Composition chimique : Le composant principal est l'Al₂O₃, avec une pureté allant généralement de 75% à 99,9% (ajustée en fonction des exigences de l'application).
Structure cristalline : La phase stable à haute température est l'α-Al₂O₃ (structure corindon), présentant une dureté élevée et un point de fusion élevé.
Couleur : Généralement blanche ou ivoire ; devient translucide à des niveaux de pureté élevés.
Propriétés clés
Dureté élevée : dureté Mohs de 9, juste derrière le diamant et le nitrure de bore cubique.
Point de fusion élevé : environ 2050 °C, offrant une résistance exceptionnelle aux hautes températures.
Résistance à l'usure : Résistance exceptionnelle à l'abrasion, adaptée aux environnements à forte friction.
Isolation électrique : Résistivité élevée à température ambiante, ce qui en fait un matériau isolant idéal.
Stabilité chimique : Résistant à la corrosion acide et alcaline (sauf à l'acide fluorhydrique et aux alcalis forts).
Résistance mécanique : Résistance à la compression élevée, mais relativement fragile.
La céramique d'alumine est un matériau céramique haute performance composé principalement d'alumine α (α-Al₂O₃) comme phase cristalline principale. Grâce à ses propriétés physiques, chimiques et mécaniques exceptionnelles, elle est largement utilisée dans les secteurs industriel, électronique, médical et autres.
Processus de préparation
1. Préparation des matières premières : Purification de la bauxite ou synthèse chimique pour produire de la poudre d'alumine de haute pureté.
3. Frittage : Densification à haute température (1600 °C–1800 °C) par frittage atmosphérique ou par pressage à chaud.
4. Post-traitement : Rectification et polissage de précision (coûts de traitement élevés en raison de l'extrême dureté).
Classification (selon la teneur en Al₂O₃)
Céramiques d'alumine standard : 75%–95% Al₂O₃, utilisées pour les composants résistants à la corrosion et à l'usure.
Céramiques d'alumine de haute pureté (≥99%) : Appliquées en électronique et en biomédecine, par exemple, substrats isolants, articulations artificielles.
Céramiques d'alumine transparentes : pureté >99,9%, utilisées dans les lampes à sodium haute pression et les fenêtres infrarouges.
Avantages et inconvénients
Avantages :
Propriétés globales équilibrées (dureté, résistance à la température, isolation).
Abondance des sources de matières premières et coût relativement faible (comparé au nitrure de silicium, au carbure de silicium, etc.).
Inconvénients :
Fragilité élevée et faible résistance aux chocs thermiques (peut être améliorée par modification du composite).
L'usinage de haute précision est difficile à réaliser. Les céramiques d'alumine, qui offrent un bon compromis entre coût et performance, figurent parmi les céramiques structurales les plus utilisées. Elles présentent un fort potentiel de croissance dans des domaines émergents tels que les énergies nouvelles et les semi-conducteurs.
Paramètre
Valeur typique
Unité
Remarques
Pureté
92%, 95%, 96%, 99%, 99.5%, 99.9%
%
Une pureté plus élevée donne généralement de meilleures performances.
Densité
3.6 3.98
g/cm³
La pureté 99% est atteinte
Résistance à la flexion
300 400 (96%) / 350 450 (99%)
MPa
Affecté par le processus de frittage
Résistance à la compression
2000 3000
MPa
Matériau à haute dureté
Module de Young
300 380
GPa
Haute rigidité
Dureté Vickers (HV)
1500 1800
kgf/mm²
haute résistance à l'usure
Résistance à la rupture (KIC)
3.5 4.5
MPa·m¹/²
Matériau relativement fragile
Coefficient de dilatation thermique
7 8 (20-1000°C)
×10⁻⁶/K
Dépendant de la température
Conductivité thermique
20 30 (25°C)
W/(m·K)
Supérieure à la plupart des céramiques
température de fonctionnement maximale
1500 1700
°C
En conditions à vide
Constante diélectrique (1 MHz)
9 10
-
Couramment utilisé dans l'emballage électronique
Résistivité volumique (20°C)
>10¹⁴
Ω·cm
Excellentes propriétés d'isolation
rigidité diélectrique
10 15
kV/mm
Applications d'isolation haute tension
Application
Industrie électronique : substrats de circuits intégrés, isolateurs, capteurs. Industrie mécanique : outils de coupe, roulements, revêtements anti-usure. Dispositifs médicaux : prothèses de hanche, implants dentaires (excellente biocompatibilité). Industrie chimique : pompes et vannes anticorrosion, supports de catalyseurs. Secteur de l’énergie : tubes de lampes à sodium, revêtements séparateurs pour batteries au lithium. Militaire/Aérospatiale : blindage balistique, tuyères de fusées.
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