Aplicación de α-alúmina en nuevoscerámica de alúmina
Aunque existen numerosas variedades de nuevos materiales cerámicos, se pueden clasificar en tres categorías principales según sus funciones y usos: cerámicas funcionales (también conocidas como cerámicas electrónicas), cerámicas estructurales (también conocidas como cerámicas de ingeniería) y biocerámicas. Según sus componentes, se dividen en cerámicas de óxido, nitruro, boruro, carburo y metalocerámica. Entre ellas, las cerámicas de alúmina son de gran importancia, y su materia prima es el polvo de α-alúmina de diversas especificaciones.
La α-alúmina se utiliza ampliamente en la producción de diversos materiales cerámicos nuevos debido a su alta resistencia, dureza, resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste y otras excelentes propiedades. No solo es una materia prima en polvo para cerámicas de alúmina avanzadas, como sustratos para circuitos integrados, gemas artificiales, herramientas de corte, huesos artificiales, etc., sino que también puede utilizarse como portador de fósforo, material refractario avanzado, material de molienda especial, etc. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas, el campo de aplicación de la α-alúmina se está expandiendo rápidamente, la demanda del mercado también está aumentando y sus perspectivas son muy amplias.
Aplicación de la α-alúmina en cerámicas funcionales
Cerámica funcionalSe refiere a cerámicas avanzadas que utilizan sus propiedades eléctricas, magnéticas, acústicas, ópticas, térmicas y otras, o sus efectos de acoplamiento, para lograr una función específica. Poseen múltiples propiedades eléctricas, como aislamiento, dieléctrico, piezoeléctrico, termoeléctrico, semiconductor, conductividad iónica y superconductividad, lo que les confiere numerosas funciones y una amplia gama de aplicaciones. Actualmente, las principales cerámicas utilizadas a gran escala son las cerámicas aislantes para sustratos y encapsulados de circuitos integrados, las cerámicas aislantes para bujías de automóviles, las cerámicas dieléctricas para condensadores, ampliamente utilizadas en televisores y grabadoras de vídeo, las cerámicas piezoeléctricas con múltiples aplicaciones y las cerámicas sensibles para diversos sensores. Además, también se emplean en tubos emisores de luz de lámparas de sodio de alta presión.
1. Cerámica aislante para bujías
Actualmente, la cerámica aislante para bujías es la única aplicación importante de cerámica en motores. Gracias a su excelente aislamiento eléctrico, alta resistencia mecánica, alta resistencia a la presión y resistencia al choque térmico, las bujías aislantes de alúmina se utilizan ampliamente en todo el mundo. Los requisitos para la α-alúmina en bujías son micropartículas de α-alúmina de bajo contenido en sodio, con un contenido de óxido de sodio ≤0,05 % y un tamaño de partícula promedio de 325 mallas.
2. Sustratos para circuitos integrados y materiales de encapsulado
Las cerámicas utilizadas como materiales de sustrato y de embalaje son superiores a los plásticos en los siguientes aspectos: alta resistencia de aislamiento, alta resistencia a la corrosión química, alto sellado, prevención de la penetración de humedad, ausencia de reactividad y ausencia de contaminación para el silicio semiconductor ultrapuro. Las propiedades de la α-alúmina requeridas para los sustratos de circuitos integrados y los materiales de embalaje son: coeficiente de expansión térmica de 7,0 × 10⁻⁶/℃, conductividad térmica de 20-30 W/K·m (temperatura ambiente), constante dieléctrica de 9-12 (1 MHz), pérdida dieléctrica de 3~10⁻⁴ (1 MHz), resistividad volumétrica >10¹²-10¹⁴ Ω·cm (temperatura ambiente).
Debido al alto rendimiento y la elevada integración de los circuitos integrados, se plantean requisitos más estrictos para los sustratos y los materiales de encapsulado:
A medida que aumenta la generación de calor del chip, se requiere una mayor conductividad térmica.
Debido a la alta velocidad del elemento de cálculo, se requiere una constante dieléctrica baja.
Se requiere que el coeficiente de expansión térmica sea similar al del silicio. Esto impone mayores exigencias a la α-alúmina, es decir, la impulsa a desarrollar materiales de alta pureza y finura.
3. Lámpara emisora de luz de sodio de alta presión
Cerámica finaFabricados con alúmina ultrafina de alta pureza como materia prima, poseen características como alta resistencia a la temperatura, resistencia a la corrosión, buen aislamiento y alta resistencia mecánica, lo que los convierte en un excelente material cerámico óptico. El vidrio policristalino transparente, fabricado con alúmina de alta pureza y una pequeña cantidad de óxido de magnesio, óxido de iridio o aditivos de óxido de iridio, mediante sinterización atmosférica y prensado en caliente, puede soportar la corrosión del vapor de sodio a alta temperatura y puede utilizarse como lámparas de sodio de alta presión con alta eficiencia lumínica.
Aplicación de la α-alúmina en cerámicas estructurales
Como materiales biomédicos inorgánicos, los materiales biocerámicos no presentan efectos secundarios tóxicos en comparación con los materiales metálicos y poliméricos, y poseen buena biocompatibilidad y resistencia a la corrosión con los tejidos biológicos. Su valor ha ido en aumento. La investigación y la aplicación clínica de los materiales biocerámicos han evolucionado desde el reemplazo y el relleno a corto plazo hasta la implantación permanente y firme, y desde materiales biológicamente inertes hasta materiales biológicamente activos y materiales compuestos multifásicos.
En los últimos años, porosocerámica de alúminaSe han utilizado para fabricar articulaciones esqueléticas artificiales, rodillas artificiales, cabezas femorales artificiales, otros huesos artificiales, raíces dentales artificiales, tornillos de fijación ósea y reparaciones corneales debido a su resistencia a la corrosión química, resistencia al desgaste, buena estabilidad a altas temperaturas y propiedades termoeléctricas. El método para controlar el tamaño de los poros durante la preparación de cerámicas de alúmina porosa consiste en mezclar partículas de alúmina de diferentes tamaños, impregnarlas con espuma y secarlas por pulverización. Las placas de aluminio también se pueden anodizar para producir poros microporosos direccionales a nanoescala de tipo canal.