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Instituto de Óptica «Daza de Valdés»

Sinterización en frío de materiales cerámicos de formas complejas

Sinterización en frío de materiales cerámicos de formas complejas

Óptica para el espacio e iones de alta energía (GOLDION)

  • Por primera vez se han obtenido cerámicas densas con formas complejas mediante el proceso de sinterización en frío, abriendo nuevas vías en la fabricación avanzada de materiales.

  • Este innovador enfoque permite obtener materiales cerámicos con formas intrincadas y microestructuras homogéneas, reduciendo significativamente el consumo energético en su producción.

Madrid / 17 de septiembre de 2024

Científicas y científicos del Instituto de Cerámica y Vidrio y del Instituto de Óptica del CSIC en colaboración con investigadores de las universidades de Trento y Padua en Italia han publicado un innovador estudio en el que se consigue la sinterización en frío de materiales cerámicos con formas complejas. Este trabajo, pionero en su campo, demuestra por primera vez la viabilidad de producir cerámicas densas y homogéneas utilizando este método de bajo consumo energético, abriendo nuevas posibilidades en la fabricación de componentes cerámicos con aplicaciones potenciales en diversas industrias.

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La sinterización en frío es un proceso emergente en la fabricación de materiales cerámicos que ha ganado atención debido a su capacidad para densificar cerámicas a temperaturas mucho más bajas que los métodos convencionales, los cuales necesitan temperaturas de miles de grados, reduciendo así significativamente el consumo energético. Este proceso, que en vez de temperatura utiliza presiones extremadamente altas junto con la adición de un disolvente, permite la reorganización y densificación de las partículas cerámicas a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente.

Sin embargo, hasta ahora, la sinterización en frío se había limitado a la producción de pequeñas muestras simples, principalmente en forma de discos. La fabricación de formas más complejas mediante este método representaba un desafío significativo debido a la dificultad de aplicar presión uniformemente en toda la muestra.

Este estudio aborda ese reto, proponiendo un enfoque innovador que consigue la sinterización en frío con el uso de moldes extraíbles, abriendo así nuevos caminos en la fabricación de estructuras cerámicas complejas con aplicaciones en sectores que van desde la biomedicina hasta la construcción.

Esquema de formación de discos de cerámica por presión en un cilindro, con detalle de los moldes con formas intercalados entre los discos
Flujo de trabajo del proceso de obtención de cerámicas de formas complejas mediante sinterización en frío del polvo: a) diseño e impresión 3D del molde; b) carga del molde (die) y proceso de sinterización en frío; c) realización de formas negativas y positivas mediante descarga del molde. En d) y e) se muestran diferentes vistas de los moldes S1 y S2 / Journal of the European Ceramic Society
En el estudio, inspirándose en técnicas utilizadas en la sinterización por plasma de chispa (SPS), diseñaron un accesorio espaciador que actúa como un molde extraíble, fabricado mediante impresión 3D con una resina fotocurable. Este espaciador se introdujo en el polvo cerámico antes del proceso de sinterización, lo que permitió mantener la forma deseada durante la compactación. Para validar el método, se probaron cuatro tipos de cerámicas diferentes: hidroxiapatita biogénica, óxido de zinc, tierra de diatomeas y residuos de construcción y demolición reciclados. A lo largo del proceso, se evaluaron la densidad, geometría y microestructura de las muestras obtenidas, comprobando que la densidad alcanzada y la homogeneidad microestructural eran comparables a las de las muestras más simples, lo que confirma la eficacia del enfoque propuesto.

Tras este trabajo, el equipo de investigación se ha propuesto optimizar el presente proceso de sinterización en frío para reducir y controlar las distorsiones encontradas provocadas por el prensado uniaxial.

Artículo: Sonia Marín-Cortés, Mattia Biesuz, Subhadip Bhandari, Giorgia Franchin, Esther Enríquez, José F. Fernández y Vincenzo M. Sglavo. “Cold sintering of complex-shaped ceramic materials”. Journal of the European Ceramic SocietyVolume 44, Issue 16. Agosto 2024

Comunicación IO-CSIC
cultura.io@io.cfmac.csic.es

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