La fabricación de un filtro cerámico de alto rendimiento se basa principalmente en la técnica de replicación de esponjas poliméricas. Este proceso industrial consiste en impregnar una espuma reticulada de poliuretano de célula abierta con una lechada cerámica tixotrópica (normalmente carburo de silicio, alúmina o circonio). Una vez que la espuma está completamente recubierta y se elimina el exceso de material para evitar obstrucciones, la unidad se somete a un proceso de secado y cocción estrictamente controlado. Durante la fase de sinterización, la espuma polimérica interna se quema por completo, dejando tras de sí una réplica cerámica con una precisa red de huecos interconectados. Esta estructura permite el paso del metal fundido al tiempo que atrapa físicamente las impurezas y suaviza las turbulencias del flujo.
La ingeniería de los filtros de espuma cerámica
La fabricación de cerámica porosa para la filtración de metal fundido no consiste simplemente en moldear arcilla. Es un reto preciso de ingeniería química y térmica. En ADtech, Consideramos la fabricación de filtros cerámicos como un equilibrio entre reología (flujo de materia) y termodinámica.
El objetivo es crear una estructura que resista choques térmicos extremos -a menudo pasando de la temperatura ambiente a más de 1.500 °C en segundos- sin agrietarse. Para lograrlo, la línea de fabricación debe controlar las variables hasta el nivel de la micra.
Por qué domina el método de réplica con esponja
Aunque existen otros métodos como el espumado directo o la adición de agentes formadores de poros a una mezcla sólida, el método de réplica de esponja sigue siendo el estándar del sector. Ofrece el control más consistente sobre el tamaño de poro (medido en PPI o poros por pulgada) y la porosidad total. Este método garantiza que el producto final tenga la resistencia mecánica necesaria para resistir la presión ferrostática del metal fundido.
Etapa 1: Selección y preparación de las materias primas
La base de cualquier filtro de alta calidad es el polvo. No podemos limitarnos a utilizar polvo cerámico genérico. Hay que calcular la distribución del tamaño de las partículas (PSD) para garantizar un empaquetado hermético durante la sinterización.
Los agregados
La elección del agregado define la aplicación del filtro.
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Carburo de silicio (SiC): Se utiliza principalmente para aleaciones de hierro y cobre. Tiene una excelente resistencia al choque térmico.
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Óxido de aluminio (Al2O3): Ideal para la filtración de aluminio. Es químicamente estable y resiste la corrosión del aluminio fundido.
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Zirconia (ZrO2): Necesario para aplicaciones de acero donde las temperaturas superan los 1600°C.
Los aglutinantes y agentes reológicos
El “pegamento” que mantiene unidas las partículas cerámicas antes de la cocción es fundamental. Utilizamos una combinación de aglutinantes de fosfato o sílice coloidal. Sin embargo, el secreto de un revestimiento perfecto reside en el modificadores reológicos. Estos aditivos controlan la viscosidad del lodo. Si la lechada es demasiado espesa, obstruye los poros interiores. Si es demasiado fina, se escurre por la esponja, dando lugar a un esqueleto filtrante débil que se colapsa bajo la presión del metal fundido.
Cuadro 1: Composición del material y matriz de aplicación
| Material de base | Componente principal | Temperatura de cocción (°C) | Aplicación principal | Resistencia al choque térmico |
| Alúmina | Al₂O₃ (>85%) | 1100 – 1350 | Aleaciones de aluminio | Bien |
| Carburo de silicio | SiC (>70%) | 1150 – 1450 | Hierro, hierro gris, bronce | Excelente |
| Zirconia | ZrO₂ (>95%) | 1600 – 1700 | Acero al carbono, acero inoxidable | Alta |
| Mullita | 3Al₂O₃-2SiO₂ | 1300 – 1500 | Plancha a baja temperatura | Moderado |
Paso 2: La preparación crítica de los purines
Esta etapa distingue un filtro mediocre de un filtro ADtech premium. La preparación del lodo es un proceso de mezcla de varias etapas.
Protocolos de mezcla
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Mezcla en seco: Los polvos cerámicos y los aditivos sólidos se voltean para garantizar una distribución homogénea del tamaño de las partículas.
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Adición de líquidos: El agua rara vez se utiliza sola. Utilizamos una mezcla de agua, antiespumantes y dispersantes. El líquido se añade lentamente al polvo en una mezcla de alto cizallamiento.
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Desaireación: Las burbujas de aire en la lechada son fatales. Si una burbuja de aire forma una bolsa en el revestimiento cerámico, crea un punto débil que se agrietará cuando el metal fundido entre en contacto con él. Utilizamos cámaras de desaireación al vacío para eliminar el gas arrastrado por la lechada antes de que entre en contacto con la esponja.
