La porcelana es un material famoso por su atractivo visual, durabilidad y versatilidad. Es un tipo de material cerámico hecho calentando elementos constituyentes en un horno a temperaturas muy altas, de 1200 a 1400 grados F. Estos componentes a menudo contienen caolín, también conocido como caolín. La porcelana se usa más comúnmente para hacer vajillas y azulejos.
Si bien es posible soldar dos piezas de porcelana o unir este material cerámico a metales, el proceso consume mucha energía y requiere una cuidadosa selección de metales. Se han utilizado varias técnicas y se están patentando muchos nuevos procesos de soldadura para soldar materiales cerámicos.
La soldadura láser es la mejor tecnología para soldar porcelana. Si bien la cerámica generalmente se puede soldar, el pegado o la soldadura fuerte son mejores métodos de unión para la porcelana debido al choque térmico inducido por cualquier proceso de soldadura.
Antes de discutir estos métodos de soldadura para porcelana, comprendamos más sobre las características de este novedoso material.
Propiedades de la Porcelana
La porcelana se puede clasificar en tres tipos diferentes: pasta blanda, pasta dura y porcelana china. La clasificación se basa en la composición y la temperatura a la que se fabrica el material.
Las cerámicas de porcelana son famosas por su color blanco y por su resistencia. Este material se considera una cerámica superior y es más difícil de fabricar en comparación con el gres y la loza. La porcelana es dura, impermeable y tiene una alta resistencia a los choques químicos y térmicos. También es fuerte y translúcido.
Existen diferentes subtipos de porcelana, incluida la porcelana de alúmina, la porcelana de feldespato y la vitroporcelana. Las propiedades de estos materiales difieren entre sí, al igual que sus funciones. La porcelana encuentra aplicaciones en materiales de construcción, aislamiento eléctrico, medicina, materiales de laboratorio e incluso en arte y decoración.
La porcelana es más dura que el vidrio, extremadamente duradera y no porosa. Sin embargo, a pesar de todas estas atractivas propiedades físicas, el material es frágil por naturaleza. Aunque la porcelana es resistente a grietas y astillas, puede romperse si no se manipula adecuadamente o si sufre cambios extremos de temperatura.
Diferencia entre Porcelana y Otras Cerámicas
La porcelana se diferencia de otras cerámicas pero es fruto del mismo árbol. Los factores que lo hacen diferente son el tipo de arcilla utilizada, el contenido de agua, la temperatura de cocción, la duración de la cocción y los aditivos mezclados con la arcilla.
Algunas de las diferencias entre la porcelana y otras cerámicas son:
- La porcelana contiene un alto porcentaje de arcilla de caolín, que es refinada y blanca, mientras que la cantidad de arcilla de caolín en otras cerámicas es baja.
- La porcelana también está completamente vitrificada (brillante), mientras que otras cerámicas en su mayoría permanecen porosas si no están vidriadas.
- La porcelana es más duradera en comparación con otras cerámicas.
- Mientras que otras cerámicas pueden absorber más agua, la tasa de absorción de agua de la porcelana es baja.
- La porcelana también es más pesada (alta densidad) en comparación con otras cerámicas.
¿Por qué es difícil soldar porcelana?
Si bien la porcelana exhibe propiedades mecánicas útiles, las mismas propiedades hacen que el material sea difícil de soldar. Debido a su alta resistencia al calor, por ejemplo, las técnicas de soldadura tradicionales fallarán al soldar dos piezas de porcelana. En cambio, este tipo de soldadura requiere calentamiento de precisión para enfocarse solo en el área de soldadura para derretir el material de manera eficiente.
Es mucho más fácil soldar porcelana con metales que exhiben buenas características de flujo plástico, como aluminio, cobre y plomo. Sin embargo, los metales que son resistentes al flujo plástico o que necesitan más calor para crear un flujo plástico a menudo son difíciles de soldar con porcelana, ya que es probable que induzcan un choque térmico y mecánico y provoquen grietas o fracturas.
Tipos de métodos de soldadura para soldar porcelana
Si bien la soldadura de materiales cerámicos es un proceso complejo y que consume energía, los siguientes son algunos de los métodos de soldadura populares que se están experimentando para soldar porcelana con éxito. Tenga en cuenta que cada técnica tiene sus ventajas e inconvenientes.
Soldadura por fusión
La soldadura por fusión es una técnica que ha estado en uso desde la década de 1960. Sin embargo, su aplicación en la soldadura de cerámica y porcelana es muy limitada. El problema con la soldadura por fusión es que es un desafío igualar las características de contracción térmica y las temperaturas de fusión de las diferentes piezas de porcelana que se unen.
Soldadura por láser
Este es un método para unir piezas de porcelana usando pulsos de láser ultrarrápidos y bien enfocados. El problema de esta técnica es que la cerámica no absorbe la luz. En cambio, son buenos para dispersarlo, razón por la cual se están realizando proyectos de investigación para desarrollar láseres que puedan disparar un millón de pulsos en un segundo, combinando dos piezas de cerámica diferentes con una soldadura limpia.
Adhesión de esmalte
La unión por glaseado se usa a menudo para combinar piezas de porcelana más grandes o para unir diferentes componentes cerámicos. En este método, las superficies de unión se aplanan y luego se recubren con una capa de esmalte. Luego, estas superficies se conectan y fijan para fusionar el esmalte y unir las piezas de porcelana. Hay esmaltes especiales disponibles para unir combinaciones de metal y cerámica.
Metalizado y Soldadura
Este método se utiliza para unir cerámica a metales. La aleación de soldadura fuerte utilizada en este método humedece las superficies de unión. Mientras que humedecer las superficies de metal es fácil, este no es el caso de la cerámica. Por lo tanto, primero, el material cerámico se trata con una capa de aleación compatible, proceso que se denomina metalizado. Una vez finalizado este proceso, se procede a la soldadura fuerte con aleaciones convencionales.
Pegamento adhesivo
Este es un proceso de soldadura más simple que no depende del vacío y las altas temperaturas. En cambio, este método usa pegamentos y resinas de curado en frío para unir la porcelana. Se pueden usar adhesivos epóxido, acrílicos, de poliuretano y fenólicos para la unión adhesiva a temperaturas de hasta 200 grados C. Para aplicaciones de alta temperatura, se usan poliamidas y otros polímeros para la unión.
Conclusión
Es evidente que la soldadura de porcelana es un proceso complejo y puede que no siempre sea eficiente y rentable. Uno de los principales desafíos de este material es que, a pesar de ser duro y no poroso, puede romperse con facilidad si no se manipula adecuadamente. La mayoría de los métodos de soldadura discutidos anteriormente todavía se están experimentando en laboratorios y no son comercial ni económicamente viables.
Si bien vemos que pronto se desarrollará un método confiable y rentable para soldar porcelana, la prevención es actualmente el mejor enfoque para la porcelana. Siempre debe tener mucho cuidado al manipular artículos de cerámica, para evitar que se rompan. Además, evite transferir sus artículos de porcelana repentinamente de temperaturas frías a calientes o viceversa, ya que hacerlo puede inducir un choque térmico que puede provocar el desarrollo de grietas.
Referencias: