Resumen de Procesado láser de materiales cerámicos: síntesis y modificación superficial
RESUMEN La tecnología láser es una técnica ampliamente utilizada en el procesado de materiales, especialmente en aquellos en los que se requieren la aplicación de tratamientos térmicos a altas temperaturas en áreas muy localizadas y con una gran precisión.
En la presente tesis doctoral se muestran algunos ejemplos de aplicación de la radiación láser a materiales cerámicos de diversa naturaleza con tipos diferentes de procesado.
Así, respecto a los tipos de procesado se han estudiado la fusión y la ablación: - la fusión se ha utilizado para la obtención de pigmentos cerámicos, tanto convencionales como nuevos, a partir de sus componentes precursores básicos (óxidos) y en ausencia de otros aditivos o catalizadores. Asimismo, también se ha utilizado para la síntesis de capas continuas de recubrimientos de tipo composite, con composiciones M-Ti-Al-O y M-Zr-Al-O (donde M = Ca, Sr, Ba) sobre soportes de alúmina sinterizada.
- en cuanto a la ablación, se ha empleado para la mecanización de relieves sobre soportes cerámicos estándar típicos de la industria cerámica, como la pasta de porosa o el gres porcelánico. Se han estudiado tanto los productos finales como las partículas resultantes de la ablación, para determinar el rendimiento del proceso o la influencia de los diferentes parámetros en el proceso.
Para finalizar, se muestran los resultados obtenidos de la combinación de ambos tipos de procesado aplicados a la fabricación de productos cerámicos tradicionales, como son los azulejos y baldosas. En este caso, se han ablacionado los soportes para conseguir los relieves deseados y, posteriormente, se ha aplicado el láser para conseguir la síntesis in situ de pigmentos directamente sobre el soporte cerámico, para realizar la decoración cromática del producto final.
OBJETIVOS El objetivo principal de todos los trabajos y experimentos presentados es mostrar las posibilidades que ofrece la tecnología láser a la síntesis y preparación de materiales cerámicos, y a la vez, investigar procesos o formulaciones que por otros medios, hasta el momento, no han sido factible estudiar.
Para ello, se muestran dos procesos bien diferenciados como son la fusión láser y la ablación o mecanizado, cuyos objetivos particulares se deben enunciar por separado.
Así, respecto a la fusión, los objetivos son: - síntesis de pigmentos cerámicos de composición y estructura conocidos (espinelas, granates, circones o composiciones eutécticas) utilizando únicamente óxidos precursores y sin la adición de mineralizadores o agentes fundentes.
- búsqueda y síntesis de nuevas estructuras pigmentantes de tonalidad rojiza en el sistema Fe-Si, aún no utilizadas en el campo cerámico.
- síntesis de capas continuas de materiales refractarios con estructura perovskita sobre soportes que presentan puntos de fusión menores que las temperaturas de síntesis de dichos compuestos, en particular la obtención de MTiO3 y MZrO3 (donde M = Ca, Sr, Ba).
- aplicando los conceptos anteriores del sinterizado de pigmentos cerámicos y de la obtención de los materiales directamente unidos sobre un soporte dado, conseguir la síntesis de pigmentos in situ sobre un soporte cerámico convencional como el gres porcelánico, ya no sólo en forma de capa continua sino también como trazos o líneas para conseguir efectos decorativos en las piezas cerámicas sin tener que efectuar un contacto con la superficie, con lo que este proceso permitiría la decoración de bajorrelieves y piezas con diferentes alturas.
En lo referente al proceso de ablación, los objetivos principales son: - estudiar el proceso de ablación sobre soportes cerámicos y el rendimiento de éste en los diferentes tipos de soporte ensayados.
- caracterizar las partículas generadas en el proceso de ablación y establecer el efecto del régimen de trabajo del láser o la longitud de onda sobre éstas.
- obtener mecanizados y relieves en soportes cerámicos no posibles por los métodos tradicionales en cuanto a definición de ángulos y resolución.
Finalmente, y combinando los resultados obtenidos, estudiar la aplicación a nivel semi-industrial de estos, con la finalidad de conseguir piezas cerámicas con relieves obtenidos por ablación láser y decoraciones cromáticas provenientes de la sinterización in situ de pigmentos.
REFERENCIAS A.F.L. Almeida, P.B.A. Fechine, J.M. Sasaki, A.P. Ayala, J.C. Góes, D.L. Pontes, W. Margulis, A.S.B. Sombra, Solid State Sci. 6 (2004) 267-278.
I. Asimov; Momentos estelares de la ciencia, Salvat Ed. S.A., Barcelona, 1984.
A-M. Azad, S. Subramaniam, T. W. Dung, J. Alloys Comp. 334 (2002) 118-130.
F. Bahri, H. Khemakhem, A. Simon, R. von der Mühll, J. Ravez, Solid State Sci. 5 (2003) 1235-1238.
D. Bäuerle, Laser Processing and Chemistry, 3ª ed., Springer, Berlín, 1998.
I. Black, Opt. Laser Technol. 30 (1998) 95-101.
F. Boulch, E. Djurado, L. Dessemond, J. Fouletier, J. Eur. Ceram. Soc. 21 (2001) 1847-1850.
J. Brzezi¿ska-Miecznik, K. Haberko, M. M. Bucko, Mater. Lett. 56 (2002) 273-278.
G. Cappelletti, S. Ardizzone, P. Fermo, S. Gilardoni, J. Eur. Ceram. Soc. 25 (2005) 911-917.
A. Castelo et al., Opt. Commun. 273 (2007) 193-199.
E. Celik, Y. Akin, I. H. Mutlu, W. Sigmund, Y. S. Hascicek, Physica C 382 (2002) 355-360.
F. Cifà, P. Dinka, P. Viparelli, S. Lancione, G. Benedetti, P.L. Villa, M. Viviani, P. Nanni, App. Catal. B: Env. 46 [3] (2003) 463-471.
R.A. Davies, M.S. Islam, J.D. Gale, Solid State Ionics 126 (1999) 323-335.
G.F. de la Fuente, J.C. Díez, L.A. Angurel, J.I. Peña, A. Sotelo, R. Navarro, Adv. Mater. 7 (1995) 853.
G.F. de la Fuente, D. Beltrán, R. Ibáñez, E. Martínez, A. Beltrán, A. Segura, J. Less-Common Met., 150 (1998) 253-260.
A. De Pretis, F. Ricciardiello, O. Sbaizero, Powder Metall. Int. 18 [6] (1986) 427-430.
J.C. Díez, J.I. Peña, V.M. Orera, M. Sierra, Bol. Soc. Esp. Ceram. V. 43 (2004) 925-928.
J.C. Díez, M.A. Madre, A. Sotelo, J.I. Peña, Bol. Soc. Esp. Ceram. V. 46 (2007) 119-122.
W.W. Duley, Laser Processing and Analysis of Materials, Plenum Press, Nueva York, 1983.
S. Dunn, R.V. Kumar, D.J. Fray, Solid State Ionics 124 (1999) 133-142.
S.K. Durrani, J. Akhtar, M. Ahmad, M.A. Hussain, Mater. Chem. Phys. 100 (2006) 324-328.
P. Escribano, J.B. Carda, E. Cordoncillo, Enciclopedia cerámica: Esmaltes y pigmentos cerámicos, Faenza Editrice Ibérica, Castellón, 2001.
R. Feigelson, J. Cryst. Growth 79 (1986) 669-680.
