2.6.7. Sistemes de premsatge en pols

Els abrasius s’utilitzen de diverses maneres: adherits a moles de desbast (partícules de l’abrasiu unides a la mola mitjançant una ceràmica vítria o una resina orgànica), com abrasius dipositats en forma de revestiment i també, com grànuls solts. A més, la superfície formada pels grànuls ha de contenir certa porositat, de tal manera que puga actuar-hi un corrent d’aire per refrigerar el material. Un exemple típic de recobriment amb abrasius és el paper de vidre. Els discos de desbast, lapidatge i polida empren grans d’abrasius que es subministren a través de suspensions d’oli o d’aigua.

2.6.7. Sistemes de premsatge en pols

Entre les diferents tècniques de conformat dels productes ceràmics estan els mètodes de premsatge de pols. Aquesta tècnica, que en ceràmica és anàloga a la pulverimetal·lúrgia, s’utilitza per fabricar composicions que poden contenir o no argiles, entre elles les ceràmiques electròniques i magnètiques i els maons refractaris.

Així, d’una manera bàsica, una massa de pols amb una petita quantitat d’aigua o un altre lligant és conformada en la forma desitjada mitjançant pressió. En aquest procés no es produeix deformació plàstica de les partícules durant la compactació (com pot ocórrer en les pols metàl·liques). La funció del lligant és la de lubricar les partícules de pols quan es mouen unes respecte a les altres en el procés de compactació.

Bàsicament, hi ha tres procediments fonamentals de premsatge.

2.6.7.1. Premsatge uniaxial

En el premsatge uniaxial, la pols és compactada en una matriu metàl·lica mitjançant pressió aplicada a un únic sentit. La peça conformada pren la forma de la matriu i de les superfícies a través de les quals s’exerceix la pressió, com s’observa en la figura 115. Aquest mètode s’aplica per conformar formes senzilles, encara que les velocitats de producció són altes i el procés no és molt costós.

2.6.7.2. Premsatge isostàtic (hidrostàtic)

En el premsatge isostàtic, la pols està continguda en un embolcall de goma i s’aplica la pressió mitjançant un fluid, de forma isostàtica, és a dir, que té la mateixa magnitud en totes les direccions. Es poden fabricar formes més complicades que amb el premsatge uniaxial, però, el premsatge isostàtic és una tècnica més lenta i cara.

Figura 115. Representació esquemàtica de les etapes del premsatge uniaxial de la pols. (a) La cavitat del motlle s’ompli amb la pols. (b) La pols es compacta mitjançant una pressió aplicada a la part superior del motlle. (c) La peça compactada s’expulsa per l’acció d’un pistó inferior. Adaptat de Ciencia de los materiales, W. D. Callister, Ed. Reverté, Barcelona

En aquests dos sistemes de premsatge cal un procés de cocció posterior al premsatge. Durant aquest procés de cocció, la peça s’encongeix i experimenta una reducció de porositat i augmenta la seua integritat mecànica. Aquests canvis ocorren per coalescència de les partícules de pols en una massa més densa, procés anomenat de sinterització en estat sòlid. El procés s’indica gràficament en la figura 116. Després del premsatge, les partícules de pols estan en contacte (a). Durant l’etapa inicial de sinterització, es formen colls al llarg de les regions de contacte entre les partícules adjacents; a més a més es forma un límit de gra dins de cada coll i cada interstici de partícules es converteix en un porus (b). A mesura que avança la sinterització, els porus es fan més petits i més esfèrics (c).

Figura 116. Figura esquemàtica dels canvis microestructurals que ocorren durant la cocció d’una pols compactada a) partícules després del premsatge; b) coalescència de les partícules i formació de porus a mesura que comença la sinterització, i c) a mesura que avança la sinterització, els porus canvien de grandària i forma. Adaptat de Ciencia de los materiales, W. D. Callister, Ed. Reverté, Barcelona

Mitjançant la tècnica de microscòpia electrònica de rastreig, es poden visualitzar aquests canvis per a una mostra d’alúmina sinteritzada. Així ocorre que la força motriu per a la sinterització és la reducció de l’àrea total de les superfícies de les partícules; les energies superficials són més grans que les energies dels límits de gra. La sinterització en fase líquida es realitza per sota de la temperatura de fusió, de manera que una fase líquida no està normalment present. El transport de massa necessari es fa per difusió atòmica des de les regions de les partícules a les regions dels colls.

Figura 117. Micrografia corresponent a una mostra d’alúmina sinteritzada a 1700 °C durant sis minuts a 5000 augments. Adaptat de Ciencia de los materiales, W. D. Callister, Ed. Reverté, Barcelona

2.6.7.3. Premsatge en calent

En el premsatge en calent, el premsatge de la pols i el tractament tèrmic es fan simultàniament: l’agregat de pols és compactada a una temperatura elevada.

Aquest procediment s’utilitza per als materials que no formen una fase líquida, excepte a unes temperatures molt altes i impracticables. També s’utilitza quan es vol aconseguir densitats molt altes sense que hi haja un apreciable creixement de gra.