Ceramica Electronica 3834f

Cristian Salas Paniagua A95653

Cerámicas Electrónica ¿Que son las cerámicas electrónicas? Las nuevas cerámicas son entonces productos desarrollados en las últimas décadas que no utilizan la arcilla como material principal de partida, sino de compuestos inorgánicos de alta pureza, elementos químicos como óxidos, sulfuros y otros de nitrógeno, circonio, etc., pero con las ventajas y características de la cerámica tradicional (inercia química, capacidad a alta temperatura, y dureza, con la capacidad de soportar una tensión mecánica significativa), con propiedades no metálicas, obtenido a partir de procedimientos apropiados de los minerales que los contienen naturalmente o sintetizadas químicamente. Ilustración 1. Cerámicas tradiciones vs avanzadas.

¿Cómo se fabrican?

Ilustración 2. Método de elaboración.

Las tecnologías de la fabricación para todos los materiales de cerámica electrónica tienen los mismos pasos de procesado básicos, sin importar el uso: preparación del polvo, procesado de dicho polvo, “green forming”, y la densificación. 

Preparación del polvo de la cerámica. La meta en la preparación del polvo es alcanzar un polvo de cerámica que rinda en un producto que satisfaga los estándares de funcionamiento especificados. Los ejemplos de los métodos más importantes de la preparación del polvo para la cerámica electrónica incluyen mezcla/calcinación, la co-precipitación de solventes, el procesado hidrotérmico, y la descomposición orgánica del metal. La tendencia en síntesis del polvo está encaminada hacia los polvos que tienen tamaños de partícula menos de 1 milímetro y poco o nada de aglomeraciones duras para la reactividad y la uniformidad realzadas. o Mezclar los componentes seguidos de una calcinación y después molerlos es el método más utilizado en la preparación del polvo. El proceso de mezcla y calcinación es directo, y en el general, el uso más rentable de los bienes de equipo. Sin embargo, la calcinación de alta temperatura produce un polvo aglomerado que requiere ser molido. La contaminación de medios

que muelen y la guarnición del molino en el paso que muele pueden crear defectos en el producto manufacturado en forma de inclusiones mal sinterizadas o de modificaciones indeseables del compuesto. Además, es difícil alcanzar la homogeneidad, la estequiometria, y las fases deseadas o

para la cerámica de composición compleja. La co-precipitación es una técnica química en la cual los compuestos son precipitados de una solución precursora por la adición de un agente de precipitación, por ejemplo, un hidróxido. La sal del metal entonces se calcina a la fase deseada. La ventaja de estas técnicas frente a la técnica de mezcla + calcinación es que la mezcla de los elementos deseados se alcanza fácilmente, permitiendo así temperaturas más bajas. Las limitaciones son que el paso por la calcinación puede dar lugar de nuevo a la aglomeración de polvo fino y a la necesidad de moler. Un problema adicional es que los iones usados para proporcionar las sales solubles (por ejemplo, los cloruros del metal) pueden rezagarse en el polvo después de

o

la calcinación, afectando las características en el material sinterizado. El proceso hidrotérmico utiliza (sobre 100°C) el agua caliente bajo presión para producir los óxidos cristalinos. Esta técnica se ha utilizado extensamente en el procesado de formación del Al2Ò3 pero todavía no para otros polvos electrónicos. Se espera que la situación cambie. La ventaja principal de la técnica hidrotérmica es que los polvos cristalinos de estequiometria deseada y las fases se pueden preparar en las temperaturas perceptiblemente inferiores a las requeridas para la calcinación. Otra ventaja es que la fase de la solución se puede utilizar para mantener las partículas separadas y para reducir al mínimo la aglomeración. La limitación principal del proceso hidrotérmico es la necesidad de las materias de base de reaccionar en un sistema cerrado

o

para mantener la presión y para prevenir hervir la solución. La descomposición orgánica del metal (MOD) es una técnica de síntesis en la cual metal que contiene los productos químicos orgánicos reacciona con agua en un solvente no acuoso formando un hidróxido del metal o un óxido acuoso, o en los casos especiales, un óxido de metal anhidro. Los polvos pueden requerir la calcinación para obtener la fase deseada. Una ventaja importante del método MOD es el control sobre la pureza y la estequiometria que pueden ser alcanzadas. Dos limitaciones son: el control



de la atmósfera y costo de los productos químicos. Procesado del polvo. Una pauta básica de la fabricación del polvo es que el procesado debe ser tan simple como sea posible para alcanzar los estándares de funcionamiento apuntados. Los factores incontrolables tales como cambios en las características de los polvos se deben acomodar en el proceso de la hornada del material. Mantener el proceso simple no es siempre posible: cuanto más complejo el sistema material, más complejos son los requisitos del proceso. Un requisito fundamental en el procesado del polvo es la caracterización de los



