CERAMICAS.Tema5.Tecnicas.CONFORMADO.2009.2010

CERÁMICAS /TÉCNICAS DE CONFORMADO
EL POLVO CERÁMICO CON LA
DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA Y FORMA ADECUADAS,
ASÍ COMO PROPIAMENTE PRECONSOLIDADO, ESTA LISTO PARA SER
CONFORMADO EN LOS TAMAÑOS Y EN LAS FORMAS REQUERIDAS
SE TRANSFORMA EL PRODUCTO ALIMENTADO AL EQUIPO DE
CONFORMADO EN UNA
PIEZA EN VERDE
¾FORMA, DIMENSIONES Y SUPERFICIE CONTROLADAS
¾DENSIDAD Y MICROESTRUCTURA DETERMINADAS
CARACTERÍSTICAS QUE DEBEN SER CONTROLADAS CON EL FIN DE
OBTENER UN PRODUCTO FINAL DE CALIDAD
LOS DEFECTOS SIGNIFICATIVOS INTRODUCIDOS DURANTE EL
CONFORMADO, EN GENERAL, NO SON ELIMINADOS DURANTE LA
COCCIÓN
LA RESISTENCIA DEL PRODUCTO EN VERDE DEBE SER LA
SUFICIENTE PARA PODER MANEJAR EL PRODUCTO Y, EN SU CASO,
REALIZAR ALGUNA OPERACIÓN DE ACABADO EN VERDE.
CERÁMICAS /TÉCNICAS DE CONFORMADO
PRENSADO
EMPAQUETAMIENTO DE PARTÍCULAS
LOS POLVOS CERÁMICOS DEBEN TENER UNA DISTRIBUCIÓN
GRANULOMÉTRICA Y PORCENTAJE DE TAMAÑOS TAL, QUE DEN
LUGAR AL MENOR NÚMERO POSIBLE DE HUECOS ENTRE ELLOS,
DESPUÉS DE LA COMPACTACIÓN (P.E., MEDIANTE PRENSADO).
CON ELLO SE CONSIGUE UNA MAYOR COMPACIDAD
(MENOR POROSIDAD)→ MÁXIMA DENSIDAD EN VERDE.
LA COMPACIDAD DE CONJUNTO DEL POLVO CERÁMICO ES LA
RELACIÓN ENTRE EL VOLUMEN DEL MISMO Y SU VOLUMEN DE
CONJUNTO, QUE ES EL VOLUMEN INTERIOR DEL RECIPIENTE QUE LO
CONTIENE. A MAYOR COMPACIDAD MENOR VOLUMEN DE HUECOS Y,
POR TANTO, MENOR POROSIDAD, QUE SERÁ MÁS FÁCIL DE ELIMINAR
EN EL POSTERIOR PROCESO DE COCCIÓN
EMPAQUETAMIENTO DE PARTICULAS:
1.- REGULAR U ORDENADO
2.- ALEATORIO
PARAMETROS CARACTERIZACION EMPAQUETAMIENTO:
DISTRIBUCIONES DE TAMAÑOS BIMODALES PROPORCIONAN DENSIDADES
FRACCIONALES MAYORES QUE LAS PARTÍCULAS DE UN SOLO TAMAÑO
LAS PARTÍCULAS PEQUEÑAS LLENAN LOS ESPACIOS QUE QUEDAN ENTRE
LAS PARTÍCULAS GRANDES
VARIACIÓN DEL
VOLUMEN DE
CONJUNTO EN
MEZCLAS
BINARIAS
EMPAQUETAMIENTO DE PARTÍCULAS
Representación bidimensional de los efectos en el empaquetamiento de la
combinación de esferas de diferentes tamaños. (a).- Mismo tamaño
(b).- Bimodal (c).- Trimodal y (d).- Bimodal con tamaños poco diferentes.
EMPAQUETAMIENTO DE PARTÍCULAS
PARA UNA MEZCLA DE PARTICULAS GRUESAS Y FINAS, LA MÁXIMA
DENSIDAD DE EMPAQUETAMIENTO VIENE DETERMINADA POR LA
CANTIDAD DE PARTICULAS GRUESAS, CON RESPECTO A LAS FINAS.
EN LA FIGURA SE MUESTRA EL CASO DE LA COMPOSICIÓN ÓPTIMA
(MÁXIMA DENSIDAD DE EMPAQUETAMIENTO), DE UNA COMPOSICIÓN
CON UN EXCESO DE FINOS Y DE OTRA CON UN EXCESO DE GRUESOS.
MODELO DE FURNAS
Densidad fraccional
en función de la
composición para
una mezcla bimodal
de esferas
grandes y
pequeñas.
Las partículas
pequeñas tienen un
tamaño inferior al
tamaño de los
poros dejados
por las grandes
ρf2 = ρ2/ ρ1
ρf1 = 1 (ρ1 = m1/V)
ρf2 = ρ2/ ρ1=(m2/V)/(m1/V) = m2/m1
m2=ρVm2
m1=ρVm1= ρVT
VT = VG + VHUECOS
VHUECOS = VT − VG
VHUECOS
VT
= 1−
VG
VT
XG =
= 1 − fG
VHUECOS = (1 − fG )VT
ρf2 = Vm2/VT
WG
WG + WP
WG = ρ rGVG = fG ρ rGVT
ρG = Densidad teórica de las partículas grandes.
fG = Factor de empaquetamiento de las partículas
grandes.
VT = Volumen total
Para la máxima densidad de empaquetamiento hay que
añadir una cantidad de partículas pequeñas tal que se
rellene justamente el espacio vacío entre las partículas
grandes sin forzar que estas se separen.
La cantidad de espacio vacío es igual a : 1 − f V
(
WP = (1 − fG ) fP ρ PVT
X G* =
fG ρG
fG ρG + (1 − fG ) fP ρP
G
)
T
VHUECOS = (1 − fG )VT
V'
HUECOS
= (1 − fG )VT − (1 − fG )VT fM = (1 − fG )(1 − fM )VT
WG = ρ rGVG = fG ρ rGVT
WM = (1 − fG ) fM ρ rMVT
WF = (1 − fG )(1 − fM ) fF ρ rFVT
Factor empaquetamiento con tres fracciones:
fMAX = fG + (1 − fG ) fM + (1 − fG )(1 − fM ) fF
(1 − fG )VT
(1 − fG )VT − (1 − fG )VT fM = (1 − fG )(1 − fM )VT
(1 − fG )(1 − fM )VT − (1 − fG )(1 − fM ) fFVT =
= (1 − fG )(1 − fM )(1 − fF )VT
Factor empaquetamiento con cuatro fracciones:
fMAX = fG + (1 − fG ) fM + (1 − fG )(1 − fM ) fF + (1 − fG )(1 − fM )(1 − fF ) fI
EMPAQUETAMIENTO DE PARTÍCULAS
EFECTO DE LA RELACION DE TAMAÑOS ENTRE PARTÍCULAS: SE OBTIENE UN
NOTABLE INCREMENTO DE LA DENSIDAD FRACCIONAL HASTA QUE EL
TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS PEQUEÑAS SE HACE MENOR QUE EL TAMAÑO
DE LOS POROS DEJADOS POR LAS GRANDES. ESTO SUCEDE PARA UNA
RELACIÓN DE TAMAÑOS MAYOR QUE 7:1
EMPAQUETAMIENTO DE PARTÍCULAS
SISTEMAS MULTIMODALES: SE PUEDE SEGUIR INCREMENTANDO LA
DENSIDAD PROGRESIVAMENTE, PERO LOS INCREMENTOS QUE SE
CONSIGUEN SON CADA VEZ MENORES, MIENTRAS QUE RESULTA
COMPLICADO OBTENER POLVOS CON LOS TAMAÑOS ADECUADOS. EN
GENERAL, SÓLO RESULTAN PRÁCTICAS LAS DISTRIBUCIONES BIMODALES.
