ES2238190B1 - Procedimiento para la fabricacion de piezas ceramicas, de vidrio o porcelanicas con metalizacion parcial por deposicion en fase vapor y producto asi obtenido. - Google Patents
Procedimiento para la fabricacion de piezas ceramicas, de vidrio o porcelanicas con metalizacion parcial por deposicion en fase vapor y producto asi obtenido.Info
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de piezas cerámicas, de vidrio o porcelánicas con metalización parcial por deposición en fase vapor y producto así obtenido. El procedimiento para la metalización parcial de la superficie de una pieza por deposición física en fase vapor (PVD) comprende las etapas: a) tratamiento de la pieza por serigrafía para definir el área que estará libre de metalización, b) tratamiento de la pieza serigrafiada para forzar la evaporación de los gases de la pintura de serigrafía, c) tratamiento de la pieza en una cámara de PVD para recubrir la superficie con un metalizado, y d) eliminación del metalizado en el área tratada por serigrafía. Dicho procedimiento permite metalizar parcialmente objetos y producir objetos con recubrimiento metalizado parcial, por ejemplo, piezas cerámicas, de vidrio o porcelánicas.
Description
Procedimiento para la fabricación de piezas
cerámicas, de vidrio o porcelánicas con metalización parcial por
deposición en fase vapor y producto así obtenido.
La presente se refiere a un proceso para
metalizar parcialmente objetos y a los objetos así obtenidos. La
invención tiene aplicación en la producción de objetos con un
recubrimiento metalizado parcial, especialmente piezas cerámicas,
de vidrio o porcelánicas.
La técnica PVD (Deposición Física en Fase Vapor)
consiste básicamente en depositar mediante transferencia de
partículas una fina capa de metal sobre la superficie objeto del
tratamiento, en la que la temperatura de trabajo oscila entre 100 y
400ºC. Para ello se utiliza una cámara de vacío y se evapora el
metal que se deposita sobre la pieza deseada previamente
ionizada.
Las instalaciones PVD son herméticas, recubren a
presiones muy bajas
(10-2-10-3 mbar) y
las reacciones se consiguen ionizando los reactivos (estado
plasmático). Salvo alguna instalación excepcional son procesos que
se realizan en discontinuo. Por las condiciones de trabajo son
considerados limpios y respetuosos con el medio ambiente.
Estas técnicas son por lo tanto esencialmente
diferentes de tratamientos en baños químicos, electrolíticos o
galvánicos realizados en instalaciones abiertas.
El impulso en el desarrollo de los recubrimientos
PVD que se produjo durante la década de los años setenta tenía por
objetivo depositar capas de elevada dureza que mejoraran el
rendimiento a desgaste en piezas funcionales. Estas capas están
formadas por compuestos cerámicos. El compuesto que alcanzó mayor
expansión y popularidad fue en TiN (nitruro de titanio). Su color
dorado abrió grandes expectativas en cuanto a su uso en
aplicaciones decorativas: al atractivo del color se suma la elevada
dureza superficial. De este modo se inició la deposición de capas
PVD como capa única o capa complementaria a las obtenidas por
procesos galvánicos, electrolíticos o químicos y con fines
decorativos.
Los campos de mayor aplicación en PVD decorativo
son tan diversos como menaje de cocina, construcción (grifería,
pomos para puertas y muebles), bisutería (componentes de
relojería), biomateriales y ornamentación en general. Sin embargo,
día a día aumenta su uso en otros sectores como el de los
revestimientos para construcción, bien sean cerámicos, de vidrio o
porcelánicos, en donde se vienen utilizando metalizaciones con
finalidad fundamentalmente decorativa.
Las ventajas que presentan los recubrimientos
obtenidos por PVD son su bajo impacto medioambiental y las
características físicas del recubrimiento (aspecto metálico,
dureza, mínimo espesor, etc.). Además la reproducibilidad de
resultados en cargas distintas es muy alta. Los reactores de nueva
generación son cada vez más precisos en el control de los
parámetros.