polvos recibidos. Formación del Verde (green forming). La formación del verde es uno de los pasos más críticos de la fabricación de la cerámica electrónica. La opción de esta técnica depende de la última geometría requerida para un uso específico. Hay muchas y diversas maneras de formar la cerámica verde. o El conformado uniaxial es el método usado lo más extensamente posible para impartir forma a los polvos de cerámica. Las carpetas, los lubricantes, y otros añadidos se incorporan a menudo en polvos de cerámica antes de presionar para proporcionar fuerza y así asistir a la compactación de la partícula.

o

Presionado isostático en frío (CIP). El CIP utiliza moldes de goma deformable de la forma requerida para contener el polvo.

o El bastidor coloidal se ha utilizado para hacer formas complejas El bastidor coloidal se puede utilizar para producir los materiales de cerámica electrónicos que tienen fuerza excepcional porque las aglomeraciones duras se pueden eliminar en la suspensión. El bastidor coloidal utiliza un molde poroso en el cual las partículas finas en una suspensión coloidal se acumulan debido a las fuerzas capilares en la superficie de la pared del molde.

o El moldeado de inyección se satisface particularmente a la producción en masa de formas complejas pequeñas con las secciones transversales relativamente pequeñas. Se mezclan los polvos usando los polímeros termoplásticos y otros añadidos orgánicos. Una masa fundida integrada por el sistema de cerámica y termoplástico de la carpeta se inyecta vía un estirador calentado en un molde refrescado de la forma deseada. Los fragmentos pueden ser reciclados porque los polímeros termoplásticos

pueden ser calentados reversible. Los moldes pueden ser relativamente costosos así que el moldeado de inyección se satisface lo mejor posible a la preparación de una gran cantidad de piezas únicas.



La densificación requiere generalmente altas temperaturas para eliminar la porosidad en cerámica verde. Las técnicas incluyen la sinterización sin presión, presión en caliente, y presionar isostáticamente en caliente (HIP). La sinterización es usada lo más extensamente posible debido a la comodidad de uso y economía. La presión en caliente se limita a las formas relativamente simples mientras que formas más complejas se pueden consolidar usando la HIP.

Aunque algunos procesos de pos conformado como pulido o torneado son a menudo necesarios, la dureza intrínseca de la cerámica estructural avanzada los hace difíciles y costosos para trabajar a máquina. Además, el pulido puede introducir defectos superficiales que pueden servir como sitios donde se produzcan fallos. Así, los proceso de conformado que producen componentes con la forma deseada, tales como moldeado de inyección y el prensado isostático, son aplicados principalmente porque su uso reduce el tratamiento posterior de las piezas.

Clasificación: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Semiconductores. Superconductores. Ferro eléctricos (piezoelectricidad). Magnéticos (ferromagnéticos y ferrimagnéticos). Óptica. Aislante.

Las principales aplicaciones de las electrocerámicas pueden resumirse en: aislamientos eléctricos, semiconductores, substratos para circuitos integrados, resistencias, varistores, filtros, piezoeléctricos, condensadores, imanes, memorias, diodos LÁSER, diodos emisores de luz, porcelanas translúcidas resistentes al calor, fibras ópticas para

comunicaciones, entre otras. Tabla 1. Función de cerámica electrónica

Bibliografía    

Textos Cientificos. (25 de 07 de 2006). Ceramicas Electronicas. Obtenido de Textos Cientificos: http://www.textoscientificos.com/quimica/ceramicasavanzadas/ceramica-electronica Bernal, I. (04 de 1999). Ceramicas Avanzadas. Obtenido de Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Fisicas y Naturales: http://www.accefyn.org.co/revista/Volumen_18/68/29-40.pdf La web de Ingenieria Quimca. (s.f.). Scribd. Obtenido de La web de Ingenieria Quimica: https://es.idoub.com/doc/78565557/Ceramicas-Avanzadas# Textos Cientificos. (18 de 07 de 2006). Fabricacion y aplicaciones de las ceramicas. Obtenido de Textos Cientificos: http://www.textoscientificos.com/quimica/ceramicas-avanzadas/fabricacionaplicaciones



Bernal, I. (1999). Industria Ceramica Moderna. Obtenido de Biblioteca SENA: http://biblioteca.sena.edu.co/exlibris/aleph/u21_1/alephe/www_f_spa/icon/40411/pd f/ceramica-moderna.pdf