Lección 9.5Dar formaCapítulo 9 · Polvos y cerámicas

Sinterizado por microondas

Las microondas calientan la pieza desde dentro

El sinterizado por microondas calienta una pieza de polvo prensado con microondas en vez de con las paredes calientes de un horno. La energía se absorbe dentro del material, así que toda la pieza se calienta a la vez, de forma muy parecida a como un microondas de cocina calienta una sopa desde dentro. Eso puede recortar los ciclos de sinterizado de muchas horas a mucho menos, y mantener más fina la estructura del material.

Sinterizado por microondas · sección del horno y patrón de calentamientoEl horno de la izquierda está dibujado abierto; el panel de la derecha compara dónde empieza el calor en un horno ordinario y en uno de microondas. Los números en círculo corresponden a los pasos.

Cómo funciona

Carga la pieza. Una pieza de polvo prensado (a menudo cerámica) se coloca dentro de una caja de aislamiento que deja pasar las microondas pero retiene el calor. Varillas de carburo de silicio, llamadas susceptores (materiales que absorben bien las microondas), suelen colocarse a su lado.
Genera microondas. Un magnetrón (el tubo que también alimenta un horno de cocina) produce microondas, normalmente a 2,45 GHz y varios kilovatios. Un canal metálico llamado guiaondas las lleva a una cavidad metálica cerrada, donde rebotan.
Calienta desde dentro. Las moléculas y las cargas de la pieza absorben las ondas y las convierten en calor en todo su volumen. Muchas cerámicas apenas absorben microondas en frío, así que los susceptores las calientan primero hasta que empiezan a absorber por sí solas (calentamiento «híbrido»).
Sinteriza y enfría. A la temperatura de trabajo (por ejemplo unos 1.200–1.500 °C para muchas cerámicas), las partículas se unen y la pieza se contrae y se densifica como en cualquier sinterizado. Un pirómetro (un termómetro sin contacto) vigila la temperatura y se ajusta la potencia; luego la pieza se enfría en la caja.

Datos clave

Materiales: Sobre todo cerámicas (alúmina, circonia, ferritas, nitruro de silicio); también piezas pulvimetalúrgicas y algunos composites
Piezas típicas: Coronas dentales de circonia, componentes cerámicos, puntas de metal duro, muestras de investigación
Tamaño de pieza: Sobre todo de pequeñas a medianas: desde unos pocos gramos hasta piezas de unas pocas decenas de centímetros de largo
Precisión: Como en otros sinterizados: hay que predecir la contracción; a menudo unos ±0,5–1 % de una dimensión tal como se sinteriza
Acabado superficial: Tal como se sinteriza, igual que la pieza prensada; rectificada o pulida donde haga falta
Tamaño de lote adecuado: Trabajo de laboratorio, lotes pequeños y unas pocas líneas industriales continuas
Coste de utillaje y máquina: Sin utillaje de forma (la pieza se conforma antes); hornos desde pequeñas unidades de laboratorio hasta sistemas industriales que cuestan cientos de miles de dólares
Velocidad: A menudo de minutos a unas pocas horas por ciclo, normalmente mucho más corto que en un horno convencional para la misma pieza

Ventajas y límites

Ventajas

Calentamiento rápido desde dentro, así que ciclos más cortos
Menos energía desperdiciada en calentar las paredes del horno
Granos más finos, lo que a menudo da piezas más resistentes
Equipo compacto para pequeños laboratorios y clínicas

Límites

Muchos materiales absorben mal en frío y necesitan susceptores
Los puntos calientes y la «fuga térmica» (un punto que se sobrecalienta cada vez más rápido) pueden agrietar las piezas
La temperatura es difícil de medir y de controlar de forma uniforme
Los metales reflejan las microondas, así que las piezas metálicas macizas son más difíciles de tratar

Dónde se usa

DentalSinterizado rápido de coronas y puentes de circonia en hornos del tamaño de una clínica
Cerámicas avanzadasAlúmina, nitruro de silicio y cerámicas de ultra alta temperatura para calor extremo
ElectrónicaFerritas y otras electrocerámicas
Fabricación aditivaSinterizado de piezas metálicas y cerámicas impresas en hornos de microondas
InvestigaciónEnsayos rápidos de nuevas recetas de cerámicas y composites

Cómo reconocerlo

Normalmente no se puede saber por la pieza: parece cualquier pieza cerámica o metálica sinterizada.
El horno la delata: una caja metálica alimentada por un guiaondas, sin resistencias incandescentes dentro.
Las piezas de laboratorio y de aficionados suelen estar en una caja blanca de aislamiento de fibra o en un crisol de carburo de silicio.

Compáralo con

Pulvimetalurgia9.1usa un horno convencional que calienta de fuera hacia dentro, durante horas.Sinterizado por plasma de chispa9.4también calienta rápido desde dentro, pero con corriente eléctrica a través de una matriz y con presión.Procesado sol-gel9.6otra forma de hacer cerámicas finas, partiendo de un líquido en vez de un polvo.

Míralo

National Science Foundation News · Por qué los hornos de microondas aceleran la fabricación de cerámicas, con imágenes de laboratorio

Hunan WISE Microwave Technology Co., Ltd · Las partes de un horno industrial: magnetrones, guiaondas, cámara

The Virtual Foundry, Inc. · La idea del susceptor, con piezas metálicas impresas en 3D en un crisol

CERAMBOT · Un pequeño horno de microondas cociendo piezas cerámicas impresas

Ver fotos reales

Wikipedia: Sinterizado — artículo general sobre el sinterizado con una sección sobre el sinterizado por microondas; Wikipedia en inglés no tiene un artículo aparte
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons

Recuerda

El sinterizado por microondas calienta la propia pieza, no las paredes del horno.
Calentar desde dentro da ciclos más cortos y granos más finos.
La mala absorción en frío y los puntos calientes son los principales retos, que se resuelven con susceptores y un control cuidadoso.