De las distintas técnicas de PVD que existen en
la industria, en decoración cabe destacar las denominadas PVD por
arco eléctrico y PVD por pulverización catódica (Sputtering).
Existe también la posibilidad de reactores que alternan ambas
técnicas. El medio de evaporación durante la etapa de recubrimiento
es siempre físico. En ambas técnicas las etapas del proceso son las
siguientes:
Carga del reactor
Alto vacío (10-5 mbar mínimo)
Calentamiento-desgasificación de
las piezas
Decapado iónico
Recubrimiento
Enfriamiento y descarga
La diferencia entre las técnicas está basada en
el sistema de evaporación del metal o compuesto a depositar. Si el
sistema de evaporación se produce por efecto de un arco eléctrico
que se desplaza sobre el metal (cátodo) se trata de evaporación por
arco. Si la evaporación se produce por bombardeo sobre el metal o
cerámico (en este caso el blanco o cátodo no tiene por que ser
metálico) de un haz de iones de un gas inerte (Ar) la técnica se
denomina Sputtering.
La ionización puede ser optimizada mediante
campos magnéticos (magnetrón) aplicados sobre el blanco. Generados
los iones reactivos se introducen los gases a muy baja presión para
formar los compuestos. Para focalizarlos hacia las piezas, se
aplica una diferencia de potencial (continua o pulsante) entre éstas
y la cámara del reactor.
El desarrollo tecnológico del recubrimiento PVD
en decoración se ha centrado en la obtención de nuevos
recubrimientos con distintas texturas y colores (tonalidades de oro
viejo y oro al cobalto son algunas de las más conocidas),
recubrimiento de nuevos materiales (bronces, latones, Zamack,
plásticos) y sobre todo conseguir una reproducibilidad de color,
brillo, tonalidad, adherencia en cada proceso. A diferencia del
recubrimiento de piezas funcionales donde dureza, bajo coeficiente
de fricción y adherencia son las propiedades a tener en cuenta
(herramientas de corte, moldes, matrices, etc.), los aspectos
estéticos son los fundamentales en PVD decorativo.
Materiales no conductores como plástico, vidrio y
cristal pueden ser recubiertos, también, mediante técnicas PVD. Los
plásticos recubiertos con cromo o níquel se recubren con suma
facilidad. En el caso de cristal, vidrio o plástico no recubierto,
el recubrimiento se obtiene por condensación sobre la pieza
obteniendo adherencias aceptables. El recubrimiento de estos
materiales exige extremar la fase de limpieza y preparación
superficial.
En efecto, para que el proceso dé los resultados
deseados es importante que la superficie a recubrir esté
perfectamente limpia y que no se desprenda ningún tipo de vapor o
emisión gaseosa dado que la transferencia matérica debe hacerse en
un ambiente puro (cámara de vacío).
En algunas aplicaciones decorativas es deseable
que el recubrimiento metálico sea parcial, es decir, ocupe una
parte de la superficie, dejando áreas libres de metalización o
formando diseños. En el caso de recubrimientos por PVD esto es
difícil de conseguir ya que toda la pieza es recubierta.
En el estado de la técnica se ha intentado
introducir motivos decorativos sobre la capa metalizada, por
ejemplo mediante impresión, grabado o por electroforming. Esos
métodos presentan la desventaja de que primero hay que recubrir
toda la pieza y posteriormente se procesa para añadir el motivo
decorativo, con la complicación asociada a las etapas adicionales y
la baja calidad y definición de la decoración obtenida.
Por ejemplo en la patente DE 101 23 344 se
propone introducir la decoración una vez recubierta la pieza por
PVD mediante ablación con un láser.
Por lo tanto aún subsiste la necesidad de
proporcionar un proceso que permita introducir metalización parcial
o diseños sobre la superficie de una pieza, de una forma sencilla y
con una alta calidad. Este problema viene resuelto por la presente
invención.
