8 Conformado de materiales cerámicos

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Conformado 
de materiales 
cerámicos 
Materiales para 
Ingeniería – 2019 
Ing. Teresa Antequera 
Según Rahaman, las cerámicas pueden ser fabricadas por diversos métodos, los 
cuales se remontan a los orígenes de la civilización. El objetivo de la 
producción normalmente es obtener un producto sólido con una determinada 
forma como pueden ser películas, fibras o monolitos con una microestructura 
específica. 
Relaciones importantes en la fabricación de cerámicas 
 
Figura 1.3 Relaciones importantes en la fabricación de cerámicas 
REACCIONES EN FASE VAPOR 
1) La deposición de vapor química, cuyas siglas en inglés son CVD (Chemical 
vapor deposition) es un proceso donde las moléculas de los reactantes en fase 
gaseosa son transportadas a una superficie para que reaccionen químicamente y 
formen una película sólida 
El proceso CVD tiene varias variables que deben controlarse para producir un 
depósito con las propiedades deseadas. Estas variables incluyen: control de flujo de 
los gases reactantes, la naturaleza y proporción de flujo de cualquier portador gaseoso, 
la presión en el recipiente donde ocurre la reacción, y la temperatura del substrato. 
2) La oxidación metálica directa es una vía de fabricación que involucra las 
reacciones entre un gas y un liquido y que generalmente para las producción de 
cuerpos cerámicos es poco practica porque los productos de la reacción 
comúnmente forman una capa refractaria sólida lo que provoca la separación de los 
reactantes y detiene la síntesis. 
Se ha desarrollado un método nuevo que emplea directamente la oxidación del 
metal por un gas. Este método ha sido usado para la producción de compuestos con 
matrices de óxidos, pero también nitruros, boruros, carburos y titanatos 
3) La reacción de enlace o (reacción de formación) es comúnmente usada para 
describir las vías de fabricación donde una preforma sólida porosa reacciona con un 
gas (o un liquido) para producir el compuesto químico deseado. Un ejemplo de 
aplicación lo constituye la obtención del SiC 
1) En el proceso sol-gel, una solución de compuestos metálicos o una 
suspensión de partículas muy finas en un liquido (referido como “sol”) es 
convertido dentro de una masa de muy alta viscosidad (referido como “gel”). 
Reacciones en fase líquida 
2) La pirolisis polimérica se basa en la descomposición pirolítica de compuestos 
poliméricos metal-orgánicos para la producción de cerámicas. Los polímeros usados en 
este proceso son comúnmente llamados “polímeros precerámicos” y en ellos 
constituyen los precursores de las cerámicas. 
Al contrario de los polímeros orgánicos convencionales (por ejemplo, polietileno), qué 
contiene una cadena de átomos de carbono, la cadena central en los polímeros 
precerámicos contiene otros elementos además del carbono (el ej., Si, B, y N). 
Reacciones a partir de polvos 
Estas vías involucran la producción del cuerpo deseado a partir de la fusión de 
sólidos finamente dividido (es decir, polvos) por la acción de calor. Esto da lugar a 
dos métodos ampliamente usados para la fabricación de cerámicas: (1) fundición 
seguida por la conformación de la forma, simplemente referida como fundición 
continua, y (2) sinterizado de polvos compactados. 
 