EN LA PRODUCCIÓN A NIVEL INDUSTRIAL SE EMPLEAN MEZCLAS CON UNA
DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑOS TAL QUE DE LUGAR A UNA MAYOR EFICIENCIA
DEL EMPAQUETAMIENTO. LA ELECCIÓN DE DICHA DISTRIBUCIÓN SE SUELE
BASAR EN LA ECUACIÓN DE ANDREASEN, LA CUAL PERMITE DETERMINAR
LA PROPORCIÓN DE CADA TAMAÑO DE PARTICULA EN LA MEZCLA. DICHA
ECUACIÓN TIENE LA FORMA:
⎛ a
FM (a ) = 100 ⎜⎜
⎝ aMAX
⎞
⎟⎟
⎠
n
FM(a) = Tanto por ciento acumulado de partículas menores que a
a = Tamaño de partícula
aMAX = Tamaño máximo de partícula
n = Módulo de la distribución que es una característica de la
distribución granulométrica
Los experimentos de empaquetamiento de Andreasen
muestran que el mejor empaquetamiento tiene lugar
cuando el módulo de distribución es tal que: 0.33 < n < 0.50
EMPAQUETAMIENTO DE PARTÍCULAS
En un sistema de coordenadas doblemente logarítmico la
representación gráfica de la ecuación de Andreasen es una recta
⎛ a
log FM (a) = 2 + n log ⎜⎜
⎝ aMAX
⎞
⎟⎟
⎠
Distribución
granulométrica de una
porcelana eléctrica y
de la ecuación de
Andreasen teniendo el
mismo tamaño
máximo
⎛ a
FM (a ) = 100 ⎜⎜
⎝ aMAX
⎞
⎟⎟
⎠
n
n = 0.55
aMAX= 5 mm
CARBONO
0.1-1 mm
0.1-1 mm
⎛a⎞
FM (a ) = 100 ⎜ ⎟
⎝5⎠
0.55
a
(mm)
FM(a)
(%)
FM(an)- FM(an-1)
(%)
5
100
11.55
4
88.45
4
88.45
3.35
80.23
3.35
80.23
3
75.51
3
75.51
2.8
72.69
2.8
72.69
2.5
68.30
2.5
68.30
1
41.26
1
41.26
0.1
11.63
< 0.1 (Finos)
11.63
8.22
4.72
⎛a⎞
FM (a ) = 100 ⎜ ⎟
⎝5⎠
0.55
2.82
4.39
27.04
29.63
11.63
EMPAQUETAMIENTO DE PARTÍCULAS
DINGER Y FUNK SUPUSIERON QUE EN LOS MATERIALES REALES
LAS PARTÍCULAS MÁS FINAS TIENEN UN TAMAÑO FINITO Y
PROPUSIERON LA ECUACIÓN:
n
a n − aMIN
FM (a ) = 100 n
n
aMAX − aMIN
FM(a) = Tanto por ciento acumulado de partículas menores que a
a = Tamaño de partícula
aMAX = Tamaño máximo de partícula
aMIN = Tamaño mínimo de partícula
n = Módulo de la distribución que es una característica de la
distribución granulométrica
EMPAQUETAMIENTO DE PARTÍCULAS
EMPAQUETAMIENTO DE PARTÍCULAS
UNA CURVA DE REFERENCIA CLÁSICA ES LA DE FULLER QUE
OBEDECE A LA ECUACIÓN
FM (a ) = 100
a
aMAX
FM(a) = Tanto por ciento acumulado de partículas menores que a
a = Tamaño de partícula
aMAX = Tamaño máximo de partícula
ESTA ECUACION ES LA DE ANDREASEN PARA n = 0.5
CERÁMICAS / TÉCNICAS DE CONFORMADO
DEBIDO A SU ALTO PUNTO DE FUSIÓN LOS COMPONENTES CERÁMICOS NO
PUEDEN SER FABRICADOS, EN GENERAL, POR LOS PROCESOS EN FASE
LIQUIDA QUE SE USAN PARA LOS METALES Y POLÍMEROS
SU FABRICACIÓN SE EFECTÚA POR SINTERIZADO, ENTRANDO DE ESTE
MODO EN EL ÁREA DE LA METALURGIA DE POLVOS
CERÁMICAS /TÉCNICAS DE CONFORMADO
EN EL CASO DE CERAMICAS A BASE DE MATERIALES ARCILLOSOS
ESTOS DEBEN TENER EL GRADO DE HUMEDAD ADECUADO PARA
CADA TIPO DE CONFORMADO
ESTADOS DE CONSISTENCIA CUANDO
SE MEZCLAN UN LIQUIDO
O UNA SOLUCIÓN DEL LIGANTE CON
EL POLVO CERAMICO
Four categories of shaping
processes used for traditional
ceramics compared to water
content and pressure required
to form the clay
PRINCIPALES
TECNICAS DE
CONFORMADO
USADAS EN LA
FABRICACIÓN DE
MATERIALES
CERÁMICOS
JIGGERING
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
EL PRENSADO ES LA COMPACTACIÓN Y CONFORMADO SIMULTANEOS
DE UN POLVO CERÁMICO O MATERIAL GRANULAR (PREMEZCLADO CON LOS
LIGANTES Y LUBRICANTES ADECUADOS Y
PRECONSOLIDADO DE TAL MODO QUE TENGA UNA FLUIDEZ ELEVADA)
SE LLEVA A CABO CONFINANDO EL MATERIAL EN UN MOLDE RÍGIDO
O FLEXIBLE Y
APLICANDO PRESIÓN PARA LOGRAR LA COMPACTACION
ADITIVOS REQUERIDOS
EN EL PRENSADO
-LIGANTES
-PLASTIFICANTES
-LUBRICANTES
-AYUDAS A LA COMPACTACIÓN
- DEFLOCULANTES
Commercial spray-dried Al2O3 powder
Función de los aditivos en el procesado de los materiales ceramicos
Función de los aditivos en el procesado de los materiales ceramicos
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
LA ACCIÓN DE
LOS LUBRICANTES Y LOS AYUDAS A LA
COMPACTACIÓN,
QUE ESENCIALMENTE SON LO MISMO, ES REDUCIR LA FRICCIÓN
ENTRE LAS PARTÍCULAS, LOS GRÁNULOS Y ENTRE ESTOS Y LA
PARED DEL MOLDE. COMO RESULTADO DE ELLO SE TIENE:
1.- AUMENTO DE LA UNIFORMIDAD DE LA PIEZA PRENSADA
2.- MEJORA DE LA DENSIDAD EN VERDE
3.- AUMENTO DE VIDA DE LOS ÚTILES DE PRENSADO
4.- REDUCCIÓN DE LAS PEGADURAS, LO QUE DISMINUYE EL
TIEMPO NECESARIO PARA LA LIMPIEZA DE LOS ÚTILES
5.- DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN NECESARIA PARA LA
EXTRACCIÓN DE LA PIEZA DEL MOLDE
Ligantes usados en el procesado de los materiales cerámicos.
Aditivos usados en el prensado a escala industrial.
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
PRENSADO UNIAXIAL
MOLDE RIGIDO
PRENSADO ISOSTATICO
MOLDE FLEXIBLE
1º: Deformación elástica: Esta energía permanece almacenada
hasta la extracción
2º: Deformación plástica: aumenta el área de los contactos entre
partículas
PRENSADO UNIAXIAL
EL PRENSADO UNIAXIAL TIENE POR OBJETO LA COMPACTACIÓN
DE UN POLVO CERÁMICO (SECO: < 2 % HUMEDAD, SEMISECO: 5-20 %
HUMEDAD) DENTRO DE UN MOLDE RÍGIDO APLICANDO LA PRESIÓN
EN UNA SOLA DIRECCIÓN POR MEDIO DE UN EMBOLO, O UN PISTÓN O
UN PUNZÓN RÍGIDO.
ES UN PROCEDIMIENTO DE ELEVADA CAPACIDAD DE
PRODUCCIÓN Y FÁCIL DE AUTOMATIZAR, QUE PRODUCE PIEZAS DE
DIMENSIONES PRECISAS
LAS ETAPAS GENERALES EN EL PRENSADO SON:
1.- LLENADO DE MOLDE
(POLVOS FINOS NO FLUYEN BIEN→DIFICULTAD PARA
COMPACTARLOS HOMOGENEAMENTE → GRANULACION)
2.- COMPACTACIÓN Y CONFORMADO DE LA PIEZA
3.- EXTRACCIÓN DE LA PIEZA COMPACTADA
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
HUECO
GRANDE
HUECOS DEL TAMAÑO
DE LOS GRANULOS Y
HUECOS MAS PEQUEÑOS
DIAGRAMA
ESQUEMATICO
MOSTRANDO LAS
FASES DE LA ETAPA
DE COMPACTACION
DE LOS GRANULOS
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
MODOS DE COMPACTACIÓN: DEFINIDOS EN TERMINOS DEL MOVIMIENTO
DEL MOLDE Y DE LOS PUNZONES
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
CLASES DE PRENSAS UNIAXIALES
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
EFECTO DE LA FRICCIÓN DEL POLVO CON LA PARED DE LA MATRIZ
P
P - dP
PAP − ( P − dP ) AP − F f = 0, PAP − PAP + dPAP − F f = 0
Por otra
parte:
F f = μ Fn Fn = Fuerza normal
Fn = AL Pr Pr = Presión radial
μ = Coeficiente de fricción entre
la masa de polvo y la matriz
AL = Área lateral
P
K= r
P
AP dP = F f
AP dP = μ KAL P
AL
dP
= μK
P
AP
EFECTO DE LA FRICCIÓN DEL POLVO CON LA PARED DE LA MATRIZ
AL
dP
= −μ K
P
AP
A
dP
= μK L
P
AP
Ajuste de signos
D2
AP = π
4
AL = π Ddx
dP
π Ddx
4μ K
= −μ K
=
−
dx
2
P
D
π D 4
Luego:
( )
Integrando:
∫
P
P0
dP
4μ K
=−
P
D
P=
4μ K
⎛P ⎞
=
−
dx
,
Ln
x
⎜ P⎟
∫0
D
0⎠
⎝
x
−4 μ K x
D
P0e
P=
−4 μ K x
D
P0e
−4 μ K x
P
D
=e
P0
x
x/D
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
P = P0e
−4 μ K
x
D −D
e i
Py = Pa e
−2 μ K
a +l y
l a
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
The key granule characteristics that influence compaction are the hardness,
which is controlled by the particle packing and type of binder in the granule,
the size, and the size distribution.
The compaction process can be divided into two
stages: (1)Rearrangement of the granules at
low pressure
(2)Deformation at higher pressure
Hard granules rearrange easily but, if too hard,
are difficult to deform, thereby producing a green
body with large intergranular pores. These large
pores are difficult to remove during sintering, so
they limit the final density and produce
microstructural flaws in the sintered article
Qualitative results from experiments
with hard, soft, and medium hardness
Al2O3 granules compacted uniaxially
after irregular die filling
The upper set of graphs show density
across the diameter of the green
compact while the lower set of
illustrations are schematics showing
the appearance of the sintered pellets
(top view). Granule hardness was
modified by granulating the Al2O3
powder with different organic binders
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
Densidad en verde de un crisol de pared delgada
(a).- Prensado isostáticamente
(b).- Prensado uniaxialmente
Esquema del sistema de prensado isostatico wet - bag.
COMO FLUIDO PARA EL ISOPRENSADO SE PUEDE UTILIZAR CUALQUIERA
SIEMPRE QUE SEA INCOMPRENSIBLE. USUALMENTE SE UTILIZA AGUA,
AUNQUE TAMBIÉN SE PUEDE USAR ACEITE HIDRÁULICO Y GLICERINA.