Control de la tixotropía
El lodo debe ser tixotrópico. Esto significa que se vuelve fluida cuando se agita (durante el proceso de revestimiento) pero se solidifica rápidamente cuando está en reposo. Esta propiedad garantiza que, una vez recubierta la esponja, la cerámica permanezca en los filamentos de la espuma y no gotee hasta acumularse en el fondo del filtro.
Paso 3: Preparación del soporte (la esponja)
La espuma de poliuretano (PU) actúa como plantilla de sacrificio. Determina el IPP del producto final.
Corte e inspección
Los grandes bollos de espuma de poliuretano se cortan en las dimensiones específicas requeridas por la fundición, como 7×7 pulgadas o 23×23 pulgadas.
Comprobación crucial: La espuma debe estar “reticulada”. Esto significa que las membranas celulares (ventanas) entre los puntales de la espuma deben estar completamente abiertas. Si la espuma tiene ventanas cerradas (superficies brillantes), la lechada cerámica no puede penetrar, lo que da lugar a un filtro bloqueado. Utilizamos cámaras de reticulación térmica para abrir las membranas celulares que quedan en la espuma bruta.
Paso 4: Impregnación y eliminación del exceso
Este es el corazón físico del proceso “cómo hacer un filtro cerámico”.
La inmersión
Las piezas de espuma cortadas se sumergen en el lodo preparado. En una línea automatizada, unos émbolos comprimen la espuma varias veces mientras está sumergida. Esta compresión y relajación repetidas expulsan el aire de la esponja y succionan la pesada lechada cerámica en cada hueco.
Prensado con rodillo (preajuste de la porosidad)
Una esponja empapada es esencialmente un bloque de barro. Su porosidad es nula. Para restaurar la estructura abierta, la espuma húmeda pasa por unos rodillos preestablecidos.
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Distancia de separación: La distancia entre rodillos determina la cantidad de purín que queda en los puntales.
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Presión: Demasiada presión daña los delicados ligamentos de la espuma. Demasiada poca deja los poros obstruidos.
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Chorro de aire: Para filtros de alto PPI (como 50 o 60 PPI), los rodillos por sí solos son insuficientes. Empleamos boquillas de aire de precisión que soplan aire comprimido a través del filtro húmedo para despejar las vías más pequeñas sin desprender el revestimiento de los puntales.
Paso 5: Secado controlado
No se puede echar un filtro mojado en un horno. El agua debe evaporarse lentamente. Si el agua se convierte rápidamente en vapor dentro del revestimiento cerámico, hará explotar el revestimiento desde dentro hacia fuera (desconchado).
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Túneles de secado: Los filtros viajan por túneles de humedad controlada.
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Gradiente de temperatura: Comenzamos a bajas temperaturas (40 °C) y alta humedad, aumentando gradualmente el calor y reduciendo la humedad. De este modo, la humedad pasa del centro del filtro a la superficie.
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Duración: Este proceso suele durar entre 12 y 24 horas, dependiendo del grosor del filtro.
Etapa 6: Sinterización y fase de quemado
El proceso de cocción crea la unión cerámica final. Esto ocurre en hornos de túnel de alta temperatura u hornos de lanzadera.
Etapa A: Volatilización (la etapa del humo)
Entre 300°C y 600°C, la esponja de poliuretano del interior del revestimiento cerámico comienza a descomponerse. Es un momento delicado. La esponja debe convertirse en gas y escapar a través del revestimiento cerámico poroso sin expandirse tanto que agriete el revestimiento sin cocer. Los hornos ADtech utilizan una atmósfera rica en oxígeno en esta zona para garantizar una combustión limpia del polímero.
Fase B: Formación de la unión cerámica
A medida que la temperatura supera los 1.000 °C, se activan los coadyuvantes de sinterización de la pasta. Las partículas individuales de polvo comienzan a fundirse.
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Para carburo de silicio: El aglutinante de sílice crea un enlace vítreo (vidrioso) que mantiene unidas las partículas de SiC.
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Para la alúmina: Se produce la sinterización en estado sólido, donde los límites de grano se fusionan.
Fase C: Refrigeración
El enfriamiento debe ser tan lento como el calentamiento. Un enfriamiento rápido provoca estrés térmico. Los filtros se reducen a temperatura ambiente durante varias horas para mantener su integridad estructural.
Sección 7: Control de calidad y métricas de rendimiento
Fabricar el filtro es sólo la mitad de la batalla. Verificar su rendimiento es obligatorio antes de enviarlo a una fundición.
