Kaolin based ceramics obtained by Freeze casting process

espanolFreeze casting offers a tremendous opportunity to obtain bio-inspired synthetic materials that mimic microstructural characteristics of natural materials like bone and nacre. These natural materials display high strength and toughness; properties usually desired in synthetic engineering materials. The freeze casting process involves four basic steps. The ceramic slurry preparation consists of fine ceramic particles that are suspended in a fluid. In the current work, water based kaolin suspensions were prepared varying the volume fraction of ceramic particles. After the ceramic slurry is properly prepared, the slurry is frozen. The solidification process is often performed using directional freezing, which creates laminar pores, providing the microstructural characteristics of the final part. When a crystal is formed the frozen front moves the particles around it, allowing particles to agglomerate around the crystal, creating different types of pores. In the present study, freezing rates were varied. Subsequently, the samples have to be lyophilized in order to sublimate the frozen liquid phase. Sublimation is the transformation of a solid phase directly to the gas phase. As a result the lyophilized sample has a porous structure with a replica of the water crystals formed during freezing. As a final step, sintering of ceramics is performed. Results of the microstructural characteristics of the samples revealed that varying the volume fraction of ceramic particles and freezing rates have a direct influence on the pore characteristics, changing from circular to laminar pores EnglishEl proceso de Freeze casting ofrece la oportunidad de obtener materiales sinteticos que imitan caracteristicas microestructurales de materiales naturales como el hueso y el nacar. Estos materiales se caracterizan por presentar una buena combinacion de resistencia y tenacidad; propiedades deseables en materiales sinteticos de ingenieria. El proceso de Freeze casting consiste en cuatro pasos. Primero, preparacion de una suspension coloidal de particulas ceramicas, en este trabajo se utilizaron suspensiones a base de caolin y agua con diferentes concentraciones de caolin. Luego de preparadas las suspensiones, se realizo un proceso de congelamiento direccional que brinda las caracteristicas microestructurales de la parte final, obteniendo poros alineados debido a la formacion direccional de los cristales de agua que mueven las particulas ceramicas alrededor de ellos, creando distintas tipologias de poros. En este trabajo se vario la velocidad de enfriamiento del proceso. Despues de congelada la suspension coloidal de particulas ceramicas se realizo un proceso de liofilizacion el cual cambia la fase solida del agua, obtenida del proceso de congelamiento, a gas sin pasar por estado liquido, permitiendo que la parte mantenga la forma de los cristales de agua. Finalmente, se realiza el proceso de sinterizado. Resultados del analisis microestructural de las muestras obtenidas revela que la variacion de la concentracion de particulas ceramicas en la suspension coloidal y la variacion de la velocidad de enfriamiento en el proceso de solidificacion tiene un efecto considerable sobre la microestructura obtenida. Las microestructuras varian desde poros columnares hasta poros esfericos.