LA FLEXIBILIDAD Y EL ESPESOR DE LAS PAREDES DEL MOLDE DEBEN
SER CUIDADOSAMENTE SELECCIONADOS PARA LOGRAR UN CONTROL
DIMENSIONAL ÓPTIMO Y LAS CARACTERÍSTICAS DE LIBERACIÓN.
LA GOMA NATURAL, NEOPRENO, SILICONAS, POLISULFUROS,
POLIURETANOS Y EL CLORURO DE POLIVINILO PLASTIFICADO HAN SIDO
USADOS PARA LA FABRICACIÓN DEL MOLDE FLEXIBLE.
COMO OTROS PROCEDIMIENTOS DE CONFORMADO EL PRENSADO
ISOSTÁTICO TIENE VENTAJAS Y DESVENTAJAS
VENTAJAS
1.- UNIFORMIDAD EN LA DENSIDAD DE LA PIEZA EN VERDE.
2.- VERSATILIDAD
3.- BAJO COSTE DE LOS ÚTILES DE PRENSADO.
ASÍ, EN CONJUNCIÓN CON EL MECANIZADO EN VERDE SE PUEDEN
FABRICAR UNA AMPLIA VARIEDAD DE PIEZAS DE DISTINTA FORMA Y
TAMAÑO, CON MÍNIMO DE INVERSIÓN EN EQUIPAMIENTO
DESVENTAJAS
1.- TIEMPO DEL CICLO DE TRABAJO ELEVADO
2.- DIFICULTAD PARA SU AUTOMATIZACIÓN.
LOS CICLOS DE TRABAJO SON DE MINUTOS E, INCLUSO, DECENAS
DE MINUTOS, POR LO QUE LA CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN ES BAJA
COMPARADA CON LA DEL PRENSADO UNIAXIAL.
PRENSADO ISOSTÁTICO DRY – BAG.
EL PRENSADO ISOSTÁTICO DRY – BAG SE HA DESARROLLADO CON EL
FIN DE AUMENTAR LA CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN Y UNAS
TOLERANCIAS DIMENSIONALES MÁS AJUSTADAS
EN VEZ DE SUMERGIR EL CONJUNTO EN EL FLUIDO, LO QUE SE HACE ES
FABRICAR EL MOLDE CON UNOS CANALES INTERNOS POR LOS QUE SE
BOMBEA EL FLUIDO A ALTA PRESIÓN. ESTO MINIMIZA LA CANTIDAD DE
FLUIDO A ALTA PRESIÓN NECESARIO Y PERMITE EL USO DE ÚTILES
ESTACIONARIOS
EL MAYOR RETO ES LA REALIZACIÓN DEL MOLDE PARA QUE LA
PRESIÓN SEA TRANSMITIDA DE FORMA UNIFORME AL POLVO CERÁMICO
HASTA LOGRAR LA FORMA DESEADA. ESTO SE PUEDE LOGRAR
MEDIANTE UN ADECUADO POSICIONAMIENTO Y FORMA DE LOS
CANALES, POR EL USO DE DIFERENTES ELASTÓMEROS EN EL MOLDE Y
POR OPTIMIZACIÓN DE LAS RESTRICCIONES EXTERNAS DEL MOLDE
UNA VEZ QUE EL ÚTIL SE HA DISEÑADO CONVENIENTEMENTE Y SE HA
AUTOMATIZADO EL SISTEMA, SE PUEDEN REALIZAR DE 1000 A 1500
CICLOS POR HORA.
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
Esquema del sistema de prensado isostatico dry - bag.
TÉCNICAS DE CONFORMADO / PRENSADO
PROBLEMAS EN EL PRENSADO
LOS DEFECTOS MÁS COMUNES QUE SE PUEDEN PRESENTAR EN LAS PIEZAS
PRENSADAS EN SECO SON LAS LAMINACIONES Y LAS GRIETAS, LA MAYOR
PARTE DE LAS CUALES SE DEBEN A LAS TENSIONES PRODUCIDAS POR LA
RECUPERACIÓN ELÁSTICA DIFERENCIAL (SPRINGBACK) CUANDO LA PIEZA ES
EXPULSADA DEL MOLDE
LA RECUPERACIÓN ELÁSTICA DIFERENCIAL DENTRO DE LA PIEZA O ENTRE
LA PIEZA Y EL MOLDE OCURRE POR LOS MOTIVOS SIGUIENTES:
1.- GRADIENTES DE PRESIÓN DENTRO DE LA PIEZA PRODUCIDOS POR LA
FRICCIÓN CON LA PARED DEL MOLDE
2.- COMPRESIÓN ELÁSTICA NO UNIFORME EN LA PIEZA DEBIDO A
VARIABILIDAD DE LOS GRÁNULOS , LLENADO NO UNIFORME DEL MOLDE O
AIRE COMPRIMIDO
3.- RESTRICCIÓN EN LA EYECCIÓN DE LA PIEZA DEBIDO A LA RUGOSIDAD
SUPERFICIAL DE LA PARED DEL MOLDE Y/O SU MALA LUBRICACIÓN
4.- RECUPERACIÓN ELÁSTICA DIFERENCIAL ENTRE LA PARTE DE LA PIEZA
QUE YA ESTA FUERA DEL MOLDE Y LA PARTE QUE ESTA DENTRO DEL MOLDE
CON SU MOVIMIENTO RESTRINGIDO
LAS LAMINACIONES APARECEN COMO GRIETAS CIRCUNFERENCIALES
PERIÓDICAS EN LA SUPERFICIE DE FRICCIÓN Y ESTAN ORIENTADAS
PERPENDICULARMENTE A LA DIRECCIÓN DE PRENSADO
ESTE DEFECTO SE OBSERVA CUANDO LA FRICCIÓN EN LA
PARED DEL MOLDE ES ALTA , LA RECUPERACIÓN ELÁSTICA
DE LA PIEZA ES ALTA Y SU RESISTENCIA BAJA
MEJORANDO LA LUBRICACIÓN DE LA PARED DEL MOLDE Y
UNA NUEVA FORMULACIÓN DE LOS ADITIVOS CON EL FIN DE
PLASTIFICAR LOS GRÁNULOS MEJOR, A MENUDO
ELIMINARÁ ESTE TIPO DEFECTO.
LA TENDENCIA A FORMAR LAMINACIONES DISMINUYE:
¾ BAJANDO LA PRESIÓN DE PRENSADO , YA QUE SE REDUCE EL VALOR
MEDIO DE LA RECUPERACIÓN ELÁSTICA
¾CAMBIANDO LA COMPOSICIÓN DE LOS ADITIVOS PARA AUMENTAR LA
RESISTENCIA DE LA PIEZA Y REDUCIR LA RECUPERACIÓN ELÁSTICA
¾ LUBRIFICANDO LA PARED DEL MOLDE PARA DISMINUIR LOS GRADIENTES
DE PRESIÓN
¾USANDO UN MOLDE DE RIGIDEZ SUFICIENTE CON UNA PARED LISA Y CON
UNA ENTRADA BISELADA.
GRIETAS Y FISURAS
A MENUDO LAS GRIETAS TIENEN SU ORIGEN O SE INICIAN EN LA PARTE
SUPERIOR EXTERNA DE LAS PIEZAS DURANTE SU EXTRACCIÓN DEL
MOLDE
MECANISMO 1
TIENE LUGAR CUANDO SE LIBERA LA
PRESIÓN DEL PUNZÓN SUPERIOR,
ENTONCES EL MATERIAL PRÓXIMO AL
CENTRO DE LA PIEZA TIENDE A
RECUPERARSE ELÁSTICAMENTE, PERO
DICHA RECUPERACIÓN ESTA
RESTRINGIDA MOMENTÁNEAMENTE POR
LA FRICCIÓN EXISTENTE ENTRE LAS
PAREDES DEL MOLDE Y LA PARTE
EXTERNA DE LA PIEZA. ESTO DA LUGAR A
ESFUERZOS DE TRACCIÓN
CONCENTRADOS EN LOS BORDE DE LA
PARTE SUPERIOR DE LA PIEZA.
ESFUERZOS DE
TRACCION
GRIETAS Y FISURAS
EL SEGUNDO MECANISMO TIENE SU ORIGEN EN LA TENDENCIA DEL
MATERIAL A RECUPERAR LA DEFORMACIÓN ELÁSTICA QUE EXPERIMENTO
CUANDO DEJA DE ESTAR RESTRINGIDO. ASÍ, CUANDO LA PIEZA SE EXTRAE Y
SALE DEL MOLDE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE LA PARTE SUPERIOR DE LA
PIEZA AUMENTA, DANDO LUGAR A ESFUERZOS DE TRACCIÓN EN EL
MATERIAL SITUADO JUSTAMENTE POR ENCIMA DEL NIVEL SUPERIOR DEL
MOLDE, LO QUE HACE QUE APAREZCAN UNA SERIE DE GRIETAS LAMINARES.
ESTE MECANISMO PUEDE MINIMIZARSE SELECCIONANDO UN LIGANTE QUE
NOS PROPORCIONA UNA BUENA RESISTENCIA DE LA PIEZA EN VERDE Y QUE
TENGA UNA RECUPERACIÓN ELASTICA MINIMA (MUY PEQUEÑA)
ESTE DEFECTO ES
OBSERVADO CUANDO:
- LA RECUPERACIÓN ELÁSTICA ES
RELATIVAMENTE ALTA,
- LA RESISTENCIA DE LA PIEZA ES
BAJA
- EXISTE UNA RECUPERACIÓN
ELÁSTICA DIFERENCIAL DENTRO DE
LA PIEZA.
- LA ADHERENCIA DE LA PIEZA A LA
SUPERFICIE DEL PUNZÓN PUEDE
AGRAVAR ESTE DEFECTO.
GRIETAS Y FISURAS
LAS GRIETAS DEBIDAS A ESTE MECANISMO SE PUEDEN EVITAR
MEDIANTE:
1.- USANDO UN LUBRICANTE QUE MINIMICE LA FRICCIÓN ENTRE
LAS PAREDES DEL MOLDE Y LA PIEZA.
