Che cos'è la ceramica di allumina

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Le ceramiche all'ossido di alluminio, note anche come ossido di alluminio (Al ₂ O ∝), sono materiali inorganici non metallici ad alte prestazioni che appartengono alla categoria delle ceramiche industriali all'ossido. Si distingue tra molti materiali ceramici per la sua durezza estremamente elevata, l'alta conducibilità termica, l'eccellente resistenza meccanica e la buona resistenza alla corrosione, diventando uno dei materiali ceramici più utilizzati in ambienti strutturali, soggetti a usura e corrosivi.

1. Definizione e composizione di base
La ceramica all'ossido di alluminio è un materiale ceramico con α - Al ₂ O3 come cristallo principale e il suo contenuto di Al ₂ O3 è generalmente compreso tra 75% e 99,99%. In base al contenuto di Al ₂ O3 negli ingredienti, la ceramica di allumina può essere classificata in diversi gradi, come "ceramica 75" (contenuto di Al ₂ O3 di circa 75%), "85 ceramiche" (contenuto di Al ₂ O3 di circa 85%), "95 ceramiche" (contenuto di Al ₂ O3 di circa 95%), "99 ceramiche" (contenuto di Al ₂ O3 di circa 99%), ecc. Nell'industria, l'allumina viene solitamente preparata a partire dalla bauxite (Al ₂ O ∝- 3H ₂ O) e dalla boehmite. Per l'allumina con requisiti di purezza bassi, può essere preparata con metodi chimici.

2. Processo di preparazione
Il processo di preparazione della ceramica di allumina è vario e comprende principalmente la pressatura a secco, lo stampaggio a iniezione, la colata in gel, ecc.
Pressatura a secco: È un metodo convenzionale per la preparazione delle ceramiche di allumina. Il processo inizia con la miscelazione e la macinazione delle materie prime, seguita dallo stampaggio a compressione di polveri fini mediante apparecchiature di pressatura a secco e dalla produzione di prodotti finiti mediante la tecnologia di sinterizzazione ad alta temperatura. Le ceramiche di allumina prodotte con questo metodo presentano densità e durezza elevate, ma il costo è relativamente alto e il prodotto finito è soggetto a problemi di fessurazione o deformazione.
Stampaggio a iniezione: noto anche come stampaggio a compressione, prevede la miscelazione della polvere ceramica di allumina nella plastica, l'utilizzo di una macchina per lo stampaggio a iniezione per la lavorazione e lo stampaggio a caldo e la successiva sinterizzazione ad alta temperatura. Questo processo può dare forma a strutture più complesse e produrre meno crepe durante la fase di stampaggio, ma il costo operativo delle macchine per lo stampaggio a iniezione è elevato e le impurità possono essere introdotte durante il processo di miscelazione della plastica.
Colata in gel: È un metodo di preparazione della ceramica di allumina basato sulla reazione chimica in fase liquida. Si prepara prima il sol di allumina, poi si solidifica e si modella in uno stampo e infine si ottiene la ceramica di allumina attraverso la sinterizzazione ad alta temperatura. Le ceramiche di allumina prodotte con questo metodo non solo hanno densità e purezza elevate, ma anche eccellenti proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione. Tuttavia, il ciclo di preparazione è lungo e il costo delle attrezzature necessarie è elevato.

3. Caratteristiche delle prestazioni
Elevata durezza e resistenza all'usura: La ceramica di allumina ha una durezza estremamente elevata e può essere lavorata solo con la rettifica al diamante. Ha una resistenza all'usura estremamente forte e può mantenere la sua struttura originale anche dopo l'usura meccanica, rendendola più dura degli utensili in acciaio e carburo di tungsteno.
Stabilità alle alte temperature: La ceramica di allumina può essere utilizzata in ambienti atmosferici fino a 1650 gradi Celsius e in ambienti sotto vuoto fino a 2000 gradi Celsius. A 1000 gradi Celsius, può ancora mantenere 50% della sua resistenza alla trazione a temperatura ambiente, e la sua forza rimane invariata dopo il ritorno alla temperatura normale.
Resistenza alla corrosione: La ceramica di allumina presenta una resistenza alla corrosione di acidi e basi ad alte temperature e può resistere all'erosione di vari acidi forti, basi e solventi organici, compresi acidi forti come l'acido solforico, l'acido cloridrico e l'acido nitrico, nonché basi forti come l'idrossido di sodio e l'idrossido di potassio. Allo stesso tempo, presenta anche una buona resistenza alla corrosione nei confronti di solventi organici come alcoli, chetoni ed eteri.
Isolamento: La ceramica di allumina ha un'elevata resistività elettrica e può sopportare bassi shock termici. Grazie alle sue proprietà dielettriche, è diventato un buon materiale isolante e la corrente non può attraversarlo.
Altre proprietà: Le ceramiche di allumina hanno anche una buona tenuta all'aria, una bassa densità (che però aumenta con il volume) e altre caratteristiche.

4. Campi di applicazione
Le ceramiche di allumina sono state ampiamente utilizzate in vari settori industriali grazie alle loro proprietà uniche.
Produzione meccanica: utilizzata per la produzione di componenti meccanici di precisione, come cuscinetti in ceramica, cursori in ceramica, ecc. e di stampi di alta precisione e resistenti all'usura, come stampi per stampaggio, stampi a iniezione, ecc.
Sistema chimico: utilizzato per vari recipienti e tubazioni di reazione, componenti di pompe chimiche, ecc. per resistere alla corrosione e all'usura.
Industria elettronica: Sfruttando le sue proprietà isolanti ad alta temperatura, viene utilizzato come manicotto e tubo protettivo per termocoppie, presa di substrato per forno elettrico integrato solido, guscio, telaio in porcellana, ecc.
Aerospaziale: utilizzato per produrre componenti ad alta temperatura e strati resistenti al calore, che garantiscono la sicurezza di volo degli aerei.
Altri settori: materiali refrattari e tubi per forni ad alta temperatura nell'industria metallurgica, articolazioni umane nell'industria medica e sanitaria, ecc.

La ceramica di allumina è un materiale ceramico ad alte prestazioni con durezza estremamente elevata, eccellente resistenza meccanica, buona resistenza alla corrosione e proprietà isolanti.