Aunque existen muchas variedades de nuevos materiales cerámicos, pueden dividirse a grandes rasgos en tres categorías según sus funciones y usos: cerámica funcional (también conocida como cerámica electrónica), cerámica estructural (también conocida como cerámica de ingeniería) y cerámica biológica. Pueden dividirse en cerámicas de óxido, cerámicas de nitruro, cerámicas de boruro, cerámicas de carburo y cermets, en función de sus diferentes características. materias primas utilizados. Entre ellos, la cerámica de alúmina es uno muy importante, y su materia prima es α-alúmina en polvo de diversas especificaciones.
La alfa-alúmina se ha utilizado ampliamente en la producción de diversos materiales cerámicos nuevos debido a su alta resistencia, alta dureza, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la abrasión y una serie de excelentes propiedades. No sólo se utiliza como materia prima en polvo para cerámicas de alúmina avanzadas, como sustratos de circuitos integrados, gemas artificiales, herramientas de corte, huesos artificiales, etc., sino que también se emplea como soporte de fósforo, materiales refractarios avanzados y materiales abrasivos especiales. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas, los campos de aplicación de la α-alúmina se amplían rápidamente, y la demanda del mercado también aumenta, y sus perspectivas son muy amplias.
Aplicación de la αlfa-alúmina en la cerámica funcional
Las cerámicas funcionales son cerámicas avanzadas que utilizan sus propiedades eléctricas, magnéticas, acústicas, ópticas, térmicas, etc. o sus efectos de acoplamiento para lograr una determinada función de uso. Tienen propiedades aislantes, dieléctricas, piezoeléctricas, piroeléctricas y semiconductoras. , conductividad iónica, superconductividad y muchas otras propiedades eléctricas, por lo que tiene una amplia gama de funciones y un amplio abanico de usos. En la actualidad, las aplicaciones prácticas a gran escala son principalmente cerámicas aislantes para sustratos y envases de circuitos integrados, cerámicas aislantes para bujías de encendido de automóviles, cerámicas dieléctricas para condensadores muy utilizadas en televisores y grabadores de vídeo, cerámicas piezoeléctricas para diversos fines y diversos sensores. Las cerámicas sensibles también se utilizan en lámparas de sodio de alta presión, etc.
1. Cerámica aislante para bujías
La cerámica aislante para bujías de encendido es actualmente la mayor aplicación de la cerámica en motores. Debido a que la alúmina tiene un excelente aislamiento eléctrico, alta resistencia mecánica, resistencia a la alta tensión y resistencia al choque térmico, las bujías aisladas con alúmina se utilizan ampliamente en todo el mundo. El requisito de alfa-alúmina para las bujías es polvo ordinario de monóxido de aluminio alfa bajo en sodio, en el que el contenido de óxido de sodio es ≤0,05%, y el tamaño medio de las partículas es de 325 mesh.
2. Sustrato de circuitos integrados y materiales de embalaje
Las cerámicas utilizadas como materiales de sustrato y materiales de envasado son superiores a los plásticos en los siguientes aspectos: alta resistencia al aislamiento, alta resistencia química, alta estanqueidad, pueden impedir el paso de la humedad, no tienen reactividad y no contaminan el silicio semiconductor ultrapuro.
Las propiedades de la α-alúmina necesarias para sustratos de circuitos integrados y materiales de envasado son coeficiente de expansión térmica 7,0×10-6/℃, conductividad térmica 20-30W/K-m (temperatura ambiente), constante dieléctrica 9-12 (IMHz), pérdida dieléctrica 3~10-4(IMHz), resistividad volumétrica>1012-1014Ω-cm (temperatura ambiente).
Con el alto rendimiento y la gran integración de los circuitos integrados, se imponen requisitos más estrictos a los sustratos y materiales de envasado:
-A medida que aumenta la generación de calor del chip, se requiere una mayor conductividad térmica.
-A medida que los componentes aritméticos aumentan de velocidad, se requiere una constante dieléctrica baja.
-Se requiere que el coeficiente de dilatación térmica sea próximo al del silicio. Esto impone mayores exigencias a la α-alúmina, es decir, evoluciona hacia una gran pureza y finura.
3. Tubo luminoso de sodio de alta presión
La cerámica fina fabricada con alúmina ultrafina de gran pureza como materia prima tiene las características de resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, buen aislamiento y alta resistencia. Es un excelente material cerámico óptico. Es un policristal transparente hecho de alúmina de gran pureza con una pequeña cantidad de magnesia, óxido de lantano u óxido de iridio, y otros aditivos, y se fabrica mediante sinterización en atmósfera y sinterización por prensado en caliente. Puede soportar la corrosión del vapor de sodio a alta temperatura y puede utilizarse como lámpara de emisión de luz de sodio a alta presión. Su eficacia luminosa es alta.
Aplicación de α-alúmina en cerámica estructural
Aplicación de α-alúmina en biocerámica
Como materiales biomédicos inorgánicos, los materiales biocerámicos no tienen efectos tóxicos ni secundarios en comparación con los materiales metálicos y los materiales poliméricos, y presentan una buena biocompatibilidad y resistencia a la corrosión con los tejidos biológicos. Cada vez se les presta más atención. La investigación y la aplicación clínica de los materiales cerámicos han evolucionado desde la sustitución y el relleno a corto plazo hasta la implantación permanente y firme, desde los materiales biológicamente inertes hasta los materiales biológicamente activos y los materiales compuestos multifásicos.
En los últimos años, la cerámica porosa de alúmina se ha utilizado para fabricar articulaciones esqueléticas artificiales, articulaciones de rodilla artificiales, cabezas de fémur artificiales, otros huesos artificiales, raíces de dientes artificiales y huesos debido a su resistencia química, resistencia al desgaste, estabilidad a altas temperaturas y propiedades termoeléctricas. Fijación de tornillos y reparación de córnea, etc. El método para controlar el tamaño de los poros durante la preparación de la cerámica porosa de alúmina es: mezclar partículas de alúmina de diferentes tamaños de partícula, espumar las partículas y secar las partículas por pulverización. La placa de aluminio también puede anodizarse para producir poros orientados de tipo canal microporoso a escala nanométrica.
En comparación con el método anterior, el método sol-gel puede mejorar aún más el control de la distribución del tamaño de los poros, la transición de fase, la pureza y la microestructura de la cerámica porosa de alúmina. El proceso de preparación de cerámica porosa de alúmina por el método sol-gel es el siguiente: el polvo de aluminio se hidroliza en una solución de cloruro de aluminio para obtener sol de aluminio, y el agente formador de poros se mezcla directamente con el sol de aluminio, y el producto se forma y se cuece.
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