Inspección física
Los sistemas de visión automatizada escanean cada filtro. Buscan:
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Poros obstruidos: Zonas en las que el purín ha tapado el hueco y no se ha limpiado.
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Grietas: Fracturas capilares por secado.
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Dimensiones: Asegurarse de que el filtro encaja perfectamente en la compuerta de vaciado.
Pruebas destructivas
Extraemos muestras aleatorias de cada lote para su destrucción.
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Resistencia al aplastamiento en frío: Aplastamos el filtro para medir cuánto peso puede soportar. Un filtro estándar de 50x50x22 mm debería soportar una presión considerable.
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Prueba de choque térmico: Calentamos el filtro a 1200°C y lo dejamos caer en agua fría. Debe permanecer intacto. Si se rompe, se rechaza el lote.
Cuadro 2: Defectos comunes y causas de fabricación
| Tipo de defecto | Apariencia | Causas profundas en la fabricación |
| Poros ciegos | Cerámica sólida que bloquea el flujo de aire | Viscosidad del lodo demasiado alta; Insuficiente soplado de aire |
| Grietas en la Web | Pequeñas fisuras en los puntales | Secado demasiado rápido; Problemas de migración del ligante |
| Baja resistencia | Se desmorona fácilmente | Temperatura de sinterización demasiado baja; Proporción de aglutinante deficiente |
| Ennegrecimiento del núcleo | Centro oscuro después de la cocción | Quemado incompleto de la esponja (falta de oxígeno en el horno) |
Estudio de caso: Resolver los problemas de la chatarra en Vietnam
Cliente: Fundición de aluminio de tamaño medio
Ubicación: Hai Phong, Vietnam
Fecha: Marzo 2023
El reto:
La fundición fabricaba componentes complejos para motores de motocicletas. Su índice de desechos era de 22% debido a inclusiones no metálicas y películas de óxido en las piezas fundidas. Utilizaban una malla de fibra de vidrio básica para la filtración, que se fundía y fallaba con el calor de las grandes coladas.
La solución ADtech:
Analizamos sus requisitos de temperatura de vertido (720 °C) y caudal. Les cambiamos la malla por filtros de espuma cerámica de alúmina ADtech (40 PPI).
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Colocación: Rediseñamos su sistema de compuertas para adaptarlo al medio filtrante cerámico rígido.
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Selección: Elegimos 40 PPI para capturar los óxidos finos sin restringir la velocidad de flujo necesaria para llenar el molde antes de la solidificación.
El resultado:
A los 30 días de la implantación, la tasa de chatarra bajó de 22% a 7%. La estructura cerámica suavizó el flujo de metal, reduciendo las turbulencias (que provocan más óxidos). El cliente declaró que las superficies de mecanizado eran más limpias y que el desgaste de las herramientas se había reducido.
Por qué fallan los filtros “caseros
En las búsquedas se pregunta a menudo por la fabricación casera de filtros cerámicos. Aunque los aficionados pueden intentarlo, los resultados rara vez resisten el metal fundido.
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Limitaciones del horno: La mayoría de los hornos para aficionados no tienen el control preciso de la atmósfera necesario para quemar la espuma de PU sin agrietar el casco.
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Química de lodos: Sin dispersantes industriales, los lodos caseros se separan. Las partículas pesadas se hunden, dejando una capa débil en la parte superior del filtro.
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Peligro para la seguridad: Si un filtro casero falla durante un vertido, puede provocar el desbordamiento o la explosión del molde debido a la retención de humedad. Para la seguridad industrial, los filtros ADtech certificados son la única opción viable.
Especificaciones técnicas de los filtros ADtech
A la hora de pedir o fabricar filtros, comprender las especificaciones estándar ayuda a seleccionar la maquinaria o el producto adecuados.
Tabla 3: Especificaciones de producción estándar de ADtech
| Propiedad | Alúmina (Al2O3) | Carburo de silicio (SiC) | Circonio (ZrO2) |
| Densidad de poros (PPI) | 10, 20, 30, 40, 50, 60 | 10, 20, 30, 40 | 10, 20, 30 |
| Porosidad (%) | 80 – 90% | 80 – 85% | 75 – 85% |
| Densidad aparente (g/cm³) | 0.35 – 0.55 | 0.35 – 0.50 | 0.80 – 1.0 |
| Resistencia a la compresión | > 1,0 MPa | > 1,2 MPa | > 1,5 MPa |
| Temperatura máxima de trabajo | 1200°C | 1500°C | 1700°C |
Consideraciones avanzadas: Fabricación ecológica
La fabricación moderna exige prestar atención al impacto medioambiental. En ADtech, nos centramos en:
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Reciclaje del exceso de purín: El goteo de la fase de impregnación se recoge, se controla su densidad y se vuelve a introducir en la mezcladora.