2.- AUMENTANDO LA RESISTENCIA EN VERDE DE LA PIEZA
MEDIANTE UNA ADECUADA SELECCIÓN DEL LIGANTE,
3.- MINIMIZANDO LA RECUPERACIÓN ELÁSTICA
4.- MANTENIENDO UNA PRESIÓN DEL PISTON SUPERIOR DURANTE
LA EXTRACCIÓN DE LA PIEZA.
VARIACIONES DE DENSIDAD
LA NO UNIFORMIDAD O VARIACIONES DE LA DENSIDAD DE LA PIEZA, CAUSA
ALABEO, DISTORSION Y GRIETAS DURANTE EL POSTERIOR PROCESO DE
COCCIÓN DE LA PIEZA.
DURANTE EL PROCESO DE COCCIÓN, LAS ZONAS DE MENOR DENSIDAD O
BIEN NO DENSIFICAN COMPLETAMENTE O BIEN SUFRIRAN UNA MAYOR
CONTRACCIÓN QUE LAS ZONAS QUE LA RODEAN. EN AMBOS CASOS, LA
PIEZA PRESENTARA DEFECTOS QUE PUEDEN CAUSAR SU RECHAZO.
UNA FUENTE QUE ORIGINA QUE LA DENSIDAD NO SEA UNIFORME EN LA
PIEZA ES LA FRICCIÓN EXISTENTE ENTRE LAS PARTÍCULAS DE POLVO
CERÁMICO Y LAS PAREDES DEL MOLDE, ASÍ COMO ENTRE LAS PROPIAS
PARTÍCULAS.
UNA PARTE DE LA PRESIÓN (ENERGIA) SE DISIPARA EN FORMA DE CALOR
DEBIDO A LA FRICCIÓN, POR LO QUE UNAS ZONAS DE LA PIEZA SON
SOMETIDAS A UNA PRESIÓN MENOR QUE LA QUE SE APLICA, ESAS ZONAS,
POR TANTO, COMPACTARAN A UNA MENOR DENSIDAD QUE LAS ZONAS
SOMETIDAS A UNA PRESIÓN DE MAYOR VALOR.
LAS DIFERENCIAS DE PRESIÓN AUMENTAN CUANDO LO HACE LA RELACION
LONGITUD/DIÁMETRO
VARIACIONES DE DENSIDAD
UNA SEGUNDA FUENTE ORIGEN DE VARIACIONES DE DENSIDAD ES EL
LLENADO NO UNIFORME DEL MOLDE, YA QUE LAS ZONAS CON MAYOR
CANTIDAD DE POLVO COMPACTARAN CON UNA DENSIDAD MAYOR,
ESTAS ZONAS, DE MENOR POROSIDAD, EXPERIMENTARAN UNA
MENOR CONTRACCIÓN DURANTE EL PROCESO DE COCCIÓN, LO QUE
CAUSA DISTORSIONES EN LA PIEZA.
UNA TERCERA FUENTE DE DENSIDAD NO UNIFORME ES LA PRESENCIA
EN EL POLVO GRANULADO, DE ALTA FLUIDEZ, DE AGLOMERADOS
DUROS O DE GRANULOS DE DISTINTA DUREZA.
CONFORMADO PLÁSTICO
EL CONFORMADO PLÁSTICO INCLUYE LOS PROCEDIMIENTOS DE
CONFORMADO DE PRODUCTOS A PARTIR DE UNA
MEZCLA DE POLVO CERÁMICO Y ADITIVOS,
QUE ES DEFORMABLE (MOLDEABLE) BAJO PRESIÓN
LA MEZCLA PUEDE
OBTENERSE EN
SISTEMAS
CONTENIENDO
ARCILLAS POR LA
ADICIÓN DE AGUA (1530 % DEPENDIENDO
DEL TIPO DE ARCILLA)
Y PEQUEÑAS
CANTIDADES DE:
™ FLOCULANTE
™ AGENTE DE MOJADO
™ LUBRICANTE
EN SISTEMAS QUE NO
CONTIENEN ARCILLA,
TALES COMO ÓXIDOS
PUROS, CARBUROS Y
NITRUROS, ES
NECESARIO AÑADIR, EN
LUGAR DE AGUA, UN
MATERIAL ORGÁNICO,
MEZCLADO CON AGUA U
OTRO FLUIDO,
PARA PROPORCIONAR
LA PLASTICIDAD
SE REQUIERE ENTRE EL
20 Y EL 50 % DE UN
ADITIVO ORGÁNICO
PARA LOGRAR LA
PLASTICIDAD ADECUADA
PARA EL CONFORMADO
Basic requirements for plastic forming to be successful
CONFORMADO PLÁSTICO
EL CONFORMADO PLÁSTICO SE USA DE FORMA EXTENSIVA EN LA
FABRICACIÓN DE CERÁMICAS TRADICIONALES Y MODERNAS O
AVANZADAS, QUE TENGAN UNA
SECCIÓN TRANSVERSAL CONSTANTE,
POR EJEMPLO CILINDROS MACIZOS O HUECOS
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN TRADICIONALES TALES COMO:
LADRILLOS Y TEJAS SE OBTIENEN POR EXTRUSIÓN DE UNA MEZCLA
DE ARCILLA Y AGUA
PUEDEN PRODUCIRSE POR EXTRUSIÓN:
¾TUBOS DE PROTECCIÓN DE LOS TERMOPARES
¾TUBOS PARA HORNOS
¾TUBOS DE CARBURO DE SILICIO PARA INTERCAMBIADORES DE CALOR
¾AISLANTES ELÉCTRICOS DE PORCELANA
¾SUSTRATOS PARA APLICACIONES ELECTRÓNICAS
¾SOPORTES DE CATALIZADORES TIPO “COLMENA DE ABEJA”
¾ TUBOS TRANSPARENTES PARA LÁMPARAS
LOS SUSTRATOS PUEDEN EXTRUIRSE A UN ESPESOR < DE 1 mm.
HONEYCOMB STRUCTURES
9Thermal exchange elements
9Catalytic converter supports
9Filters in the melting of metal
9 Electrical transformers
CIENTOS DE CELDAS POR CENTIMETRO CUADRADO CON UN
ESPESOR DE PARED DE 100 μm
EL POLVO CERAMICO SE MEZCLA CON
UNA RESINA DE POLIURETANO Y LUEGO
SE EXTRUYE HACIA UN BAÑO DE AGUA A
UNA VELOCIDAD QUE SE AJUSTA A LA
VELOCIDAD DE CURADO DEL
POLIURETANO
VELOCIDAD: 2 mm/segundo
This catalytic converter is used
for the purification of exhaust
gases from petrol and diesel
engines, through conversion of
CO, HC and NOx into harmless
substances.
It has a ceramic substrate with a
very large surface area and great
filtering efficiency, as well as
high thermal-shock resistance
CONFORMADO PLÁSTICO/ EXTRUSIÓN
ESTA TÉCNICA DE CONFORMADO SE EMPLEA EN LA FABRICACIÓN DE
PRODUCTOS CERÁMICOS DE SECCIÓN CONSTANTE
CONSISTE EN FORZAR EL PASO, MEDIANTE LA APLICACIÓN DE UNA
PRESIÓN, DE LA PASTA CON UNA CONSISTENCIA PLÁSTICA (ELEVADA
VISCOSIDAD) A TRAVÉS DE UNA MATRIZ
SE OBTIENE UN PRODUCTO LINEAL CON UNA SECCIÓN TRANSVERSAL
CONTROLADA, QUE LUEGO SE CORTA A LA LONGITUD REQUERIDA POR EL
PRODUCTO A OBTENER
ES UN MÉTODO DE CONFORMADO CONTINUO MUY EFECTIVO Y
EFICIENTE, QUE USA UN EQUIPAMIENTO SIMPLE. METODO DE BAJO
COSTE PARA GRANDES CANTIDADES DE PRODUCTO
SE PUEDEN OBTENER PRODUCTOS DE GRAN TAMAÑO (MÁS DE
UNA TONELADA), HASTA DE PEQUEÑO TAMAÑO DE
SOLAMENTE UNOS GRAMOS DE MASA.
LAS PRESIONES QUE SE ALCANZAN EN LA INDUSTRIA VARÍAN DESDE
LOS 4 MPa PARA PRODUCTOS DE PORCELANA HASTA LOS 15 MPa
PARA ALGUNOS MATERIALES PLASTIFICADOS CON PRODUCTOS
ORGÁNICOS.
LA CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN VARÍA EN FUNCIÓN DEL TAMAÑO DE LA
PIEZA A FABRICAR, APROXIMÁNDOSE A LAS 100 t/h PARA PIEZAS DE GRAN
TAMAÑO.
LA VELOCIDAD DE EXTRUSIÓN MEDIDA EN TÉRMINOS DE LA VELOCIDAD DE
SALIDA DEL MATERIAL DE LA MÁQUINA, TAMBIÉN VARÍA AMPLIAMENTE Y
ESTA CONTROLADA POR LA VELOCIDAD DE CORTE Y DEL SISTEMA DE
TRANSPORTE. UNA VELOCIDAD DE 1 m/minuto ES COMÚN EN LA
EXTRUSIÓN DE PIEZAS DE GRAN TAMAÑO.
SE HAN DESARROLLADO VARIOS MÉTODOS PARA FORZAR EL
PASO DE LA PASTA A TRAVÉS DEL DADO:
¾GIRO DE UNOS RODILLOS
¾EMPUJE DE UN PISTÓN
¾ROTACIÓN DE UNA HÉLICE (TORNILLO DE ARQUÍMEDES)
LAS MAQUINAS EXTRUSORAS DE TORNILLO PUEDEN SER
SIMPLES O DE TORNILLOS GEMELOS.
