¿Qué materiales se utilizan en el moldeo por inyección cerámica?
Materiales comunes en CIM
En resumen, el CIM puede producir en masa componentes cerámicos complejos a partir de materiales como alúmina, circonia, carburo de silicio y nitruro de silicio. Cada material ofrece un rendimiento excepcional, como alta dureza, resistencia, capacidad de temperatura o resistencia a la corrosión. El CIM amplía las opciones de diseño y permite nuevas aplicaciones utilizando cerámicas estructurales y funcionales avanzadas.
El moldeo por inyección cerámica (CIM) utiliza polvo cerámico y materiales aglutinantes como compuesto de moldeo. La composición y propiedades de los polvos iniciales determinan las características del componente cerámico final. Los materiales cerámicos más comúnmente utilizados en CIM son:
Alúmina (Al2O3)
La alúmina, u óxido de aluminio, es uno de los materiales cerámicos más versátiles del CIM. Tiene una excelente dureza, resistencia al desgaste y estabilidad térmica. Se utilizan polvos de alúmina con una distribución de tamaño de partícula finamente controlada y altos niveles de pureza. Algunas propiedades fundamentales son:
- Alta dureza - Dureza Vickers de 1600-1800 HV
- Resistencia a la compresión superior a 4000 MPa
- Resistencia a la flexión alrededor de 330 MPa
- Punto de fusión de 2050°C
- Excelente resistencia a la corrosión y al desgaste
Debido a su alta resistencia y propiedades de desgaste, la alúmina es ideal para componentes automotrices como pistones, émbolos, caras de sellado y guías de boquillas. También se utiliza para herramientas de corte, cojinetes, engranajes y almohadillas de desgaste. La alúmina bioinerte es adecuada para implantes dentales y prótesis ortopédicas.
Circonia (ZrO2)
La circonia ofrece una tenacidad a la fractura y resistencia a la flexión muy altas en comparación con otras cerámicas. En CIM se utilizan polvos finos de circonia estabilizados en fase tetragonal. Las propiedades clave son:
- Dureza Vickers superior a 1200 HV
- Resistencia a la flexión de hasta 1000 MPa
- Tenacidad a la fractura alrededor de 7-8 MPa√m
- Baja conductividad térmica
- Resistente a la corrosión
La resistencia y tenacidad de la circonia la hacen valiosa para componentes de alto estrés como válvulas, matrices de extrusión, cuchillos y palas de mezcladora. También se utiliza para sensores de oxígeno, membranas de celdas de combustible e implantes médicos como articulaciones de cadera.
Carburo de Silicio (SiC)
El carburo de silicio tiene una excelente resistencia al choque térmico y a la corrosión. Tiene alta dureza y resistencia a temperaturas elevadas. Los polvos de SiC unidos por reacción se utilizan comúnmente en CIM. Las propiedades clave son:
- Dureza similar a la alúmina
- Resistencia a la flexión alrededor de 550 MPa
- Conductividad térmica 90-120 W/mK
- Punto de fusión 2700°C
- Mantiene la resistencia a altas temperaturas
Los componentes de SiC fabricados por CIM son ideales para aplicaciones automotrices como filtros de partículas, álabes de turbina cerámicos e intercambiadores de calor de gases de escape. También se utiliza para elementos calefactores, placas de blindaje balístico y componentes aeroespaciales.
Nitruro de Silicio (Si3N4)
El nitruro de silicio ofrece alta resistencia a la temperatura y resistencia a la fluencia. Sus propiedades incluyen:
- Dureza de 1700 HV
- Resistencia superior a 650 MPa a 1000°C
- Tenacidad a la fractura alrededor de 6 MPa√m
- Punto de fusión 1900°C
- Excelente resistencia al choque térmico
El Si3N4 es adecuado para componentes de motores automotrices, piezas de turbinas de gas, rotores de turbocompresores, puntas de misiles y boquillas de propulsores espaciales. Es resistente a la oxidación y al choque térmico.
Compuestos de Alúmina-Circonia
Los compuestos de alúmina y circonia combinan propiedades deseables como alta dureza, resistencia y tenacidad. Se pueden utilizar diferentes proporciones según los requisitos. Algunas propiedades de ejemplo incluyen:
- Dureza de 1500 HV
- Resistencia alrededor de 1200 MPa
- Tenacidad 4-6 MPa√m
- Buena resistencia al desgaste
- Estabilidad a alta temperatura
Estos compuestos son ideales para herramientas de corte, matrices de extrusión, guías de rodillos e implantes médicos que requieren un equilibrio entre resistencia, tenacidad y bioinercia. Las propiedades se pueden adaptar a necesidades específicas.
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