Síntesis y procesado de los materiales cerámicos

Síntesis y procesado de los materiales cerámicos

EI procesamiento cerámico es el conjunto de operaciones por las que, a partir de las materias primas, se llega a obtener una pieza con la forma y estructura deseada.  Por tanto, el procesamiento cerámico abarca desde la caracterización de las materias primas, hasta el mecanizado del material final para hacer frente a las distintas solicitaciones, pasando por el conformado de los polvos de partida en una pieza con la forma deseada denominada compacto en verde, y la sinterización de dicho compacto a la temperatura adecuada para obtener un material final que presentará una composición y una microestructura determinada. Es necesario controlar cada una de las etapas del procesamiento cerámico ya que las propiedades finales del material dependen de la composición y microestructura del mismo, y esta a su vez depende de dicho procesamiento cerámico. Esta dependencia se debe a lo que se denomina "memoria del procesamiento la cual consiste en que las heterogeneidades y defectos introducidos en cada etapa del procesamiento persistirán e incluso podrán dar lugar a más defectos durante las etapas posteriores y, por tanto, estarán presentes en el material final afectando a sus propiedades finales.

Una etapa fundamental del procesamiento cerámico es el conformado, etapa durante la cual las materias primas de partida se compactan para dar lugar a una pieza en verde con la forma final deseada. El objetivo de esta etapa es dar forma al material y aumentar el contacto entre las partículas para favorecer el proceso de sinterización. Existen diversas técnicas de conformado y mecanismos de consolidación. Una de las clasificaciones más usadas consiste en clasificar los métodos de conformado en función de la humedad o contenido en agua. El conformado por vía seca es aquel en el que el grado de humedad es muy bajo (<7% en volumen), y la compactación del polvo tiene lugar aplicando presión. Los métodos más utilizados son la presión uniaxial y la isostática. El conformado por vía plástica es aquel en el que el grado de humedad varía entre 15-50 % en volumen. Este mayor contenido en agua otorga a la mezcla cerámica cierta plasticidad. Los métodos más utilizados son la extrusión y el moldeo por inyección. Por último, y no por ello menos importante, el conformado por vía húmeda, también conocido como conformado coloidal, que es aquel en el que el grado de humedad suele ser mayor del 50 % en volumen. Los métodos más comunes se basan en mecanismos de filtración o colaje, floculación-coagulación, gelificación y deposición.

La ultima etapa son los tratamientos térmicos, uno de ellos es el secado en donde se elimina el agua del cuerpo cerámico plástico antes de ser expuesta a altas temperaturas, al igual que la sinterización donde se consigue que pequeñas partículas de un material se mantengan unidas por difusión al estado sólido, pero para esto se debe tener una temperatura por debajo del punto de fusión del compuesto que se desea sinterizar. Otro tratamiento térmico es la verificación el cual se ocupa cuando un producto cerámico contiene una fase vítrea que sirve como medio de reacción para que la difusión pueda tener lugar a menor temperatura que en el resto de los materiales sólidos cerámicos. Durante el tratamiento a elevadas temperaturas de este tipo de materiales sólidos cerámicos, tiene lugar a la verificación por medio del cual la fase vítrea se licúa y rellena los poros del material. Bajo enfriamiento, la fase liquida solidifica para formar una matriz vítrea que une las partículas que no han fundido.

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