MÁQUINAS EXTRUSORAS DE PISTÓN
-ALCANZAN PRESIONES MUY ELEVADAS (BOMBAS HIDRÁULICAS)
- DEBIDO A SU DISEÑO SIMPLE SU MANTENIMIENTO ES MÍNIMO Y,
GENERALMENTE, EL MATERIAL TIENE UNA MENOR CONTAMINACIÓN POR
DESGASTE, QUE SE LIMITA A LAS PAREDES DEL CILINDRO, PISTON Y
MORRO DEL PISTON
-SE REQUIERE UN MENOR CONTENIDO DE HUMEDAD, POR LO QUE SE
REQUIERE UN TIEMPO DE SECADO MENOR Y SE REDUCE LA POSIBLE
DEFORMACION DEL PRODUCTO
- EL CONTROL DE LA TEMPERATURA DE LA MEZCLA Y EL
EQUIPAMIENTO ES SIMPLE, YA QUE NO HAY TRANSPORTE MEDIANTE
UN MECANISMO DE ARRASTRE
MÁQUINAS EXTRUSORAS DE PISTÓN
-EL CONTROL DE LA TEMPERATURA DE LA MEZCLA Y EL
EQUIPAMIENTO ES SIMPLE, YA QUE
NO HAY TRANSPORTE MEDIANTE UN MECANISMO DE ARRASTRE
In plug flow, the velocity of
the fluid is assumed to be
constant across any crosssection of the pipe
perpendicular to the axis of
the pipe.
The plug flow model
assumes there is no
boundary layer adjacent to
the inner wall of the pipe.
LA MAQUINA EXTRUSORA DE TORNILLO SIMPLE, AUNQUE ES
MÁS COMPLEJA QUE LA DE PISTÓN, ES LA USADA HABITUALMENTE EN LA
INDUSTRIA CERÁMICA. CONSISTE DE VARIAS SECCIONES Y ES
CAPAZ DE TRABAJAR DE FORMA CONTINUA
ATENCIÓN:
¾DISEÑO DEL CILINDRO
¾DISEÑO DEL TORNILLO
MAQUINA DE EXTRUSIÓN
LA PRIMERA SECCIÓN ES UN MOLINO AMASADOR O MEZCLADOR, QUE
CONTIENE DOS FILAS DE PALAS MONTADAS SOBRE DOS EJES QUE GIRAN
EN SENTIDOS OPUESTOS, LO QUE PROPORCIONA UNA
ELEVADA ACCIÓN CORTANTE QUE TROCEA Y MEZCLA DE FORMA EFICAZ
EL MATERIAL, QUE PASA ESTRUJADO ENTRE LAS PALAS
(SE TRATA DE MEZCLAR EL POLVO CERAMICO Y LOS ADITIVOS
FORMANDO UNA MASA HOMOGENEA) .
EL MOLINO MEZCLADOR AMASA LA PREMEZCLA
PROPORCIONANDO HOMOGENEIDAD,
MAXIMIZANDO LA PLASTICIDAD Y ELIMINANDO
AIRE POR EL EFECTO DE APRIETE DE LA PASTA.
LA ALIMENTACIÓN AL MOLINO MEZCLADOR ES LA PREMEZCLA FORMADA
POR: POLVO CERÁMICO, MAS LIQUIDO Y MAS ADITIVOS TALES COMO:
LIGANTES, PLASTIFICANTES, DISPERSANTES, FLOCULANTES, LUBRICANTES Y
SURFACTANTES)
LOS POLVOS DE LAS CERAMICAS AVANZADAS CUANDO SE MEZCLAN CON
AGUA NO POSEEN LA CARACTERISTICAS DE PLASTICIDAD DESEABLE
ENTONCES SE MEZCLAN CON UNA SOLUCIÓN VISCOSA CONTENIENDO UN %
PEQUEÑO DE UN LIGANTE ORGANICO. EL SOLVENTE PUEDE SER EL AGUA,
PERO TAMBIEN SE PUEDEN USAR SOLVENTES NO ACUOSOS (ALCOHOLES,
A CONTINUACIÓN, MEDIANTE UN TORNILLO DE ARQUÍMEDES PARA EL
TRANSPORTE DEL MATERIAL, LA MEZCLA ES FORZADA A ENTRAR, A
TRAVÉS DE UNA PLACA PERFORADA, EN LA CÁMARA DE DESAIREADO
EL MATERIAL EN FORMA DE TIRAS CON UNA SECCIÓN TRANSVERSAL
MENOR ES DESAIREADO DE UNA MANERA MÁS UNIFORME MEDIANTE LA
APLICACIÓN DE VACÍO PARA ELIMINAR TANTO AIRE COMO SEA POSIBLE
FINALMENTE, LA MEZCLA PASA A LA CÁMARA DE
COMPACTACIÓN DONDE OTRO TORNILLO DE ARQUÍMEDES
TRANSPORTA EL MATERIAL Y LO PRECOMPACTA PARA ELIMINAR
TANTA POROSIDAD COMO SEA POSIBLE, ANTES DE QUE PASE,
DEBIDO A LA ALTA PRESIÓN, POR LA MATRIZ O DADO RÍGIDO.
Variación de la
presión en las
distintas zonas del
tornillo de la
maquina de
extrusión.
EN LA ALIMENTACIÓN USANDO UN TORNILLO SIMPLE, EL MATERIAL
NO DEBE DESLIZAR SOBRE LA PARED DE LA CAMISA.
EN CONSECUENCIA, LA ADHESIÓN DEL MATERIAL SOBRE LA PARED
DE LA CAMISA Y LA RELACIÓN
Area de la pared
Area del tornillo
DEBE SER SUFICIENTEMENTE ALTA.
- LOS TORNILLOS DEBEN ESTAR SUFICIENTEMENTE PULIDOS
PARA FACILITAR EL DESLIZAMIENTO.
- PARA ALCANZAR PRESIONES MÁS ALTAS PUEDEN USARSE
TORNILLOS DE MAYOR TAMAÑO O CONVERGENTES.
- EL NÚMERO DE HILOS DEL TORNILLO CONTROLA EL NÚMERO
DE COLUMNAS DE ALIMENTACIÓN DESPLAZADAS.
UN ÁNGULO DE LA HÉLICE DE MAYOR VALOR AUMENTA LA
VELOCIDAD DE TRANSPORTE, PERO REDUCE LA PRESIÓN DE EMPUJE
DE COMPRESIÓN SOBRE EL MATERIAL
LOS ÁNGULOS DE HÉLICE, COMÚNMENTE, USADOS ESTÁN DENTRO
DEL INTERVALO DE 20-25 º.
EN EL AVANCE DEL MATERIAL EN EL INTERIOR DEL CILINDRO
INTERVIENEN LOS GRUPOS DE FUERZAS SIGUIENTES:
1.- FUERZAS DE ROZAMIENTO DEL MATERIAL SOBRE LA SUPERFICIE
DEL CANAL DE LA HÉLICE
ESTE ROZAMIENTO QUE SE OPONE AL DESLIZAMIENTO DEL MATERIAL SOBRE
LA HÉLICE, AUMENTA CON LA PRESIÓN Y CON EL GRADO DE FRICCIÓN DEL
MATERIAL SOBRE DICHA SUPERFICIE
COMO CONSECUENCIA DE ESTE ROZAMIENTO EL MATERIAL TIENDE A
QUEDAR FIJO SOBRE LA SUPERFICIE DE LA HÉLICE GIRANDO CON ELLA Y
DESCRIBIENDO UNA TRAYECTORIA CIRCULAR
2.- FUERZAS DE ROZAMIENTO DEL MATERIAL SOBRE LAS PAREDES
INTERIORES DEL CILINDRO O CAMISA (ACTÚAN EN SENTIDO CONTRARIO )
TIENDEN A EVITAR EL GIRO DEL MATERIAL CON LA HÉLICE DEJÁNDOLO
ESTACIONADO EN UN PUNTO FIJO SOBRE LA SUPERFICIE DEL CILINDRO.
HAY QUE DISMINUIR AL MÍNIMO EL PRIMER GRUPO DE FUERZAS Y
AUMENTAR EL VALOR DEL SEGUNDO A FIN DE QUE LA MASA
PLASTICA SE QUEDE PARADA SOBRE LA SUPERFICIE INTERIOR DEL
CILINDRO Y SEA ALCANZADA LO ANTES POSIBLE POR EL FLANCO DE
PROPULSIÓN DE LA HÉLICE, EMPUJÁNDOLA HACIA ADELANTE.
3.- GRUPO DE FUERZAS CONSTITUIDO POR LA COHESIÓN O FUERZA
DE ATRACCIÓN EXISTENTE ENTRE LAS PARTÍCULAS ARCILLOSAS
LA FUERZA DE COHESIÓN DE LA ARCILLA DEBE SER MUY SUPERIOR
A LA FUERZA DE ADHESIÓN DE LA MISMA SOBRE LA SUPERFICIE
DEL CANAL DE LA HÉLICE Y LIGERAMENTE SUPERIOR A LA FUERZA
DE ADHESIÓN SOBRE LA SUPERFICIE INTERIOR DEL CILINDRO, DE
LO CONTRARIO LA ARCILLA QUEDARÁ PEGADA A LA SUPERFICIE
DEL CANAL DE LA HÉLICE HASTA FORMA UN RODILLO QUE GIRARÍA
EN EL INTERIOR DEL CILINDRO RECUBIERTO DE ARCILLA.
