Marcado y esmaltado de materiales cerámicos con láser

Abstract

Esta tesis presenta un estudio de los procedimientos de marcado por vitrificación de baldosas de gres y esmaltado de color sobre azulejos blancos, con un láser de Nd:YAG (L=1064 nm), con el objetivo de obtener patrones gráficos duraderos con una calidad visual apreciable. Además, se estudian la influencia de los parámetros de marcado en las características de los patrones obtenidos y los mecanismos que intervienen en estos procesos.<br/>Las líneas y las áreas marcadas con láser en cerámicas de gres están constituidas por una fase vítrea de color verde que es producto de la fusión y posterior solidificación de los constituyentes cerámicos. El tono verde de las líneas aumenta con el contenido de hematita de la cerámicas. Precalentando las cerámicas a 350 ºC se logra marcar líneas y áreas de buena calidad visual. El estudio dimensional de las líneas marcadas revela que el volumen de material vitrificado por unidad de longitud es determinado por la densidad de energía. Sin embargo, el ancho y la profundidad de las líneas dependen de cada combinación particular de potencia y velocidad de desplazamiento del haz láser. El bajo contraste visual de las líneas marcadas en las cerámicas puede mejorarse aportando hematita a su superficie antes de efectuar el marcado.<br/>En el proceso de esmaltado, la superficie de esmalte blanco de los azulejos se recubre con una capa barniz coloreado antes de efectuar el proceso de marcado con láser. Las líneas así marcadas están constituidas por un vidriado originado por la fusión y posterior solidificación del barniz depositado y del esmalte sustrato. Se obtienen buenos resultados para el marcado de azulejos recubiertos con barnices azules, negros y verdes. Es posible obtener diferentes tonos de estos colores variando los parámetros tecnológicos del láser y/o variando la composición y espesor de los barnices depositados. Con los barnices amarillo y rojo sólo se consigue marcar líneas con coloraciones tenues, debido a su baja absorción de la radiación del láser y/o a su descomposición durante el proceso.<br/>Palabras clave: Marcado láser, cerámicos, vitrificación, esmaltado.

<I> THESIS SUMMARY.<br/>This thesis presents a study of the procedures of marking clay brick pavers by vitrification and white tiles by color enameling, with a Nd:YAG laser (L=1064 nm), with the aim to obtain graphic lasting patterns with a valuable visual quality. The influence of the laser parameters on the characteristics ot the obtained patterns and the mechanisms involved in the process are also studied.<br/>Laser marked lines and areas on clay brick pavers are constituted by a green color glassy phase which is a product of the melting and later solidification of the ceramic constituents. The green tone of the lines increases with the hematite content in the ceramics. Preheating the bricks at 350 ºC allow to mark lines and areas of good visual quality. The dimentional study of the marked lines shows that the volume of vitrified material for length unit is determined by the energy density. However, the lines width and depth depend on each particular combination of laser beam power and scan speed. The contrast of the lines marked in bricks can be improved by covering their surface with hematite before laser irradiation.<br/>In the process of enameling, the tiles enemeled white surface is covered with a layer of a colored varnish before carrying out the laser marking process. In this way, marked lines are constituted by a glaze produced by the melting and later solidification of the deposited varnish and the enamel substrate. Good results are obtained for the laser marking of tiles covered with blue, black and green varnishes. It is possible to get different tones of these colors by changing the technological parameters of the laser and/or the composition and thickness of the deposited varnish. With yellow and red varnishes it has been only possible to mark lines with very light tones, due to their low absorption of the laser radiation and their decomposition during the process.<br/><br/>Keywords: Laser marking, ceramics, vitrification, enameling. </I>