1) El método de fundición continua involucra fundir un lote de materias primas 
(en forma de polvos), seguido por la conformación del cuerpo por alguno de los 
diferentes métodos que incluyen la fundición, roleado, prensado, soplado e 
hilado. Para las cerámicas la cristalización es relativamente fácil, la 
solidificación de lo fundido es acompañada por una rápida nucleación y 
crecimiento de cristales en granos. 
2) La sinterización de polvos compactados puede ser usado para la producción de 
vidrios y de cerámicas policristalinas, en la practica es muy poco usado para los 
vidrios por la posibilidad de usar métodos mas económicos, sin embargo este 
método es el de mayor uso para la fabricación de materiales cerámicos. 
Flujo básico para la producción de cerámica cristalina 
Aspectos comparativos 
entre cerámicas 
tradicionales y 
avanzadas 
Fabricación de los productos 
cerámicos 
Cerámicos tradicionales 
 Preparación de la mezcla base: 
Homogeneización de la mezcla base mediante 
molienda, mezclado y reposo (10 – 15 días) 
 Conformado: Por vía húmeda ( extrusionado y 
moldeado) – Por vía seca y semiseca (prensado). 
 Secado: aumento de resistencia 
 Cocción: Sinterización, gresificación y vitrificación 
 Esmaltado (opcional): capa superficial vitrificada 
(monococción o bicocción). 
 Enfriamiento 
Cerámicos tradicionales 
Preparación de polvos 
 La fase de preparación de polvos se inicia con el triturado y pulverización de la 
materia prima con el objetivo de obtener un material en forma de polvo fino y 
granulometría controlada 
Triturador de quijadas 
Triturador de rodillos 
Triturador giratorio 
Molino de martillos 
Preparación de polvos 
 Tras la fase de trituración, el material en forma de 
pequeños bloques , es pulverizado mediante molienda, 
que los reduce a polvo fino 
Molino de bolas Molino de rodillos Molino por impacto 
Durante esta fase se realiza el control del tamaño de las partículas, ya que 
de éste influye en las características físicas y mecánicas del producto final. 
Preparación de polvos 
 Una vez pulverizado, el polvo es mezclado con agua para obtener una 
pasta plástica que permita el moldeado de la misma y la obtención de 
la forma del producto 
 En esta fase se añaden aditivos par evitar el riesgo de agrietamiento 
cuando se elimina el agua de la pasta y para mejorar ciertas 
características del material: 
 
• Fundentes, que por vitrificación favorecen el 
sinterizado de la partículas. 
• Materias no plásticas (alúmina, sílice), que 
disminuyen la contracción de pieza. 
• Agentes humectantes, que mejoran la 
mezcla de los componentes 
Moldeo o Conformación 
 
 
 Durante la fase de moldeado se da al material la forma 
adecuada para generar el producto definitivo. 
 Para generar este moldeado se requiere una 
proporción adecuada de polvo y agua. Esto permite 
que la fluidez de la pasta sea la adecuada para que la 
misma fluya y rellene correctamente el interior del 
molde y no provoque defectos por falta de llenado. 
 Por este motivo, los procesos de moldeado se clasifican 
en función de la consistencia o fluidez de la pasta 
empleada, considerando para ello el porcentaje de 
agua que se utiliza para obtener la pasta. 
Moldeo o conformado 
Sistema de 
conformado 
Nivel de presión % de agua 
Colado Nulo 30 -40 
Moldeo plástico Bajo 25 -30 
Extrusión Medio 15 – 20 
Prensado semi-
húmedo 
Alto 6 - 12 
Prensado en seco Alto 4 – 8 
Prensado 
hidrostático 
Muy alto 0- 15 
Procesos de formado 
Moldeo o conformado 
Producto / 
Sistema 
Colado Moldeado a 
mano 
Extrusión Prensado en 
seco 
Prensado en 
caliente 
Fraguado 
químico 
Ladrillos - 
pavimento 
X X X 
Refractarios 
- Aislantes 
X X X X X 
Loza blanca X X 
Muelas 
abrasivas 
 
