Aplicação de α-alumina em novascerâmica de alumina
Embora existam muitas variedades de novos materiais cerâmicos, eles podem ser divididos em três categorias principais de acordo com suas funções e usos: cerâmicas funcionais (também conhecidas como cerâmicas eletrônicas), cerâmicas estruturais (também conhecidas como cerâmicas de engenharia) e biocerâmicas. De acordo com os diferentes componentes da matéria-prima utilizada, podem ser classificadas em cerâmicas de óxido, cerâmicas de nitreto, cerâmicas de borido, cerâmicas de carboneto e cerâmicas metálicas. Dentre elas, as cerâmicas de alumina são muito importantes, e sua matéria-prima é o pó de α-alumina com diversas especificações.
A α-alumina é amplamente utilizada na produção de diversos novos materiais cerâmicos devido à sua alta resistência, alta dureza, resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste e outras excelentes propriedades. Ela não é apenas uma matéria-prima em pó para cerâmicas de alumina avançadas, como substratos de circuitos integrados, gemas artificiais, ferramentas de corte, ossos artificiais, etc., mas também pode ser usada como suporte de fósforo, materiais refratários avançados, materiais de moagem especiais, etc. Com o desenvolvimento da ciência e tecnologia modernas, o campo de aplicação da α-alumina está se expandindo rapidamente, a demanda de mercado também está aumentando e suas perspectivas são muito amplas.
Aplicação de α-alumina em cerâmicas funcionais
Cerâmicas funcionaisReferem-se a cerâmicas avançadas que utilizam suas propriedades elétricas, magnéticas, acústicas, ópticas, térmicas e outras, ou seus efeitos de acoplamento, para atingir uma determinada função. Elas possuem múltiplas propriedades elétricas, como isolamento, dielétricas, piezoelétricas, termoelétricas, semicondutoras, condutividade iônica e supercondutividade, o que lhes confere diversas funções e aplicações extremamente amplas. Atualmente, as principais cerâmicas que têm sido utilizadas em larga escala são as cerâmicas isolantes para substratos e encapsulamento de circuitos integrados, as cerâmicas isolantes para velas de ignição automotivas, as cerâmicas dielétricas para capacitores amplamente utilizadas em televisores e gravadores de vídeo, as cerâmicas piezoelétricas com múltiplas aplicações e as cerâmicas sensíveis para diversos sensores. Além disso, também são utilizadas em tubos emissores de luz de lâmpadas de sódio de alta pressão.
1. Cerâmica isolante da vela de ignição
Atualmente, as cerâmicas isolantes para velas de ignição representam a principal aplicação de cerâmica em motores. Devido às suas excelentes propriedades de isolamento elétrico, alta resistência mecânica, resistência à pressão e ao choque térmico, a alumina é amplamente utilizada em velas de ignição com isolamento de alumina em todo o mundo. Os requisitos para a α-alumina em velas de ignição são micropós de α-alumina com baixo teor de sódio, nos quais o teor de óxido de sódio é ≤0,05% e o tamanho médio das partículas é de 325 mesh.
2. Substratos de circuitos integrados e materiais de encapsulamento
Os materiais cerâmicos utilizados como substratos e embalagens são superiores aos plásticos nos seguintes aspectos: alta resistência de isolamento, alta resistência à corrosão química, alta vedação, prevenção da penetração de umidade, ausência de reatividade e não contaminam o silício semicondutor ultrapuro. As propriedades da α-alumina necessárias para substratos e embalagens de circuitos integrados são: coeficiente de expansão térmica de 7,0×10⁻⁶/℃, condutividade térmica de 20-30 W/K·m (temperatura ambiente), constante dielétrica de 9-12 (µMHz), perda dielétrica de 3 a 10⁻⁴ (µMHz) e resistividade volumétrica >10¹²-10¹⁴ Ω·cm (temperatura ambiente).
Com o alto desempenho e a alta integração dos circuitos integrados, requisitos mais rigorosos são impostos aos substratos e materiais de embalagem:
À medida que a geração de calor do chip aumenta, uma maior condutividade térmica se torna necessária.
Devido à alta velocidade do componente de computação, é necessária uma baixa constante dielétrica.
O coeficiente de expansão térmica deve ser próximo ao do silício. Isso impõe requisitos mais elevados à α-alumina, ou seja, seu desenvolvimento deve priorizar alta pureza e finura.
3. Lâmpada emissora de luz de sódio de alta pressão
Cerâmica finaFabricados com alumina ultrafina de alta pureza como matéria-prima, os materiais apresentam características como alta resistência à temperatura, resistência à corrosão, bom isolamento e alta resistência mecânica, sendo excelentes materiais cerâmicos ópticos. Os cristais policristalinos transparentes, feitos de alumina de alta pureza com pequenas quantidades de óxido de magnésio, óxido de irídio ou outros aditivos, produzidos por sinterização em atmosfera controlada e sinterização por prensagem a quente, resistem à corrosão por vapor de sódio em altas temperaturas e podem ser utilizados em lâmpadas de sódio de alta pressão com alta eficiência luminosa.
Aplicação de α-alumina em cerâmicas estruturais
Como materiais biomédicos inorgânicos, os materiais biocerâmicos não apresentam efeitos colaterais tóxicos em comparação com materiais metálicos e poliméricos, além de possuírem boa biocompatibilidade e resistência à corrosão com tecidos biológicos. Por isso, têm sido cada vez mais valorizados. A pesquisa e a aplicação clínica de materiais biocerâmicos evoluíram de substituições e preenchimentos de curto prazo para implantes permanentes e firmes, e de materiais biologicamente inertes para materiais biologicamente ativos e materiais compósitos multifásicos.
Nos últimos anos, porososcerâmica de aluminaA alumina tem sido utilizada na fabricação de articulações esqueléticas artificiais, próteses de joelho, cabeças femorais artificiais, outros ossos artificiais, raízes dentárias artificiais, parafusos de fixação óssea e reparos de córnea devido à sua resistência à corrosão química, resistência ao desgaste, boa estabilidade em altas temperaturas e propriedades termoelétricas. O método para controlar o tamanho dos poros durante a preparação de cerâmicas de alumina porosas consiste em misturar partículas de alumina de diferentes tamanhos, impregnar com espuma e secar as partículas por aspersão. Placas de alumínio também podem ser anodizadas para produzir poros microporosos direcionais em nanoescala do tipo canal.