ESTO ES LO QUE SUCEDE CUANDO SE TRABAJA DON
ARCILLAS EXCESIVAMENTE PLÁSTICAS Y ADHESIVAS
UNA VEZ CONOCIDAS LAS FUERZAS QUE INTERVIENEN EN EL
AVANCE DEL MATERIAL (ARCILLA) EN EL INTERIOR DEL
CILINDRO, SE VAN A INDICAR LAS
CONDICIONES QUE SE DEBEN CUMPLIR PARA
LOGRAR EL MÁXIMO RENDIMIENTO DE LA EXTRUSIÓN:
(A).- QUE
LA FUERZA DE ROZAMIENTO SOBRE LAS
PAREDES DEL CANAL DE LA HÉLICE SEA DE LA
MENOR INTENSIDAD POSIBLE PARA REDUCIR LA
ADHESIÓN DE LA ARCILLA. ESTO SE CONSIGUE CON UN
BUEN PULIDO DE LA SUPERFICIE DE LA HÉLICE, ELIMINANDO
LAS REBABAS DE FUNDICIÓN. ESTA ES LA RAZÓN POR LA QUE
SE MEJORA EL RENDIMIENTO DE LAS HÉLICES NUEVAS
DESPUÉS DE ALGUNOS DÍAS DE SU PUESTA EN SERVICIO.
(B).-QUE
SE AUMENTE LA INTENSIDAD DEL
ROZAMIENTO SOBRE LAS PAREDES INTERIORES DEL
CILINDRO. PARA ELLO EN LA SUPERFICIE INTERIOR DEL
CILINDRO SE COLOCAN COSTILLAS LONGITUDINALES QUE
FRENAN EL MOVIMIENTO CIRCULAR DE LA ARCILLA.
LA SEPARACIÓN ENTRE HÉLICE Y CILINDRO NO DEBE SUPERAR
NUNCA LOS 20 mm, SIENDO SUS LÍMITES ÓPTIMOS DE 3 A 12 mm.
SI LA SEPARACIÓN AUMENTA, AUMENTA EL REFLUJO DE
ARCILLA DESDE LA ZONA DE PRESIÓN ENTRE LA SUPERFICIE
DE LA HÉLICE Y EL CILINDRO, BAJANDO EL RENDIMIENTO
VOLUMÉTRICO.
ESTO GENERA UN AUMENTO DE TEMPERATURA DEL SISTEMA Y
ES UNA SEÑAL DE ALERTA QUE ESTÁ FUNCIONANDO MAL.
(C).- QUE LA FUERZA DE PROPULSIÓN QUE EMPUJA A
LA ARCILLA HACIA DELANTE SEA MÁXIMA.
ESTO DEPENDE DEL PAR DE GIRO APLICADO AL EJE Y DEL
ÁNGULO DE LA HÉLICE. INTERESA QUE EL PAR DE GIRO SEA
MÍNIMO PORQUE REPRESENTA EL CONSUMO DE LA HÉLICE Y
ESTO SE REGULA CON EL ÁNGULO DE LA HÉLICE.
NO EXISTE UNA FÓRMULA FIJA PARA DETERMINAR LA RELACIÓN
DIÁMETRO - PASO DE HÉLICE, POR CUANTO ESTO DEPENDE DE
CADA TIPO DE MATERIAL (ARCILLA).
EL MATERIAL QUE SALE DE LA HÉLICE ENTRA EN EL EMBUDO
(CABEZA DE LA MÁQUINA EXTRUSORA) .
EL EMBUDO DEBE CUMPLIR CON LAS SIGUIENTES FUNCIONES:
1.- ELIMINAR LAS PULSACIONES O DIFERENCIAS DE FLUJO QUE NO SE
HAYAN PODIDO CORREGIR CON EL ASPA FINAL
2.- ELIMINAR ESTRUCTURAS O LAMINACIONES PRODUCIDAS SOBRE
LA SUPERFICIE DE LA HÉLICE.
3.- TRANSFORMAR EL FLUJO HELICOIDAL EN UN FLUJO RECTILÍNEO
PARALELO AL EJE DE LA EXTRUSORA
4.- COMPENSAR LAS DIFERENCIAS DE TRANSPORTE ENTRE EL
PERÍMETRO DE LA HÉLICE Y EL CUBO.
5.- IGUALAR LAS VELOCIDADES EN LA SECCIÓN DEL EMBUDO PARA
UNIFORMIZAR LA ENTRADA DE LA ARCILLA AL MOLDE
Para una velocidad de extrusión, v, la presión requerida ΔP para el flujo
laminar estacionario de un material con comportamiento durante el flujo
dado por la ecuación de Herschel – Bulkley, a través de un dado de
sección de entrada cuadrada y flujo de pistón con deslizamiento en la
pared en el dado de sección transversal constante (DIE LAND), viene
dada por la ecuación de Benbow modificada:
⎛ ACAMISA ⎞ AFRICCION
⎡τ + k v m ⎤
ΔP = ⎡⎣τ b + kb v ⎤⎦ Ln ⎜
⎟+
f
⎦
ALAND ⎣ f
⎝ ALAND ⎠
n
ECUACIÓN DE HERSCHEL – BULKLEY
•
n
τ = τY + K γ
τb = Resistencia cortante umbral interna del material plástico
kb, n = Factor de velocidad y el índice de la ley potencial del material
plástico, respectivamente
AFRICCION/ALAND= Relación entre el área de la superficie lateral del dado de
sección transversal constante y el área de su sección transversal
τb = Resistencia cortante umbral para el deslizamiento de una película
sobre la superficie de la pared del dado de sección transversal constante
kf, m = Factor de velocidad y el índice de la ley potencial de la película
que desliza, respectivamente
Schematic
of in-line
tubing die
(1) air or wire conductor inlet; (2) melt inflow (side inlet); (3) melt exit
(annulus); (4) air or wire conductor exit; (5) core tube; (6) flow splitter;
(7) housing; (8) die pin; (9) die land; (10) retaining plate; (11) retaining
ring bolt; (12) die centering bolt; (13) heater band.
PARA LA EXTRUSIÓN DE SECCIONES TRANSVERSALES
CIRCULARES, LA ECUACIÓN TOMA LA FORMA:
n
⎡
v
⎞ ⎤ ⎛ D0 ⎞ 4 L ⎡
' ⎛
m⎤
τ
k
v
ΔP = 2 ⎢τ b + kb ⎜ ⎟ ⎥ Ln ⎜
+
+
⎟
f
f
⎦
D
D
⎝ ⎠ ⎥⎦ ⎝
⎠ D ⎣
⎢⎣
DONDE D0 ES EL DIÁMETRO DE LA CAMISA, D EL DIÁMETRO DEL DADO
DE SECCIÓN TRANSVERSAL CONSTANTE Y k’b ES UN FACTOR DE
VELOCIDAD INDEPENDIENTE DEL ESPESOR DEL MATERIAL A EXTRUIR.
Características de flujo determinadas usando un reómetro de extrusión.
Las diferencias indican que la película tiene un contenido más
alto de líquido y una composición diferente. Los cambios en
las propiedades de flujo por adición de acido esteárico a la
composición de cordierita indican que actúa como lubricante
interno de la composición y como externo en las proximidades
de la pared del dado de sección transversal constante.
Para el flujo a través de un dado de sección transversal cuadrada que
tiene N agujeros circulares, la presión de extrusión ΔP viene dada por:
⎛ D0 ⎞
4L ⎡
n
ΔP = 2 Ln ⎜ 0.5 ⎟ ⎣⎡τ b + kb v ⎤⎦ +
⎢τ f + k f
D ⎢⎣
⎝n D⎠
donde Q es el caudal volumétrico de extrusión
⎛ 4Q ⎞
⎜
2⎟
ND
π
⎝
⎠
m
⎤
⎥
⎥⎦
n, m < 1
Es obvio que cuantos menos agujeros tenga el molde y de
menor diámetro sean, mayor será la pérdida de carga, o mas
elevada deberá ser la presión de extrusión
CONFORMADO PLÁSTICO/ MOLDEO POR INYECCIÓN
EL MOLDEO POR INYECCIÓN ES UNA TÉCNICA DE CONFORMADO
TÍPICA DE LOS MATERIALES TERMOPLÁSTICOS TALES COMO EL
POLIETILENO, EL POLIPROPILENO Y EL POLIESTIRENO,
OBTENIÉNDOSE PRODUCTOS, QUE VARÍAN AMPLIAMENTE EN LA
FORMA Y EN EL TAMAÑO, CON UNA PRODUCTIVIDAD ALTA
UNA ADAPTACIÓN RECIENTE DE ESTA TÉCNICA HA SIDO
PREMEZCLAR POLVO CERÁMICO (INORGÁNICO)
CON UN POLÍMERO, EL CUAL SE UTILIZA PARA PROPORCIONAR
LAS CARACTERÍSTICAS DE FLUJO ADECUADAS PARA EL MOLDEO
POR INYECCIÓN DEL PRODUCTO Y DAR UNA RESISTENCIA
SUFICIENTE PARA SU MANEJO.
A CONTINUACIÓN EL LIGANTE ORGÁNICO (POLÍMERO) SE ELIMINA DE
LA PIEZA CONFORMADA ANTES DEL PROCESO DE SINTERIZACIÓN.
SELECCIÓN DE LOS MATERIALES
(POLVOS CERÁMICOS, LIGANTES,
SOLVENTES, LUBRICANTES)
MEZCLADO DEL POLVO+LIGANTE
PRODUCCIÓN DE UN MATERIAL DE
ALIMENTACIÓN HOMOGÉNEO EN
FORMA DE GRÁNULOS
Esquema del proceso
de moldeo por inyección
EL MEZCLADO SE REALIZA
EN AUSENCIA DE OXIGENO,
PARA EVITAR DE ESTA
MANERA LA DEGRADACIÓN
POR OXIDACIÓN DE LOS
COMPONENTES INORGÁNICOS,
LA TEMPERATURA EN LA QUE
DEBE DE SER REALIZADA, SI
BIEN ES CIERTO QUE DEBE DE
SER RELATIVAMENTE ALTA,
DEBE DE ESTAR POR DEBAJO
DE LA TEMPERATURA A LA
CUAL LOS COMPUESTOS
ORGÁNICOS SE DEGRADAN
PARAMETROS:
-VELOCIDAD DE LLENADO
-PRESION MAXIMA (HASTA 60
MPa)
- TEMPERATURA DE MEZCLA
(130 ºC-190 ºC)
-TIEMPO DE MANTENIMIENTO
MOLDEO POR INYECCIÓN /CARACTERISTICAS DEL POLVO
MOLDEO POR INYECCIÓN /SISTEMA LIGANTE
MOLDEO POR INYECCIÓN /SISTEMA LIGANTE
MOLDEO POR INYECCIÓN /SISTEMA LIGANTE
MOLDEO POR INYECCIÓN / MEZCLA POLVO+LIGANTE
Ligantes, plastificantes
y lubricantes que han
sido usados en el
moldeo por inyección
de cerámicos
La presencia del
-PRESION: 30-100 MPa
torpedo reduce la
- TEMPERATURA: 125 – 160 ºC
sección transversal
con el fin de
proporcionar un
calentamiento más
uniforme.
