La cerámica avanzada, también conocida como cerámica técnica o de ingeniería, difiere de las cerámicas tradicionales en que está diseñada para soportar los entornos extremos. Estas cerámicas especializadas se utilizan en una variedad de aplicaciones por su mejor resistencia a la corrosión, la erosión y el desgaste; el aislamiento eléctrico y térmico a altas temperaturas; y la resistencia al calor extremo.
Las cerámicas avanzadas se utilizan en muchas industrias, por ejemplo, la electrónica (semiconductores), industrial, aeronáutica, automotriz, dental/médica, filtración, ingeniería eléctrica y muchas más, para sortear diferentes desafíos. Algunas de ellas están siendo impulsadas por la sociedad de los "macrodatos" a medida que crece y comienza a inclinarse hacia el Internet de las cosas; es decir, la inteligencia artificial (IA), los dispositivos inteligentes, los paneles y las casas inteligentes, y eventualmente la ciudad inteligente, etc. El problema es que a la industria de la cerámica le está costando seguirle el ritmo a los cambios y lograr que sus productos de cerámica tengan tolerancias más altas para satisfacer los requisitos del mercado. Por ejemplo, la industria aeroespacial necesita un tipo de cerámica con mayor estabilidad térmica mientras comienzan a considerar la idea de cambiar las aspas de las turbinas de metal por cerámica; la industria electrónica es testigo de un enorme crecimiento en lo que respecta a eficiencias e innovación en semiconductores mientras intentan mejorar la estabilidad térmica, mecánica y también eléctrica; por supuesto que todo esto realmente ha sido impulsado por el crecimiento en memoria y dispositivos, y pantallas (LCD y OLED), pues estos equipos ahora son más grandes, más flexibles y más delgados.
Los grandes impulsores actuales para los fabricantes de cerámica avanzada son aumentar la velocidad y reducir el costo para ofrecer un proceso más eficiente. Sin embargo, el recorrido hacia mayores tolerancias y menores desperdicios es el impulsor más importante y quizás sea su principal objetivo. Esto en cierto modo está relacionado con lograr propiedades más uniformes e intentar minimizar a la vez las grietas o los poros dentro del cuerpo verde de la cerámica mientras se le da forma en el molde antes de que llegue finalmente al horno para secarse. Estos problemas podrían resolverse con aditivos, aglutinantes y espesantes; por lo tanto, la mayoría de los fabricantes de cerámica están en una búsqueda activa de procesos/materiales nuevos que los ayuden a fabricar una cerámica avanzada de mayor tolerancia.
A grandes rasgos, los dispersantes se usan en las fórmulas de cerámica para humedecer y distribuir polvos finos en distintos medios (por ejemplo, el agua) y para control reológico. Los dispersantes pueden ser útiles para disminuir la viscosidad y lograr una distribución de tamaño de partícula estrecha al reducir la aglomeración.
Lubrizol tiene mucha experiencia con dispersantes para sistemas de tinta y recubrimiento con base solvente y de agua, con una línea completa de productos que presnetan una excelente compatibilidad con una amplia variedad de solventes, resinas y otros componentes de la formulación. Ahora aprovechamos la experiencia que obtubimos con las partículas inorgánicas dispersantes en solventes y agua para pinturas, plásticos y tintas para desarrollar dispersantes para aplicar en el mercado de la cerámica avanzada.
Hace varios años, Lubrizol comenzó a pensar en la idea de usar dispersantes en cerámica decorativa. Esta aplicación, mientras cambiaba de la impresión analógica tradicional al sistema de impresión digital, sentó una buena base para que Lubrizol utilizara dispersantes para fabricar mejores productos. Hace poco volvimos a este trabajo previo para validar la manera en que los dispersantes de primera calidad pueden aportar valor a la cerámica avanzada. El diseño de los hiperdispersantes les permite tener una excelente absorción a las superficies de distintas partículas cerámicas como el óxido de aluminio, el óxido de zirconio, el nitrito de silicona y el titanato de bario; y también presenta una buena compatibilidad con el medio solvente que se use, ya sea agua, solvente o algún plástico.
El proceso en el centro de atención
En la actualidad, Lubrizol tiene identificadas las oportunidades y entiende las necesidades del mercado, lo que nos permitió enfocarnos en el proceso y probar los dispersantes en la fabricación de la cerámica. En aquel momento, desarrollamos varios hiperdispersantes de alto rendimiento para satisfacer los distintos requisitos de varios procesos de fabricación que se implementan en el mercado de la cerámica avanzada, por ejemplo, moldeo con arcilla líquida, colada en cinta, gránulos de secado por atomización, extrusión, moldeado por inyección y prensado en seco. Aprendimos que más allá del uso final, el proceso de hacer cerámica es sumamente importante y es un proceso que requiere mucha mano de obra. La elección de dispersante puede afectar varios parámetros del procesamiento de una pieza de cerámica, pero las propiedades clave son producir pastas/lodos consistentes con baja viscosidad y permitir la desaireación del lodo para poder reducir cualquier variación del lote y mejorar las técnicas para verter y llenar los moldes con el fin de disminuir los huecos o defectos.
Cuando se utiliza agua como medio, el hiperdispersante puede mantener la reología óptima del sistema de cerámica en el molde mientras se seca. Incluso mientras el agua se escurre por las paredes del molde, el hiperdispersante pueden evitar la sedimentación y permitir que las partículas de cerámica se muevan entre ellas para formar un cuerpo verde "húmedo" más denso. Por eso, al mejorar la densidad del cuerpo verde con hiperdispersantes se reducen los defectos y se evita el encogimiento de la pieza de cerámica durante la extracción (paso de quemado/desmolde) de los aditivos orgánicos y antes del último calentamiento para sintetizar las partículas restantes todas juntas y obtener la pieza de cerámica final. Por último, al reducir los defectos en la pieza final, se pueden minimizar los daños y el desperdicio.
Si bien la solidez del producto final que sale del horno es la propiedad por la que más se preocupa la mayoría de los fabricantes de cerámica; muchas de las fallas en los productos finales se deben a grietas/distorciones/defectos que ocurrieron en la etapa de formación del cuerpo verde. Por lo tanto, la elección del dispersante también puede afectar el rendimiento de la pieza de cerámica final, y la solidez del cuerpo verde es un factor importante a controlar, en especial a medida que los fabricantes de cerámica intentan lograr tolerancias más altas en piezas de cerámica avanzada nuevas, independientemente de si son para piezas más grandes o se hicieron con la tecnología disruptiva nueva como la impresión 3D.
La cerámica avanzada es un mercado en crecimiento, y los dispersantes son componentes clave al formular los lodos y las pastas cerámicas. Contáctenos para conocer más sobre nuestra gama de dispersantes que se pueden incorporar en las formulaciones de cerámica y cómo podemos colaborar en beneficio del procesamiento y el rendimeinto de sus piezas cerámicas finales.
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