Embora existam muitas variedades de novos materiais cerâmicos, estes podem ser divididos em três categorias, de acordo com as suas funções e utilizações: cerâmicas funcionais (também conhecidas como cerâmicas electrónicas), cerâmicas estruturais (também conhecidas como cerâmicas de engenharia) e cerâmicas biológicas. Podem ser divididas em cerâmicas de óxidos, cerâmicas de nitretos, cerâmicas de boretos, cerâmicas de carbonetos e cermets de acordo com as diferentes matérias-primas utilizados. Entre elas, a cerâmica de alumina é uma das mais importantes, e a sua matéria-prima é Pó de α-alumina de várias especificações.
A alumina alfa tem sido amplamente utilizada na produção de vários novos materiais cerâmicos devido à sua elevada resistência, elevada dureza, resistência a altas temperaturas, resistência à abrasão e uma série de excelentes propriedades. Não só é utilizada como matéria-prima em pó para cerâmicas de alumina avançadas, tais como substratos de circuitos integrados, gemas artificiais, ferramentas de corte, ossos artificiais, etc., como também é utilizada como suporte de fósforo, materiais refractários avançados e materiais abrasivos especiais. Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia modernas, os campos de aplicação da α-alumina estão a expandir-se rapidamente, a procura do mercado também está a aumentar e as suas perspectivas são muito amplas.
Aplicação da αlfa-alumina em cerâmicas funcionais
As cerâmicas funcionais referem-se a cerâmicas avançadas que utilizam as suas propriedades eléctricas, magnéticas, acústicas, ópticas, térmicas e outras ou os seus efeitos de acoplamento para atingir uma determinada função de utilização. Têm propriedades de isolamento, dieléctricas, piezoeléctricas, piroeléctricas e semicondutoras. A condutividade iónica, a supercondutividade e muitas outras propriedades eléctricas, pelo que possui uma vasta gama de funções e uma vasta gama de utilizações. Atualmente, as aplicações práticas em grande escala são principalmente cerâmicas isolantes para substratos e embalagens de circuitos integrados, cerâmicas isolantes de velas de ignição para automóveis, cerâmicas dieléctricas de condensadores amplamente utilizadas em televisores e gravadores de vídeo, cerâmicas piezoeléctricas para vários fins e vários sensores. As cerâmicas sensíveis são também utilizadas em lâmpadas de sódio de alta pressão, etc.
1. Vela de ignição em cerâmica isolante
A cerâmica de isolamento de velas de ignição é atualmente a maior aplicação de cerâmica em motores. Uma vez que a alumina possui um excelente isolamento elétrico, elevada resistência mecânica, resistência a altas tensões e resistência ao choque térmico, as velas de ignição isoladas com alumina são amplamente utilizadas em todo o mundo. O requisito de alfa-alumina para velas de ignição é o pó de monóxido de alumínio alfa comum com baixo teor de sódio, no qual o teor de óxido de sódio é ≤0,05%, e o tamanho médio das partículas é de 325 mesh.
2. Substrato de circuito integrado e materiais de embalagem
As cerâmicas utilizadas como materiais de substrato e materiais de embalagem são superiores aos plásticos nos seguintes aspectos: elevada resistência ao isolamento, elevada resistência química, elevada vedação, podem impedir a passagem de humidade, não têm reatividade e não poluem o silício semicondutor ultrapuro.
As propriedades da α-alumina necessárias para substratos de circuitos integrados e materiais de embalagem são coeficiente de expansão térmica 7,0 × 10-6 / ℃, condutividade térmica 20-30W / K - m (temperatura ambiente), constante dielétrica 9-12 (IMHz), perda dielétrica 3 ~ 10-4 (IMHz), resistividade de volume> 1012-1014Ω - cm (temperatura ambiente).
Com o elevado desempenho e a elevada integração dos circuitos integrados, os substratos e os materiais de embalagem são objeto de requisitos mais rigorosos:
-À medida que a produção de calor do chip aumenta, é necessária uma maior condutividade térmica.
-À medida que os componentes aritméticos aumentam de velocidade, é necessária uma constante dieléctrica baixa.
-O coeficiente de expansão térmica deve ser próximo do do silício. Este facto coloca requisitos mais elevados à α-alumina, ou seja, desenvolve-se no sentido de uma elevada pureza e finura.
3. Tubo luminoso de sódio de alta pressão
As cerâmicas finas feitas de alumina ultrafina de alta pureza como matéria-prima têm as caraterísticas de resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, bom isolamento e alta resistência. É um excelente material cerâmico ótico. É um policristal transparente feito de alumina de alta pureza com uma pequena quantidade de magnésia, óxido de lantânio ou óxido de irídio e outros aditivos, e é feito por sinterização em atmosfera e sinterização por prensagem a quente. Pode suportar a corrosão do vapor de sódio a alta temperatura e pode ser utilizado como lâmpada emissora de luz de sódio de alta pressão. A sua eficiência de iluminação é elevada.
Aplicação de α-Alumina em cerâmica estrutural
Aplicação de α-Alumina em Biocerâmica
Como materiais biomédicos inorgânicos, os materiais biocerâmicos não têm efeitos tóxicos e secundários em comparação com os materiais metálicos e os materiais poliméricos e têm boa biocompatibilidade e resistência à corrosão com os tecidos biológicos. As pessoas têm prestado cada vez mais atenção a estes materiais. A investigação e a aplicação clínica dos materiais cerâmicos desenvolveram-se desde a substituição e o enchimento a curto prazo até à plantação permanente e firme, desde materiais biologicamente inertes até materiais biologicamente activos e materiais compósitos multifásicos.
Nos últimos anos, as cerâmicas porosas de alumina têm sido utilizadas para fabricar articulações esqueléticas artificiais, articulações artificiais do joelho, cabeças femorais artificiais, outros ossos artificiais, raízes dentárias artificiais e ossos devido à sua resistência química, resistência ao desgaste, estabilidade a altas temperaturas e propriedades termoeléctricas. Fixação de parafusos e reparação da córnea, etc. O método para controlar o tamanho dos poros durante a preparação de cerâmica de alumina porosa é: misturar partículas de alumina de diferentes tamanhos de partículas, espumar as partículas e secar as partículas por pulverização. A placa de alumínio também pode ser anodizada para produzir poros orientados do tipo canal microporoso em nanoescala.
Em comparação com o método acima descrito, o método sol-gel pode melhorar ainda mais o controlo da distribuição do tamanho dos poros, da transição de fase, da pureza e da microestrutura das cerâmicas porosas de alumina. O processo de preparação de cerâmicas porosas de alumina pelo método sol-gel é o seguinte: o pó de alumínio é hidrolisado numa solução de cloreto de alumínio para obter um sol de alumínio e o agente formador de poros é misturado diretamente com o sol de alumínio, sendo o produto formado e cozido.
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