M2 Conformado y Reología de Suspensiones Cerámicas

Tópico

El comportamiento reológico de la suspensión cerámica, antes de que este cerámico se sinterice, es el objeto de este modelo, y ese comportamiento se describe mediante uno de dos modelos: el modelo de Bingham o el modelo de Herschel-Bulkley. El modelo de Bingham describe una suspensión que se comporta como un sólido rígido hasta que se supera un determinado esfuerzo de fluencia, y que a partir de ese umbral fluye con una viscosidad constante; el modelo de Herschel-Bulkley describe, en cambio, una suspensión que también necesita superar ese mismo umbral para empezar a fluir, pero cuya viscosidad, una vez superado, ya no es constante sino que varía con la velocidad a la que se la deforma. Que la suspensión necesite superar un esfuerzo de fluencia para empezar a fluir, en cualquiera de los dos modelos, hace que se comporte como un sólido en reposo y como un fluido en movimiento.

Esa misma reología de la suspensión es la que determina la calidad de la pieza en verde que se obtiene al conformarla: que la suspensión sea demasiado fluida hace que las partículas cerámicas sedimenten de forma desigual antes de conformarse, y que la pieza en verde resultante quede con defectos de empaquetamiento; que la suspensión sea demasiado viscosa, en cambio, hace que no llegue a llenar por completo el molde, y que queden burbujas de aire atrapadas en la pieza en verde. Solo dentro de un rango intermedio de esta reología —ni demasiado fluida ni demasiado viscosa— la pieza en verde alcanza la calidad necesaria para continuar con el resto del proceso.

Dentro de ese rango adecuado de reología, el colado por barbotina es una de las técnicas que conforma la pieza en verde a partir de esta suspensión: la suspensión se vierte en un molde poroso que absorbe el agua de la suspensión por capilaridad, y a medida que ese molde absorbe agua, un espesor de pared sólida va creciendo desde las paredes del molde hacia el interior. Que el espesor de pared crezca hace que el colado por barbotina dependa directamente de ese crecimiento: cuanto más tiempo permanece la suspensión en el molde, mayor es el espesor de pared que se forma, aunque ese crecimiento se hace cada vez más lento porque la propia pared ya formada dificulta que siga saliendo agua desde el interior de la pieza hacia el molde.

La extrusión es la otra técnica que conforma una pieza en verde a partir de esta misma suspensión, aunque en este caso mediante una pasta viscosa en lugar de una barbotina líquida, y se modela con la ecuación de Hagen-Poiseuille: esta ecuación establece que el caudal de pasta que atraviesa el molde de extrusión depende directamente de la presión que se le aplica, y de manera inversa de la viscosidad de la pasta y de la longitud del molde. Que la presión aplicada sea mayor, o que la viscosidad de la pasta y la longitud del molde sean menores, hace que el caudal de pasta extruida sea mayor; que ocurra lo contrario, hace que ese caudal sea menor.

Por eso este modelo, con la reología de la suspensión cerámica con la que se abrió, hace que tanto el colado por barbotina como la extrusión —las dos técnicas que conforman la pieza en verde a partir de esa reología— entreguen esa misma pieza en verde a otro modelo de este conjunto, el que describe la sinterización cerámica: la densificación que ese otro modelo describe parte, precisamente, de la pieza en verde que este modelo conforma y cuya calidad determina la reología con la que se abrió.

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