Cerámicas EDM (electromecanizables)

La electroerosión (EDM: Electrical Discharge Machining) fue uno de los primeros procesos de fabricación de mecanizado no convencional en desarrollarse y surgió del concepto de la eliminación de material que va a presentar una pieza cuando la misma es sometida a una serie de descargas eléctricas repetitivas (por pulsaciones de corriente) que tienen lugar entre una herramienta denominada electrodo y la propia pieza; todo ello en presencia de un fluido dieléctrico, que es el que hace posible la evacuación de las partículas erosionadas.

La obtención de materiales cerámicos nanoestructurados conductores, que cumplan con los requisitos necesarios para poder ser mecanizados mediante electroerosión, es de gran interés, pues este tipo de materiales presentan en muchos casos durezas extremadamente altas y resulta muy difícil y costoso su mecanizado por técnicas convencionales. La técnica de EDM es de gran interés desde el punto de vista tecnológico ya que permite el diseño de materiales de gran dureza y durabilidad con complejas estructuras y tolerancias muy pequeñas. Para el mecanizado de los materiales cerámicos electroconductores será preciso que los mismos posean unas resistividades eléctricas entre de 100-300 Wcm.

En nuestro Grupo de investigación del CINN, se han desarrollado materiales cerámicos nanoestructurados con altas prestaciones y excelentes propiedades funcionales, empleando una nueva vía de procesamiento coloidal. Se ha trabajado con materias primas de tamaños nanométricos, tanto oxídicas (de alta dureza: alúmina; alta resistencia al desgaste: alúmina-circona eutéctico) como no oxídicas (Si3N4, TiC, TiN, TiB2, B4C, SiC, SiCw), a las que mediante un procesamiento coloidal se les ha realizado una modificación superficial de las mismas, originándose las condiciones de nucleación de nanocristales en su superficie a través de un tratamiento térmico. Esta nueva vía de procesamiento se ha aplicado, por ejemplo y entre otros casos, al desarrollo de nanocompuestos tipo óxido/no óxido, como por ejemplo Al2O3/TiC/SiCw (ATiSiCw), y tipo no óxido/no óxido, Si3N4/TiN y Si3N4/TiN-TiB2. Se han empleado matrices duras como la alúmina y/o abrasivas como el eutéctico alúmina-circona, que fueron dopadas con nanopartículas metálicas, (Ni, Mo, W) en bajas concentraciones para provocar el endurecimiento de la propia matriz y a continuación añadir las cantidades necesarias de nanopartículas de alta conductividad eléctrica, según la teoría de percolación, que hizo que estos nanocompuestos fuesen mecanizables por electroerosión (EDM).

Cerámicas electroconductoras de Al2O3/TiC/SiCw mecanizadas por EDM.
Cerámicas electroconductoras de Al2O3/TiC/SiCw mecanizadas por EDM.
Composición ATiCSiCw mecanizada por EDM. El espesor del hilo de corte empleado era de alrededor de 200 micras.
Microfotografías obtenidas mediante SEM (electrones secundarios).
Microfotografías de microscopía electrónica de barrido (SEM).
Composición ATiCSiCw mecanizada por EDM. El espesor del hilo de corte empleado era de alrededor de 200 micras. Microfotografías obtenidas mediante SEM (electrones secundarios). Microfotografías de microscopía electrónica de barrido (SEM).