Applicazione dell'α-allumina in nuoviceramiche di allumina
Sebbene esistano numerose varietà di nuovi materiali ceramici, questi possono essere suddivisi in tre categorie in base alle loro funzioni e utilizzi: 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 suddivisi in ceramiche di ossido, ceramiche di nitruro, ceramiche di boruro, ceramiche di carburo e ceramiche metalliche. Tra queste, le ceramiche di allumina sono molto importanti, e la loro materia prima è la polvere di α-allumina con diverse specifiche.
L'α-allumina è ampiamente utilizzata nella produzione di vari 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 vettore di fosforo, materiali refrattari avanzati, materiali di macinazione speciali, ecc. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia moderne, il campo di applicazione dell'α-allumina si sta espandendo rapidamente e anche la domanda di mercato è in aumento, con prospettive molto ampie.
Applicazione dell'α-allumina nella ceramica funzionale
Ceramica funzionaleSi riferiscono a ceramiche avanzate che sfruttano le loro proprietà elettriche, magnetiche, acustiche, ottiche, termiche e di altro tipo, o i loro effetti di accoppiamento, per ottenere una determinata funzione. Hanno molteplici proprietà elettriche come isolamento, dielettriche, piezoelettriche, termoelettriche, semiconduttive, conduttive ioniche e superconduttive, quindi hanno molteplici funzioni e applicazioni estremamente ampie. Attualmente, le principali ceramiche che hanno trovato applicazione pratica su larga scala sono le ceramiche isolanti per substrati e imballaggi di circuiti integrati, le ceramiche isolanti per candele per autoveicoli, le ceramiche dielettriche per condensatori ampiamente utilizzate in televisori e videoregistratori, le ceramiche piezoelettriche con molteplici usi e le ceramiche sensibili per vari sensori. Inoltre, vengono utilizzate anche per i tubi emettitori di luce delle lampade al sodio ad alta pressione.
1. Ceramica isolante per candele
Le ceramiche isolanti per candele rappresentano attualmente l'unica applicazione più diffusa della ceramica nei motori. Poiché l'allumina presenta un eccellente isolamento elettrico, un'elevata resistenza meccanica, un'elevata resistenza alla pressione e agli shock termici, le candele isolanti in allumina sono ampiamente utilizzate in tutto il mondo. I requisiti per l'α-allumina per le candele sono le normali micropolveri di α-allumina a basso contenuto di sodio, in cui il contenuto di ossido di sodio è ≤0,05% e la dimensione media delle particelle è di 325 mesh.
2. Substrati per circuiti integrati e materiali di confezionamento
Le ceramiche utilizzate come materiali di substrato e materiali di imballaggio sono superiori alle plastiche nei 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 del silicio semiconduttore ultrapuro. Le proprietà dell'α-allumina richieste per i substrati dei circuiti integrati e i materiali di imballaggio sono: coefficiente di dilatazione termica 7,0×10-6/℃, conduttività termica 20-30W/K·m (temperatura ambiente), costante dielettrica 9-12 (IMHz), perdita dielettrica 3~10-4 (IMHz), resistività di volume >1012-1014Ω·cm (temperatura ambiente).
Con le elevate prestazioni e l'elevata integrazione dei circuiti integrati, vengono imposti requisiti più rigorosi per i substrati e i materiali di confezionamento:
Con l'aumentare del calore generato dal chip, è necessaria una maggiore conduttività termica.
Data l'elevata velocità dell'elemento di calcolo, è richiesta una bassa costante dielettrica.
Il coefficiente di dilatazione termica deve essere prossimo a quello del silicio. Questo impone requisiti più elevati per l'α-allumina, ovvero deve evolvere verso un'elevata purezza e finezza.
3. Lampada a emissione di luce al sodio ad alta pressione
Ceramiche pregiateRealizzati in allumina ultrafine ad elevata purezza come materia prima, presentano caratteristiche di resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione, buon isolamento, elevata resistenza, ecc. e sono un eccellente materiale ceramico ottico. I policristallini trasparenti realizzati in allumina ad elevata purezza con una piccola quantità di ossido di magnesio, ossido di iridio o additivi a base di ossido di iridio, e realizzati mediante sinterizzazione in atmosfera e sinterizzazione a caldo, possono resistere alla corrosione del 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 nella ceramica strutturale
In quanto materiali biomedici inorganici, i materiali bioceramici non presentano effetti collaterali tossici rispetto ai materiali metallici e polimerici e presentano una buona biocompatibilità e resistenza alla corrosione con i tessuti biologici. Sono sempre più apprezzati. La ricerca e l'applicazione clinica dei materiali bioceramici si sono evolute dalla sostituzione e riempimento a breve termine all'impianto permanente e stabile, e dai materiali biologici inerti ai materiali biologicamente attivi e ai 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 di fissaggio osseo 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 piastre di alluminio possono anche essere anodizzate per produrre pori direzionali microporosi a canale su scala nanometrica.