Composición química: El componente principal es Al₂O₃, con una pureza que normalmente varía entre 75% y 99,9% (ajustada según los requisitos de la aplicación).
Estructura cristalina: La fase estable a alta temperatura es α-Al₂O₃ (estructura de corindón), que presenta alta dureza y un alto punto de fusión.
Color: Generalmente blanco o color marfil; se vuelve translúcido en niveles altos de pureza.
Propiedades clave
Alta dureza: dureza Mohs de 9, solo superada por el diamante y el nitruro de boro cúbico.
Alto punto de fusión: Aproximadamente 2050 °C, lo que ofrece una excelente resistencia a altas temperaturas.
Resistencia al desgaste: Resistencia excepcional a la abrasión, adecuada para entornos de intensa fricción.
Aislamiento eléctrico: Alta resistividad a temperatura ambiente, lo que lo convierte en un material aislante ideal.
Estabilidad química: Resistente a la corrosión ácida y alcalina (excepto ácido fluorhídrico y álcalis fuertes).
Resistencia mecánica: Alta resistencia a la compresión, pero relativamente frágil.
La cerámica de alúmina es un material cerámico de alto rendimiento compuesto principalmente de α-alúmina (α-Al₂O₃) como fase cristalina principal. Gracias a sus excelentes propiedades físicas, químicas y mecánicas, se utiliza ampliamente en los sectores industrial, electrónico, médico y otros.
Proceso de preparación
1. Preparación de la materia prima: Purificación de bauxita o síntesis química para producir polvo de alúmina de alta pureza.
2. Formación:
Prensado en seco (formas simples)
Colada de barbotina (formas complejas)
Prensado isostático (componentes de alto rendimiento)
3. Sinterización: Densificación a alta temperatura (1600 °C–1800 °C) mediante sinterización atmosférica o por prensado en caliente.
4. Post-procesamiento: Rectificado y pulido de precisión (altos costos de procesamiento debido a la extrema dureza).
Clasificación (por contenido de Al₂O₃)
Cerámica de alúmina estándar: 75%–95% Al₂O₃, utilizada para componentes generales resistentes a la corrosión y al desgaste.
Cerámica de alúmina de alta pureza (≥99%): se aplica en electrónica y biomedicina, por ejemplo, sustratos aislantes, articulaciones artificiales.
Cerámica de alúmina transparente: pureza >99,9%, utilizada en lámparas de sodio de alta presión y ventanas infrarrojas.
Ventajas y desventajas
Ventajas:
Propiedades generales equilibradas (dureza, resistencia a la temperatura, aislamiento).
Abundantes fuentes de materia prima y coste relativamente bajo (en comparación con el nitruro de silicio, carburo de silicio, etc.).
Desventajas:
Alta fragilidad y poca resistencia al choque térmico (se puede mejorar mediante modificación del compuesto).
Es difícil lograr un mecanizado de alta precisión. La cerámica de alúmina, que ofrece una combinación equilibrada de rentabilidad y rendimiento, se encuentra entre las cerámicas estructurales más utilizadas. Continúa presentando un importante potencial de crecimiento en campos emergentes como las nuevas energías y los semiconductores.
Parámetro
Valor típico
Unidad
Observaciones
Pureza
92%, 95%, 96%, 99%, 99.5%, 99.9%
%
Una mayor pureza generalmente produce un rendimiento superior
Densidad
3.6 3.98
g/cm³
Se alcanza la pureza 99%
Resistencia a la flexión
300 400 (96%) / 350 450 (99%)
MPa
Afectado por el proceso de sinterización
Resistencia a la compresión
2000 3000
MPa
Material de alta dureza
Módulo de Young
300 380
GPa
Alta rigidez
Dureza Vickers (HV)
1500 1800
kgf/mm²
Alta resistencia al desgaste
Tenacidad a la fractura (KIC)
3.5 4.5
MPa·m¹/²
Material relativamente bajo y quebradizo
Coeficiente de expansión térmica
7 8 (20-1000 °C)
×10⁻⁶/K
dependiente de la temperatura
Conductividad térmica
20 30 (25 °C)
W/(m·K)
Superior a la mayoría de las cerámicas
Temperatura máxima de funcionamiento
1500 1700
°C
En condiciones sin carga
Constante dieléctrica (1 MHz)
9 10
-
Se utiliza comúnmente en embalajes electrónicos.
Resistividad volumétrica (20 °C)
>10¹⁴
Ω·cm
Excelentes propiedades de aislamiento
Rigidez dieléctrica
10 15
kV/mm
Aplicaciones de aislamiento de alto voltaje
Solicitud
Industria electrónica: Sustratos para circuitos integrados, aislantes, sensores. Industria de maquinaria: Herramientas de corte, rodamientos, revestimientos resistentes al desgaste. Dispositivos médicos: Articulaciones artificiales de cadera, implantes dentales (excelente biocompatibilidad). Industria química: Bombas y válvulas resistentes a la corrosión, portadores de catalizadores. Sector energético: Tubos de lámparas de sodio, recubrimientos separadores para baterías de litio. Sector militar/aeroespacial: Blindaje balístico, toberas de cohetes.
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