IMPORTANTE:
- NUMERO DE CAVIDADES POR MOLDE
- TODAS CON IGUAL DISTANCIA A LA BOQUILLA
Los moldes de impresión múltiple deben utilizar
“bebederos balanceados” para tener distribución uniforme
a través del sistema
Los bebederos no balanceados pueden dar lugar a piezas
moldeadas de calidad desigual debido a que la presión y,
en consecuencia, el flujo, no son iguales en sitios cercanos
al canal de alimentación y en los que se hallan alejados
Ciclo típico de una máquina de
inyección de tornillo reciproco
SECUENCIA DE MOLDEO
MOLDEO POR INYECCIÓN / MICRODEFECTOS
LOS MICRODEFECTOS INCLUYEN INCLUSIONES Y MICROPOROSIDAD
DEBIDO A LA PRESENCIA DE AGLOMERADOS Y UNA DISTRIBUCIÓN
GRANULOMÉTRICA NO ADECUADA
SON SIMILARES A LOS MICRODEFECTOS QUE PUEDEN ENCONTRARSE
EN OTRAS TÉCNICAS DE CONFORMADO DE MATERIALES
PARTICULADOS
MOLDEO POR INYECCIÓN / MACRODEFECTOS
1.- DEFECTOS DE LLENADO DEL MOLDE:
LLENADO INCOMPLETO DEL MOLDE, POROSIDAD Y LÍNEAS DE UNIÓN O
SOLDADURA
2.- DEFECTOS DE SOLIDIFICACIÓN:
HUECOS DE NUCLEACIÓN Y MICROGRIETAS DEBIDAS A TENSIONES
RESIDUALES.
EL LLENADO INCOMPLETO DEL MOLDE PUEDE OCURRIR POR VARIAS
RAZONES:
SI EL DISEÑO DEL MOLDE NO ES ÓPTIMO PUEDE PRODUCIRSE LA
SOLIDIFICACIÓN DEL MATERIAL ANTES DE QUE LA CAVIDAD ESTE
COMPLETAMENTE LLENA. ESTO, ALGUNAS VECES, PUEDE SER DEBIDO A LA
SOLIDIFICACIÓN DEL MATERIAL EN EL ORIFICIO DE ENTRADA (COMPUERTA)
EN EL QUE TERMINA EL CANAL DE COLADA POR EL QUE ENTRA EN LA
CAVIDAD QUE CONFORMA EL MOLDE. PUESTO QUE EL MOLDE SE
ENCUENTRA A UNA TEMPERATURA MÁS BAJA, EL MATERIAL PUEDE
SOLIDIFICAR EN DICHO ORIFICIO DE ENTRADA Y BLOQUEAR EL ACCESO DE
LA INYECCIÓN DE MÁS MATERIAL A LA CAVIDAD.
Esto no debe ocurrir y puede prevenirse mediante un mejor control de la
temperatura en los bebederos y en la espiga y modificando el diseño del molde.
EL MACRODEFECTO DENOMINADO LÍNEAS DE UNIÓN, DE FLUJO O DE
SOLDADURA (LINES KNIT) SON ÁREAS DONDE EL MATERIAL INYECTADO
NO HA SOLDADO CONJUNTAMENTE DE FORMA ADECUADA.
UNA CAUSA DE DICHO DEFECTO ES EL FLUJO ALEATORIO DEBIDO AL
“CHORRO” DE DELGADAS CORRIENTES DE MATERIAL EN EL MOLDE Y
OTRA ES CUANDO EL FLUJO DE MATERIAL ENTRA EN CONTACTO CON
LAS PAREDES DEL MOLDE PRODUCIÉNDOSE SU ENFRIAMIENTO ANTES
DE QUE SE UNA CON OTRO FLUJO DE MATERIAL
REPRESENTAN UNA DISCONTINUIDAD
O UNA REGIÓN DÉBIL DE LA PIEZA.
USUALMENTE, TIENEN UNA
APARIENCIA LAMINAR O PLEGADA.
ALGUNAS DE ESTAS LÍNEAS SON
FÁCILMENTE VISIBLES SI ELLAS
INTERSECCIONAN LA SUPERFICIE
EXTERIOR DE LA PIEZA. OTRAS SON
MUY FINAS Y DIFÍCILES DE DETECTAR,
INCLUSO CON TÉCNICAS DE
INSPECCIÓN NO DESTRUCTIVAS TALES
COMO ULTRASONIDOS Y RADIOGRAFÍA
EN LA PIEZA SINTERIZADA APARECEN
COMO LAMINACIONES Y GRIETAS
SLIP CASTING (COLADO)
CONFORMADO CERAMICOS/
SLIP CASTING (COLADO)
CUANDO SE HABLA DEL TÉRMINO
“COLADO” AUTOMÁTICAMENTE
SE PIENSA EN LA TÉCNICA DE
COLADO DE
METALES FUNDIDOS,
EN LA CUAL LA PIEZA A OBTENER
SE CONFORMA VERTIENDO EL
METAL FUNDIDO EN UN MOLDE
CONFORMADO CERAMICOS/ SLIP CASTING (COLADO)
LA TÉCNICA DE COLADO DE METALES FUNDIDOS, SOLAMENTE SE
UTILIZA EN LOS MATERIALES CERÁMICOS DE UNA FORMA
LIMITADA (TEMPERATURAS DE FUSIÓN ELEVADAS).
ES EL CASO DE LA PREPARACIÓN DE MATERIALES DE ALTA
DENSIDAD DE Al2O3 y Al2O3 – ZrO2 Y DE ABRASIVOS
EN ESTE ÚLTIMO CASO, EL COLADO DEL FUNDIDO CERÁMICO
SOBRE SUPERFICIES METÁLICAS ENFRIADAS PRODUCE UN
ENFRIAMIENTO RÁPIDO, LO QUE DA LUGAR A UN TAMAÑO DE
CRISTAL MUY PEQUEÑO, QUE IMPARTE UNA ALTA TENACIDAD AL
MATERIAL
LA TÉCNICA DE COLADO DE MATERIALES CERÁMICOS FUNDIDOS
SE DENOMINA “FUSION CASTING”
TÉCNICAS DE CONFORMADO / SLIP CASTING (COLADO)
PREPARACIÓN DE UNA SUSPENSIÓN DEL POLVO CERÁMICO EN UN LÍQUIDO,
USUALMENTE AGUA, CON UNA CONSISTENCIA ADECUADA PARA PODER SER VERTIDA
O BOMBEADA EN UN MOLDE PERMEABLE, GENERALMENTE DE YESO.
EN EL PROCESO DE COLADO DRENANTE LA SUSPENSIÓN SE VIERTE EN UN
MOLDE POROSO QUE EXTRAE POR SUCCIÓN CAPILAR EL LÍQUIDO DE LA
SUSPENSIÓN ADYACENTE A LAS PAREDES DEL MOLDE, CON LO QUE SE VA
FORMANDO LA PIEZA EN LAS PAREDES DEL MOLDE
DRAIN CASTING
El proceso de
colada hueca se
utiliza para la
fabricación
figuras
artísticas,
lavabos y otros
artículos
sanitarios,
crisoles y una
amplia variedad
de otros
productos
MOLDE
POROSO
La ley de Jurin define la altura
que se alcanza cuando se
equilibra el peso de la columna
de líquido y la fuerza de
ascensión por capilaridad. La
altura h en metros de una
columna líquida está dada por la
ecuación:
h=
2γ cos θ
ρ gr
γ = tensión superficial interfacial (N/m)
θ = ángulo de contacto
ρ = densidad del líquido (kg/m³)
g = aceleración debido a la gravedad,
por lo tanto:(m/s²)
r = radio del tubo (m)
En capilares de 1 µm (micrómetro) de
radio, con una presión de succión
0,15 MPa, corresponde a una altura
de columna de agua de 14 a 15 m.