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Sistemas de fregado: La fase de quemado libera isocianatos de la espuma de poliuretano. Utilizamos postquemadores y depuradores de alta temperatura para neutralizar estos gases antes de que salgan de la chimenea de la fábrica.
Preguntas más frecuentes (FAQ)
He aquí las preguntas más frecuentes sobre la producción y aplicación de filtros cerámicos.
1. ¿Cuál es el principal material utilizado para fabricar la “esponja” del interior del filtro?
La esponja interna es de espuma de poliuretano (PU) reticulado. Se elige porque se quema limpiamente (se volatiliza) a altas temperaturas, dejando muy pocos residuos de ceniza dentro de la estructura cerámica.
2. ¿Cómo se controla el tamaño de los poros del filtro cerámico?
El tamaño de los poros viene determinado totalmente por el PPI (poros por pulgada) de la espuma de PU utilizada como base. Si partimos de una esponja de 30 PPI, el filtro cerámico final tendrá aproximadamente 30 PPI, aunque el grosor del revestimiento reduce ligeramente el tamaño de la abertura.
3. ¿Puedo utilizar estos filtros para filtrar agua?
Aunque el mecanismo es similar, los filtros metalúrgicos están diseñados para metal fundido. Sus poros son demasiado grandes para atrapar bacterias o sedimentos finos en el agua. Los filtros de agua suelen utilizar cerámicas microporosas con aberturas submicrónicas, fabricadas mediante un proceso de prensado diferente.
4. ¿Qué ocurre si la temperatura de sinterización es demasiado baja?
Si la temperatura es demasiado baja, la unión cerámica no se formará completamente. El filtro tendrá un aspecto correcto, pero su resistencia mecánica será baja. Es probable que se desmorone o se desprenda al ser golpeado por la fuerte corriente de metal fundido.
5. ¿Por qué algunos filtros son rosas y otros grises?
El color indica el material. El rosa o blanco suele indicar alúmina (para aluminio). El gris o negro suele indicar Carburo de Silicio (para hierro/cobre). El color amarillento o tostado suele indicar circonio (para el acero).
6. ¿Cuánto dura el proceso de fabricación?
Desde la mezcla de la pasta hasta el control de calidad final, el ciclo dura aproximadamente de 3 a 4 días. Esto tiene en cuenta los tiempos de reposo necesarios para la pasta, las lentas curvas de secado y el largo ciclo de cocción.
7. ¿Cuál es la vida útil de un filtro de espuma cerámica?
Si se guardan en un lugar seco, pueden durar años. Sin embargo, como la cerámica es higroscópica (absorbe la humedad del aire), recomendamos utilizarla en un plazo de 1 a 2 años o secarla en un horno antes de usarla si ha estado en condiciones húmedas.
8. ¿Se puede reutilizar el filtro cerámico?
No. Una vez utilizado en la fundición de metales, el filtro se llena de metal solidificado y de impurezas atrapadas. Pasa a formar parte de la chatarra de fundición (sistema de compuertas) y suele refundirse (con la cerámica flotando en la parte superior como escoria) o desecharse.
9. ¿Qué es el “choque térmico” en este contexto?
El choque térmico se refiere a la rápida dilatación provocada por la diferencia de temperatura entre el filtro frío (25°C) y el metal fundido (700°C - 1500°C). El proceso de fabricación debe garantizar que la cerámica tenga un bajo coeficiente de dilatación térmica para sobrevivir a este pico instantáneo.
10. ¿Por qué elegir filtros ADtech en lugar de competidores más baratos?
Los filtros baratos suelen tener “poros ciegos” (obstrucciones internas) o esqueletos débiles que se rompen y contaminan la colada. ADtech utiliza impregnación automatizada y estrictas curvas de cocción para garantizar que cada filtro tenga caudales e integridad estructural constantes.
Conclusión
Dominio de cómo hacer un filtro cerámico es una convergencia de la ciencia de los materiales y la precisión mecánica. Requiere una reología exacta de la lechada para recubrir la espuma sin obstruirla, y un perfilado térmico preciso para sinterizar la cerámica sin agrietarla. Para las fundiciones, la calidad del filtro dicta la calidad de la colada final.
En ADtech, Hemos perfeccionado este proceso para ofrecer soluciones de filtración que mejoren el rendimiento y reduzcan la chatarra. Tanto si está fundiendo aluminio aeroespacial como maquinaria pesada de hierro, confiar en un filtro fabricado profesionalmente es el camino más seguro hacia la calidad.