La presente invención tiene por objeto
proporcionar un proceso que permita la metalización parcial por PVD
de una superficie, de una forma sencilla y eficiente, resultando en
un producto con un metalizado de alta calidad y con contornos
nítidos.
En un aspecto, la presente invención consiste en
un proceso para la metalización parcial de la superficie de una
pieza por deposición física en fase vapor (PVD) que comprende en
orden las etapas:
- a)
- tratamiento de la pieza por serigrafía para definir el área que estará libre de metalización,
- b)
- tratamiento de la pieza serigrafiada para forzar la evaporación de los gases de la pintura de serigrafía,
- c)
- tratamiento de la pieza en una cámara de PVD para recubrir la superficie con un metalizado,
- d)
- eliminación del metalizado en el área tratada por serigrafía.
En una variante las piezas a tratar por el
proceso de la invención son cerámicas, porcelánicas o de vidrio,
preferentemente cerámicas.
Entre las piezas cerámicas que se pueden tratar
están los azulejos, cenefas, tacos, Iístelos, molduras, rodapiés.
Entre las piezas porcelánicas está el gres utilizado en
construcción y decoración. Las piezas de vidrio son,
preferentemente, las utilizadas para revestimiento de paredes en
construcción que están sustituyendo recientemente a las piezas
cerámicas tradicionales.
En un aspecto preferente de la invención el
producto utilizado para la serigrafía es una pintura refractaria
inorgánica.
En una variante el producto utilizado para la
serigrafía es estable químicamente a temperaturas superiores a
500ºC. Preferentemente tiene una densidad aparente entre 1,8 y 2,5
kg/dm^{3}.
En otra variante el producto utilizado para la
serigrafía es soluble en agua después de una cocción a una
temperatura superior a 500ºC. En este caso la etapa de eliminación
del metalizado se hace por lavado.
La figura 1 describe de forma gráfica el proceso
de la invención: 1) zona a tratar; 2) zona serigrafiada; 3) zona
recubierta después de la aplicación por PVD; 4) zona después de
limpiar el material serigrafiado.
La figura 2 muestra un ejemplo comparativo de
aplicación: A) con trepa o plantilla no ignífuga metálica; B) según
la invención.
Desde hace aproximadamente cuatro años se vienen
recubriendo totalmente piezas cerámicas mediante la aplicación
metálica de P.V.D.
Esta técnica, como ya se describió, consiste
básicamente en depositar mediante transferencia de partículas una
fina capa de metal sobre la superficie objeto del tratamiento, en
la que la temperatura de trabajo oscila entre 100 y 400º. Con ello
se consiguen piezas de alto valor añadido, especialmente en el
sector de los materiales de construcción.
Esta superficie debe estar perfectamente limpia y
no desprender ningún tipo de vapor o emisión gaseosa dado que la
transferencia matérica debe hacerse en un ambiente puro (cámara de
vacío).
A la vista de la calidad de la metalización
obtenida por PVD y relativa limpieza y sencillez del proceso, sería
comercial y artísticamente muy interesante la aplicación parcial de
P.V.D. (solo en las zonas elegidas).
Una alternativa es la de utilizar máscaras o
plantillas sobre la superficie a recubrir antes de introducirlas en
la cámara de PVD. Aunque evita etapas posteriores de procesado,
presenta el inconveniente de que los contornos obtenidos no son
nítidos, presentando un halo, cerco o pequeñas manchas al entrar el
vapor por el resquicio que queda entre la plantilla y la pieza,
dada la rigidez de ambas. En el caso de piezas cerámicas o
porcelánicas en las que el recubrimiento metálico por PVD se hace a
altas temperaturas, se plantea el problema adicional que las
máscaras se deterioran por la temperatura, afectando a la calidad
del metalizado.
