Fabricación de piezas porosas mediante el método de solidificación direccional con nanopartículas de magnetita

Abstract

El objetivo del presente trabajo es la mejora en el proceso de fabricación de piezas porosas metálicas mediante el método ‘freeze-casting’ o de solidificación direccional. En concreto, se ha utilizado polvo de óxido ferroso-férrico o magnetita. El método de solidificación direccional, con un amplio uso en el ámbito de la generación de material poroso cerámico, ha experimentado de forma reciente un auge en su aplicación a materiales metálicos. El método consiste en la suspensión de partículas sólidas en un líquido que actúa como agente vehicular del proceso. Al solidificarse se generan estructuras dendríticas que fuerzan las partículas sólidas al espacio interdendrítico. Es en este punto donde reside el interés del presente trabajo, analizando el efecto de los distintos gradientes de temperatura, así como la conveniencia del uso de un aglutinante o no. En la preparación de la suspensión se ha hecho uso de bolas de acero para contribuir a un mejor desarrollo de esta etapa. Tras la solidificación del líquido, se realiza un proceso de sublimación que proporciona una muestra en verde que se compone de las partículas sólidas y poros que reproducen la forma, tamaño y posición de las dendritas iniciales. Por último, se realiza un proceso de sinterización para densificar las paredes y obtener una estructura porosa de Fe. El líquido vehicular escogido ha sido el canfeno, que alberga varias características que favorecen la realización del trabajo, como que la sublimación pueda realizarse a temperatura ambiente o un rango de temperaturas de trabajo fácilmente alcanzable (Tª ambiente, 60 ºC).

The aim of this research paper is the improvement of the process of manufacture of metallic porous samples by Freeze-Casting. In that purpose, Fe-based powder has been used, specifically magnetite óxido ferroso-férrico. Freeze-Casting method, which has a wide use in generation of porous ceramic materials, has experimented a recent rise in its aplication to metallic materials. The method consists in suspended solid particles in a liquid that acts as a vehicle for the process. When the liquid solidifies, dendritic structures are generated pushing solid particles into the interdendritic spaces. Is at this point where this paper’s area of interest is, analysing the effect of the different temperature gradients, as the convenience of using binders or not. In the suspension preparation there have been used steel balls to contribute to a better developement of this stage. After the liquid’s solidification a sublimation process has been made, which provides simples composed by solid particles and pores that replicate original dendrites’ shape, size and position. Finally, a sinterization process is completed to densify samples’ walls and obtain a porous structure of Fe. Camphene has been chosen as a vehicular liquid, which holds several features that give an advantage for the execution of the project, as allowing the sublimation to be completed at ambient conditions or having an aproximate working temperature range form ambient temperature to 60 ºC.