Diseño y construcción de un aparato de Freeze-Casting para la fabricación de probetas cerámicas con porosidad alineada

Abstract

Freeze-casting corresponde a un proceso de fabricación de materiales versátil que tiene la capacidad de generar estructuras porosas en múltiples materiales. Con la motivación de emular las estructuras naturales es que nace dicha técnica, por lo que presenta una fuerte aplicación en materiales bio-inspirados; sin embargo, estas estructuras son deseadas en otros ámbitos como en la construcción de electrodos de celdas de combustibles de óxido solido o membranas de separación de oxígeno, permitiendo la permeabilidad e interacciones químicas por medio de los poros presentes en dichos componentes. Ahora bien, no basta con la existencia de porosidades, sino que es necesario dar la morfología deseada a dichas estructuras, la cuales pueden estar alineadas generando un material anisotrópico o isotrópico según se requiera o, también se pueden necesitar poros con tamaños determinados. Para lograr la implementación del proceso mencionado, se deben superar 4 etapas principales que corresponden a la suspensión o mezcla, solidificación o Freeze Casting como tal, sublimación o Freeze Drying y, el postratamiento o Sintering . Sin embargo, es en la segunda etapa de solidificación donde se centra el trabajo propuesto por el estudiante, debiendo realizar el diseño y construcción de un aparato o dispositivo de Freeze Casting para la fabricación de probetas cerámicas. Donde los objetivos específicos para lograr completar el trabajo son del ámbito de: el diseño y construcción del dispositivo, la realización de pruebas de funcionamiento e implementación de las respectivas correcciones al diseño y construcción, para finalizar con una optimización de los parámetros de control. Los recursos disponibles para llevar a cabo el trabajo son: los softwares ANSYS y CAD Inventor en sus licencias estudiantil; las dependencias del laboratorio de materiales avanzados (AMLAB) y el taller mecánico del Departamento de Ingeniería Mecánica (DIMEC) y, además se cuenta con recursos monetarios por medio del fondo Fondecyt N°1200141. Por último, el fin de este trabajo se concreta con la entrega del dispositivo capaz de realizar freeze-casting al AMLAB para que realicen los estudios que requieran ejecutar.