Los distintos intentos que se han realizado en
este sentido han resultado fallidos dado que cualquier material
depositado como máscara sobre la superficie a tratar presentaba
inconvenientes:
1º) Si se pretendía utilizar máscaras protectoras
metálicas, su rigidez y por tanto su falta de adaptación a la
superficie a tratar, permitía al vapor introducirse entre ambos
(plantilla y pieza) impidiendo unos contornos nítidos.
2º) Si la opción elegida era aplicar un producto
en serigrafía tradicional, la evaporación del vehículo serigráfico
contaminaba la cámara y por lo tanto dificultaba o impedía la
metalización.
3º) Si se planteaba utilizar trepas o máscaras de
plástico estas se quemaban, y cuando se hacía con materiales
ignífugos, al intentar adherirlos a la pieza en el proceso para que
no se produjeran resquicios entre la pieza y la plantilla era la
cola empleada la que desprendía gases.
4º) En definitiva, utilizando materiales
plásticos u orgánicos se producen gases que impiden la necesaria
pureza ambiental del proceso dado que en el proceso de vaporización
matérica se generan elevadas temperaturas.
Por lo tanto se investigó la composición de los
materiales que se podía introducir en la cámara de vacío, para
delimitar zonas decorativas, sin emitir gases y que al mismo tiempo
se pudieran aplicar de forma que no se produjeran resquicios o
fisuras por donde el vapor pudiera introducirse perjudicando los
contornos entre la decoración elegida y la superficie
tratada.
tratada.
En cerámica, porcelánico, y desde hace poco en
vidrio se utilizan serigrafías para colorear o esmaltar parcial o
totalmente las piezas. La serigrafía es un proceso de impresión
ampliamente documentado y muy utilizado, desde hace décadas, en la
decoración de la cerámica.
Estas serigrafías en general son viscosas o
semilíquidas y tienen un emulgente que sometido a elevadas
temperaturas se evapora (incluso las de componente acuoso). Por lo
tanto a priori estos gases o vapores impiden la aplicación de
PVD.
Sorprendentemente se ha encontrado que sometiendo
las piezas a un proceso previo de serigrafía y forzando la
evaporación de los componente gaseosos se obtiene una pieza
fácilmente metalizable por PVD y en la que el metalizado sobre el
área donde se aplicó el serigrafiado puede ser eliminada para dar
una metalización parcial de alta calidad con contornos
nítidos.
nítidos.
Según el proceso de la invención la metalización
parcial de la superficie de una pieza por PVD se consigue mediante
las siguientes etapas, y en el orden dado:
- a)
- tratamiento de la pieza por serigrafía para definir el área que estará libre de metalización,
- b)
- tratamiento de la pieza serigrafiada para forzar la evaporación de los gases de la pintura de serigrafía,
- c)
- tratamiento de la pieza en una cámara de PVD para recubrir la superficie con un metalizado,
- d)
- eliminación del metalizado en el área donde había serigrafía.
Por ejemplo, se deposita una pintura de la forma
habitualmente utilizada en serigrafía sobre una pieza de cerámica,
de vidrio o porcelánica que recubra solo una parte deseada de la
superficie a tratar y forzamos la evaporación de sus gases, fuera
de la cámara. Para ello se puede utilizar un calentamiento a
temperaturas suficientes para forzar esa evaporación.
Obtenemos un producto inerte que ya no reacciona
a la temperatura y que puede introducirse en la cámara de PVD sin
alterarse y sin interferir con el proceso de deposición en fase
vapor. En la cámara la temperatura de trabajo es de entre 100 y
400ºC.
De este modo el metal transferido mediante el
proceso de PVD cubrirá toda la pieza, incluida la serigrafía.
Posteriormente se elimina la serigrafía y el
metal depositado encima de ella, por ejemplo mediante un ligero
lavado.
El proceso para conseguir aplicar la máscara es
mediante serigrafía, sistema ampliamente conocido y empleado por la
industria cerámica.
Es importante que el producto que se aplica para
conseguir dicha máscara sea tratado de tal forma que sea compatible
con la metalización y que no libere gases en la cámara de PVD.