X 
Cerámica 
Sanitaria 
X 
Cerámicas 
especiales 
X X 
Hormigones 
cerámicos 
X X 
Conformado por vaciado (barbotinas) 
Esta técnica de moldeado requiere de una elevada fluidez de la pasta. Para 
ello, el contenido de agua de la misma oscila entre un 20% y un 40% en 
peso, de forma que la mezcla se comporta como un fluido (suspensión). 
Moldeo por extrusión 
 La interacción pasta/máquina es fundamental para el funcionamiento 
del conjunto. 
 Para favorecer la salida de la pasta, ésta debe ser plástica y el 
rozamiento interno de la pasta debe ser superior al del binomio 
pasta/acero 
Moldeo por extrusión 
Moldeo a torno 
 Para grandes producciones se utiliza un torno/prensa 
Prensado 
 PRENSADO SEMIHÚMEDO 
En este caso la mezcla plástica tiene un contenido en agua entre el 10% y 
15%, lo que provoca que el material presente unabaja fluidez y precise de 
un molde para generar el conformado en el que se aplica una elevada 
´presión 
Bloque de arcilla 
Rebabas 
Prensado 
 PRENSADO EN SECO 
Es el sistema tiene una productividad muy elevada y por 
su fiabilidad y facilidad de automatización es el 
método más utilizado para la fabricación de 
pavimentos y revestimientos. 
Secado 
 La humedad restante que presenta la mezcla moldeada 
debe ser retirada para evitar que durante el proceso de 
cocción/sinterizado se produzcan porosidades y grietas. 
 La fase de secado elimina la humedad residual del material 
sin que se produzca un deterioro de la pieza, con el 
inconveniente de provocar una contracción de volumen 
que depende de la cantidad de agua. 
 Este proceso se realiza en cámaras o estufas, con 
temperatura, humedad y velocidades de calentamiento 
controladas, y cuya duración es función del espesor de la 
pieza (15 min. para espesores pequeños, varios días para 
grandes grosores). 
Secaderos 
Cocción - Sinterizado 
 Con el objeto de que el material adquiera la resistencia y 
cohesión definitivas, se somete a la pieza secada a un proceso 
de cocción en horno que provoca el sinterizado de los granos, 
el aumento de densidad del material y la disminución de su 
porosidad. Estos efectos generan una nueva contracción del 
volumen de la pieza. 
Sinterizado 
El sinterizado se puede 
esquematizar en tres 
etapas idealizadas 
 Inicial o formación de 
cuellos (Necking stage) 
 Intermedia 
(densificación y 
crecimiento de granos) 
 Final (Formación de 
porosidad cerrada) 
Hornos 
• Hornos discontinuos o intermitentes 
• Hornos semi- continuos 
• Hornos continuos (Hornos túnel) 
Procesado de Nuevos Materiales Cerámicos 
 Este tipo de materiales, a diferencia de los 
tradicionales, y dado que provienen de materias primas 
diferentes (óxidos, carburos, nitruros), no presentan la 
plasticidad y facilidad de moldeo de los tradicionales. 
Por este motivo, el conformado de estos materiales 
requiere de otros componentes adicionales que 
confieran a la mezcla la plasticidad y propiedades 
adecuadas. 
 Dadas las características que se exigen a estos 
materiales (resistencia, dureza, ...) son mayores que las 
exigidas a los tradicionales, los polvos de partida sufren 
un mayor control de tamaño y composición, dado que 
la resistencia del producto final es inversamente 
proporcional al tamaño de grano 
Cerámicos de ingeniería 
Conformado de los polvos cerámicos 
 Compactación: unidireccional (uniaxial) 
 isostático 
 Casting: slip casting, tape casting 
 Conformado plástico: extrusión 
 moldeo por inyección 
Conformado: Tape casting 
Conformado 
 Prensado uniaxial 
Conformado y compactación simultánea de un polvo granular, mediante su compresión 
confinado en una matriz rígida 
 Prensado isostático en frío 
 
Conformado 
 Slip Casting 
En todos los casos se prepara una suspensión estable del polvo, en agua o 
en medio orgánico. Proceso en frío 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Moldeo por Inyección 
Sinterizado 
Técnicas Sinterización 
 PS: Pressureless Sintering 
 GPS: Gas Pressure 
Sintering 
 HP: Hot Pressing 
 HIP: Hot Isostatic Pressing 
 SPS: Spark Plasma 
Sintering 
 MWS: Microwave 
Sintering 
HIP