o hidráulicas seleccionadas para la fuerza necesaria y la profundidad de llenado del polvo. El polvo seco se descarga automáticamente en el inserto de acero no flexible o carburo de tungsteno en el troquel y los punzones y luego compacta el polvo a la forma del troquel. Si la pieza debe ser grande e incapaz de que la presión se transmita adecuadamente para una densidad de prensado uniforme, entonces se puede usar prensado isostático. Cuando se presiona isostáticamente, 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 aislantes cerámicos para bujías o boquillas de chorro de arena, o prensas de «bolsa húmeda» de funcionamiento más lento que son mucho más manuales en operación pero particularmente adecuadas para grandes piezas en bruto mecanizables o espacios en blanco que se cortarán o formarán de otro modo en operaciones secundarias a la forma final.

Si se necesitan piezas técnicas de cerámica donde la relación longitud / diámetro es muy grande, se puede usar extrusión. Hay dos tipos de extrusoras de cerámica, una de tipo pistón con fuerza hidráulica que empuja un ariete que a su vez empuja la cerámica a través del cilindro de material cargado y a través de la matriz que forma la extrusión. El segundo tipo de extrusora es un tornillo, o tornillo sinfín, donde 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 ser 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 el «moldeo con cera caliente». Ambos dependen de plastificantes sensibles al calor para permitir que el material fluya hacia un troquel. La parte 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 moldeo de cera caliente utiliza en gran medida cera de parafina.

Otras tecnicas
También hay varias técnicas tradicionales de construcción manual, como pellizcar, losa blanda, losa dura y construcción de bobinas.

Otras técnicas implican enhebrar fibra de lana animal o artificial a través de papel deslizante 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 suele utilizar «fundición de cinta». Esto implica verter el deslizamiento (que contiene un «aglutinante» de polímero para darle resistencia) sobre una correa transportadora en movimiento, y luego pasarlo debajo de una «cuchilla raspadora» fija para ajustar el grosor. El deslizamiento móvil 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 de metal conductor. Estos se sinterizan («disparan») para eliminar el polímero y así hacer condensadores, sensores, etc. «multicapa». Según DW Richerson de la American Ceramic Society, se fabrican más de mil millones de condensadores de este tipo todos los días.

La fundición en gel es otra técnica utilizada para crear cerámica de ingeniería.