Applicazione dell'α-allumina in nuoviceramiche di allumina
Sebbene esistano molte varietà di nuovi materiali ceramici, questi possono essere suddivisi approssimativamente in tre categorie in base alle loro funzioni e ai loro usi: ceramiche funzionali (note anche come ceramiche elettroniche), ceramiche strutturali (note anche come ceramiche ingegneristiche) e bioceramiche. In base ai diversi componenti delle materie prime utilizzate, possono essere suddivise in ceramiche ossidiche, ceramiche nitrurate, ceramiche borurate, ceramiche carburate e ceramiche metalliche. Tra queste, le ceramiche di allumina rivestono particolare importanza e la loro materia prima è la polvere di α-allumina di varie specifiche.
L'α-allumina è ampiamente utilizzata nella produzione di diversi nuovi materiali ceramici grazie alla sua elevata resistenza, elevata durezza, resistenza alle alte temperature, resistenza all'usura e altre eccellenti proprietà. Non è solo una materia prima in polvere per ceramiche di allumina avanzate come substrati per circuiti integrati, gemme artificiali, utensili da taglio, ossa artificiali, ecc., ma può anche essere utilizzata come supporto per fosfori, materiale refrattario avanzato, materiale speciale per la rettifica, ecc. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia moderne, il campo di applicazione dell'α-allumina si sta espandendo rapidamente, la domanda di mercato è in aumento e le sue prospettive sono molto ampie.
Applicazione dell'α-allumina nelle ceramiche funzionali
Ceramiche funzionaliSi tratta di ceramiche avanzate che sfruttano le proprie proprietà elettriche, magnetiche, acustiche, ottiche, termiche e di altro tipo, o i loro effetti di accoppiamento, per raggiungere una specifica funzione. Possiedono molteplici proprietà elettriche, come isolamento, dielettrico, piezoelettrico, termoelettrico, semiconduttore, conduttività ionica e superconduttività, e per questo motivo offrono numerose funzioni e un'ampia gamma di applicazioni. Attualmente, le principali ceramiche utilizzate su larga scala sono le ceramiche isolanti per substrati e packaging di circuiti integrati, le ceramiche isolanti per candele automobilistiche, le ceramiche dielettriche per condensatori ampiamente utilizzate in televisori e videoregistratori, le ceramiche piezoelettriche con molteplici applicazioni e le ceramiche sensibili per diversi sensori. Inoltre, trovano impiego anche nei tubi a emissione luminosa delle lampade al sodio ad alta pressione.
1. Ceramica isolante della candela
Attualmente, le ceramiche isolanti per candele rappresentano la principale applicazione di questo materiale nei motori. Grazie alle sue eccellenti proprietà di isolamento elettrico, elevata resistenza meccanica, resistenza alla pressione e agli shock termici, l'allumina è ampiamente utilizzata nelle candele con isolamento in allumina in tutto il mondo. I requisiti per l'allumina α destinata alle candele prevedono micropolveri di allumina α a basso contenuto di sodio, con un contenuto di ossido di sodio ≤0,05% e una granulometria media di 325 mesh.
2. Substrati per circuiti integrati e materiali di confezionamento
I materiali ceramici utilizzati come substrati e materiali di confezionamento sono superiori alle materie plastiche per i seguenti aspetti: elevata resistenza all'isolamento, elevata resistenza alla corrosione chimica, elevata tenuta, prevenzione della penetrazione dell'umidità, assenza di reattività e assenza di contaminazione per il silicio semiconduttore ultrapuro. Le proprietà dell'α-allumina richieste per i substrati dei circuiti integrati e i materiali di confezionamento sono: coefficiente di dilatazione termica 7,0×10⁻⁶/℃, conducibilità termica 20-30 W/K·m (temperatura ambiente), costante dielettrica 9-12 (IMHz), perdita dielettrica 3~10⁻⁴ (IMHz), resistività volumetrica >10¹²-10¹⁴ Ω·cm (temperatura ambiente).
Grazie alle elevate prestazioni e all'elevato livello di integrazione dei circuiti integrati, vengono imposti requisiti più stringenti per i substrati e i materiali di incapsulamento:
Con l'aumentare del calore generato dal chip, è necessaria una maggiore conduttività termica.
Data l'elevata velocità dell'elemento di calcolo, è necessaria una bassa costante dielettrica.
Il coefficiente di dilatazione termica deve essere simile a quello del silicio. Ciò impone requisiti più elevati all'α-allumina, spingendola quindi a sviluppare materiali con elevata purezza e finezza.
3. Lampada a emissione di luce al sodio ad alta pressione
Ceramiche pregiateI materiali ceramici trasparenti policristallini, realizzati con allumina ultrafine ad alta purezza come materia prima, presentano caratteristiche quali resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione, buon isolamento, elevata resistenza meccanica, ecc., e costituiscono un eccellente materiale ceramico ottico. I materiali ceramici trasparenti policristallini, realizzati con allumina ad alta purezza e una piccola quantità di ossido di magnesio, ossido di iridio o additivi di ossido di iridio, e prodotti mediante sinterizzazione in atmosfera e sinterizzazione a caldo, possono resistere alla corrosione da vapore di sodio ad alta temperatura e possono essere utilizzati come lampade a emissione di luce al sodio ad alta pressione con elevata efficienza luminosa.
Applicazione dell'α-allumina nelle ceramiche strutturali
I materiali bioceramici, in quanto materiali biomedici inorganici, non presentano effetti collaterali tossici rispetto ai materiali metallici e polimerici, e possiedono una buona biocompatibilità e resistenza alla corrosione con i tessuti biologici. Il loro valore è in costante aumento. La ricerca e l'applicazione clinica dei materiali bioceramici si sono evolute dalla sostituzione e otturazione a breve termine all'impianto permanente e stabile, passando da materiali biologicamente inerti a materiali biologicamente attivi e materiali compositi multifase.
Negli ultimi anni, porosoceramiche di alluminaSono stati utilizzati per realizzare articolazioni scheletriche artificiali, articolazioni del ginocchio artificiali, teste femorali artificiali, altre ossa artificiali, radici dentali artificiali, viti per la fissazione ossea e riparazioni corneali grazie alla loro resistenza alla corrosione chimica, alla resistenza all'usura, alla buona stabilità alle alte temperature e alle proprietà termoelettriche. Il metodo per controllare la dimensione dei pori durante la preparazione di ceramiche di allumina porosa consiste nel mescolare particelle di allumina di diverse dimensioni, impregnarle con schiuma e asciugarle a spruzzo. Le lastre di alluminio possono anche essere anodizzate per produrre pori direzionali a canale microporoso su scala nanometrica.