Preferentemente se utiliza una pintura
refractaria inorgánica. Se prefiere que tenga las siguientes
características físicas:
- -
- Estable químicamente a altas temperaturas. (> de 500º )
- -
- Soluble en agua después de la cocción a más de 500º
- -
- Densidad aparente entre 1,8 y 2,5 Kg/dm^{3}. adecuada para su aplicación en serigrafía.
El proceso, aunque es de más amplia aplicación,
tiene interés para el tratamiento de piezas de cerámica,
porcelánicas y de vidrio, especialmente piezas decorativas y/o con
utilidad como materiales de construcción.
Por ejemplo para azulejos empleados en
construcción y decoración, en pavimentos o revestimientos, cenefas,
tacos, lístelos, molduras, rodapiés, etc. (piezas especiales
cerámicas que combinan con los pavimentos o revestimientos
empleados en construcción).
De forma similar se puede aplicar para vidrio
(pavimento, revestimiento y sus correspondientes piezas
complementarias) y gres porcelánico con sus piezas a juego. También
piezas ornamentales de vidrio, cerámica o porcelana.
Un ejemplo de producto que reúne dichas
características es Keraplast (marca comercial del Grupo Pyroterm),
una pintura refractaria 1650ºC.
Se prepararon unas piezas cerámicas según el
proceso descrito anteriormente. Para la serigrafía se utilizó
Keraplast que se aplicó parcialmente sobre las piezas.
Posteriormente se hizo un tratamiento por calentamiento de tal
forma que se forzó la eliminación de gases. Las piezas así tratadas
se introdujeron en una cámara PVD y se metalizaron a temperaturas
que oscilan entre 100 y 400ºC. Una vez concluida la metalización se
lavaron las piezas. La figura 2B muestra las piezas obtenidas
mediante este procedimiento.
Claims (11)
1. Un procedimiento para la metalización parcial
de la superficie de una pieza por deposición física en fase vapor
(PVD) que comprende en orden las eta-
pas:
pas:
- a)
- tratamiento de la pieza por serigrafía para definir el área que estará libre de metalización,
- b)
- tratamiento de la pieza serigrafiada para forzar la evaporación de los gases de la pintura de serigrafía,
- c)
- tratamiento de la pieza en una cámara de PVD para recubrir la superficie con un metalizado,
- d)
- eliminación del metalizado en el área tratada por serigrafía.
2. Procedimiento según la reivindicación 1
caracterizado porque la pieza es cerámica, porcelánica o de
vidrio, preferentemente cerámica.
3. Procedimiento según la reivindicación 2
caracterizado porque la pieza es cerámica, preferentemente
seleccionada del grupo compuesto por un azulejo, una cenefa, un
taco, lístelo, una moldura, o un roda-
pié.
pié.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1-3 caracterizado porque el
producto utilizado para la serigrafía es una pintura refractaria
inorgánica.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1-3 caracterizado porque el
producto utilizado para la serigrafía es estable químicamente a
temperaturas superiores a 500ºC.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1-3 caracterizado porque el
producto utilizado para la serigrafía es soluble en agua después de
una cocción a una temperatura superior a 500ºC.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1-6, caracterizado porque
la etapa de eliminación del metalizado se hace por lavado.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1-7, caracterizado porque
la temperatura de trabajo en la cámara de PVD es de entre 100ºC y
400ºC.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1-8, caracterizado porque
la etapa b) se hace por calentamiento.
10. Producto obtenible mediante el proceso según
cualquiera de las reivindicaciones 1-9.
11. Producto según la reivindicación 10
caracterizado porque el producto es una pieza cerámica,
porcelánica o de vidrio, preferentemente cerámica.
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| ES200400333A ES2238190B1 (es) | 2004-02-12 | 2004-02-12 | Procedimiento para la fabricacion de piezas ceramicas, de vidrio o porcelanicas con metalizacion parcial por deposicion en fase vapor y producto asi obtenido. |
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