MECÁNICA DEL SLIP CASTING
J=
( dx )
K dp
ηL
L2c =
2 K c pt
η L ⎢⎡⎜⎛ Vc V ⎟⎞ − 1⎥⎤
s⎠
⎣⎝
⎦
(6.9)
p = Δpc + Δpm
J=
L2c =
Kc
K
Δpc = m Δpm
η L Lc
η L Lm
(6.11)
2 Hpt
ηL
Pm = Porosidad del molde
Km = Permeabilidad del molde
TÉCNICA DE COLADO :
VENTAJAS :
1.- Completa dispersión del polvo cerámico en un líquido
de, relativamente, baja viscosidad
2.- Posibilidad de obtener piezas de forma compleja
3.- Costes relativamente bajos
DESVENTAJAS:
1.- Capacidad de producción baja
2.- Baja precisión dimensional
EFECTOS DE LOS PARÁMETROS DEL MOLDE
(6.9)
(6.12)
L2c =
2 K c pt
η L ⎡⎢⎛⎜ Vc V ⎞⎟ − 1⎤⎥
s⎠
⎣⎝
⎦
L2c =
2 Hpt
ηL
EFECTOS DE LOS PARÁMETROS DE LA SUSPENSIÓN
(6.9)
L2c
2 K c pt
=
η L ⎡⎢⎛⎜ Vc V ⎞⎟ − 1⎤⎥
s⎠
⎣⎝
⎦
EFECTOS DE LA VISCOSIDAD
L2c =
2 K c pt
η L ⎡⎢⎛⎜ Vc V ⎞⎟ − 1⎤⎥
s⎠
⎣⎝
⎦
COLADO A PRESIÓN
UNA LIMITACIÓN DEL PROCESO DE SLIP CASTING CONVENCIONAL ES EL
LARGO PERIODO DE TIEMPO REQUERIDO PARA QUE SE PRODUZCA LA
CONSOLIDACIÓN DE LA PIEZA AL ESPESOR DESEADO. ESTO TRAE COMO
CONSECUENCIA EL QUE HAYA QUE DISPONER DE UN GRAN NUMERO DE
MOLDES, DEL CORRESPONDIENTE ESPACIO PARA SU COLOCACIÓN Y DE UN
MAYOR TRABAJO. TODO ELLO INCREMENTA LOS COSTES
LA ECUACIÓN (6.9) NOS INDICA QUE LA VELOCIDAD CON QUE AUMENTA EL
ESPESOR DE LA CAPA CONSOLIDADA PUEDE INCREMENTARSE AUMENTANDO
LA PRESIÓN QUE INDUCE LA MIGRACIÓN DEL LIQUIDO. POR TANTO, LA
APLICACIÓN DE UNA PRESIÓN EXTERNA AUMENTA LA VELOCIDAD DEL
PROCESO REDUCIENDO EL TIEMPO DEL CICLO. LA TÉCNICA DE DENOMINA
COLADO A PRESIÓN Y ES SIMILAR AL FILTRADO BAJO PRESIÓN. EN ESTE
ULTIMO AL AGUA U OTRO LIQUIDO CUALQUIERA SE ELIMINA UN POLVO,
PRESIONANDO LA MEZCLA DE POLVO Y LIQUIDO CONTRA UNA MEMBRANA
SEMIPERMEABLE. EN EL COLADO A PRESIÓN LA SUSPENSIÓN SE PRESIONA
DENTRO DE UN MOLDE PERMEABLE CON LA FORMA DE LA PIEZA DESEADA.
L2c =
2 K c pt
η L ⎡⎢⎛⎜ Vc V ⎞⎟ − 1⎤⎥
s⎠
⎣⎝
⎦
(6.9)
COLADO A PRESIÓN
LA SUCCIÓN CAPILAR DE UN MOLDE DE YESO OSCILA ENTRE 0.12 Y
0.18 MPa Y LA PRESIÓN QUE ORIGINA LA MIGRACIÓN PUEDE
AUMENTARSE HASTA 20 VECES SI SE APLICA UNA PRESIÓN
EXTERNA
SIN EMBARGO, DEBIDO A LA BAJA RESISTENCIA MECÁNICA DE LOS
MOLDES DE YESO, SI SE UTILIZA ESTE TIPO DE MOLDES LA
CANTIDAD DE PRESIÓN QUE SE PUEDE APLICAR ESTA LIMITADA.
PARA SALVAR, EL INCONVENIENTE ANTERIOR SE HAN
DESARROLLADO MOLDES POROSOS DE PLÁSTICO QUE PERMITEN
ALCANZAR PRESIONES DE HASTA 4 MPa
ESTOS MOLDES DE PLÁSTICOS ESPECIALES SON MÁS COSTOSOS,
ASÍ COMO EL EQUIPAMIENTO NECESARIO.
L2c =
2 K c pt
η L ⎢⎡⎛⎜ Vc V ⎞⎟ − 1⎥⎤
s⎠
⎣⎝
⎦
Resultados del colado tradicional y a presión.
Maquina para colado a media presión con una serie
de moldes poliméricos montados sobre un banco
Combustor anular de un motor de
turbina de gas fabricado por colado
usando espigas y mandriles no
absorbentes insertados en el molde.
OTRAS TÉCNICAS DE COLADO A LA CERA SOLUBLE HAN SIDO
DESARROLLADAS PARA FABRICAR FORMAS ESPECIALES
UNA DE LAS TÉCNICAS SE USA PARA LA FABRICACIÓN DE
ESPUMAS CERÁMICAS DE BAJO PESO,
PERO RESISTENTES
UNA ESPUMA RETICULADA POLIMÉRICA DEL TAMAÑO DE PORO DESEADO,
SEMEJANTE A UNA ESPONJA DE BAÑO, SE CORTA A LA FORMA DESEADA Y
SE UTILIZA COMO MOLDE INTERIOR.
LUEGO SE COLOCA EN UN RECIPIENTE EN UNA CÁMARA DE VACÍO
A CONTINUACIÓN, UNA SUSPENSIÓN CERÁMICA SE VIERTE EN EL RECIPIENTE
Y BAJO LOS EFECTOS DEL VACÍO SE INFILTRA COMPLETAMENTE EN LOS
POROS DE LA ESPUMA RETICULADA POLIMÉRICA
UNA VEZ RELLENADOS LOS POROS SE PASA AL SECADO Y A LA COCCIÓN,
ELIMINÁNDOSE EL MATERIAL POLIMÉRICO Y DENSIFICANDO EL PRODUCTO
CERÁMICO
LA PIEZA RESULTANTE CONSISTE EN UNA ESPONJA CON MATERIAL
CERÁMICO INTERCONECTADO DE FORMA CONTINUA Y CANALES DE POROS
TAMBIÉN CONTINUOS
DICHA ESTRUCTURA CELULAR ES MUY LIGERA Y A LA VEZ,
SORPRENDENTEMENTE, RESISTENTE
SE PUEDEN CONSEGUIR UNA VARIEDAD DE TAMAÑOS DE POROS CON
DIFERENTES TIPOS DE MATERIALES CERÁMICOS.
SE HAN USADO CON ÉXITO PARA LA FILTRACIÓN DE METALES FUNDIDOS Y
PARA EL REVESTIMIENTO REFRACTARIOS DE LOS HORNOS
TAMBIÉN SE PUEDEN UTILIZAR PARA LA ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS DE
LOS GASES DE SALIDA DE LOS MOTORES DIESEL
CONFORMADO CERAMICOS/ TAPE CASTING
LA TECNICA DE CONFORMADO DEL TAPE CASTING SE USA PARA LA
PRODUCCIÓN DE:
LÁMINAS DELGADAS DE MATERIAL CERÁMICO DE ESPESOR CONTROLADO
(10 μm a 1 mm), EN GRAN CANTIDAD Y A BAJO COSTE,
QUE PUEDEN SER APILADAS ES ESCTRUCTURAS MULTICAPA.
ES UN PROCESO CONTINUO, SIMILAR AL SLIP CASTING, EXCEPTO QUE
LA PASTA CERAMICA ES EXTENDIDA SOBRE UNA SUPERFICIE PLANA, EN
LUGAR DE SER VERTIDA EN UN MOLDE.
HOY EN DÍA LA TECNICA DE CONFORMADO DEL TAPE CASTING ES BASICA
PARA LA INDUSTRIA ELECTRONICA A LA QUE SUMINISTRA CONDENSADORES
MULTICAPA (MLC) Y PAQUETES CERAMICOS MULTICAPA (MLCP)
CONFORMADO CERAMICOS/ TAPE CASTING
(Defloculante,
Defloculante, plastificante, ..)
The preparation of the slurry is a CRITICAL STEP in the tape casting
process. (Selection of solvent, dispersant, binder, plasticizer, etc.)
MOST TAPE CASTING OPERATIONS CURRENTLY USE ORGANIC
SOLVENTS, BUT THE TREND IS TOWARDS AQUEOUS-BASED SYSTEMS
THE TAPE CASTING PROCESS
THE KEY COMPONENT OF THE TAPE CASTING EQUIPMENT IS THE
DOCTOR BLADE ASSEMBLY
IT CONSISTS OF AN ADJUSTABLE DOCTOR BLADE MOUNTED IN A
FRAME WITH A RESERVOIR TO HOLD THE SLURRY (OR SLIP).
BEFORE IT IS METERED OUT UNDER THE BLADE TO FORM THE THIN
LAYER OF SLURRY ON THE CARRIER SURFACE.
THE FLOW BEHAVIOR OF THE SLURRY DURING THE CASTING OF THE
TAPE HAS BEEN ANALYZED THEORETICALLY TO ESTIMATE THE
INFLUENCE OF THE CASTING PARAMETERS ON THE THICKNESS OF
THE TAPE
2
αβ ρ w ⎛ h0 Δp ⎞
hd =
h0 ⎜1 +
⎟
2 ρd ⎜⎝ 6ηUL ⎟⎠
ρw
η
ρd
2
αβ ρ w ⎛ h0 Δp ⎞
hd =
h0 ⎜1 +
⎜ 6ηUL ⎟⎟
ρ
2
d
(6.18)
⎝
⎠
The casting speed is largely determined by the type of casting process:
CONTINUOUS OR BATCH. Typical casting speeds can vary
15 cm/min for a continuous process to 50 cm/min for a batch process.
For a continuous process, the speed is determined by the length of the
casting machine, the thickness of the tape, and the volatility of the
solvent.
ELIMINACIÓN DEL LIGANTE
ELIMINACIÓN DEL LIGANTE
La eliminación de los materiales orgánicos por tratamientos
térmicos origina la presencia de gases y causa una
contracción diferencial, que da lugar a tensiones y la pieza
se debilita cuando se elimina el ligante.
Se pueden utilizar las siguientes técnicas:
1.- EVAPORACIÓN (O DESTILACIÓN) TÉRMICA (PIROLISIS).
2.- EXTRACCIÓN CON SOLVENTES
3.- ACCIÓN CAPILAR O FLUJO EN ESTADO LIQUIDO.
4.- DESCOMPOSICIÓN Y OXIDACIÓN