L'uso della ceramica di allumina è ampio: come ceramica industriale di precisione, presenta una serie di vantaggi in termini di prestazioni. Con il continuo sviluppo della scienza e della tecnologia, la ceramica di allumina è stata ampiamente utilizzata in vari settori, come l'industria chimica, la produzione di macchinari e la biomedicina, e con il miglioramento delle prestazioni il suo campo di applicazione si è gradualmente ampliato. La ricerca sulle proprietà dell'allumina è utilizzata nelle attività produttive di molte industrie. Entrambe hanno un elevato significato pratico.
1. Elevata resistenza meccanica
La resistenza alla flessione dei prodotti sinterizzati in porcellana di allumina può raggiungere i 250MPa, mentre i prodotti pressati a caldo possono raggiungere i 500MPa. Più puro è il componente di allumina, maggiore è la resistenza. La resistenza può essere mantenuta fino a 900°C ad alte temperature, come mostrato nella figura seguente. Sfruttando la resistenza meccanica della porcellana di allumina, si possono realizzare porcellane per dispositivi e altri componenti meccanici. La durezza Mohs della ceramica di allumina può raggiungere 9, inoltre ha un'eccellente resistenza all'usura, per cui è ampiamente utilizzata nella produzione di coltelli, valvole a sfera, mole, chiodi in ceramica, cuscinetti, ecc.
2. Alta resistività e buone prestazioni di isolamento elettrico
La resistività a temperatura ambiente è di 1015Ω-cm e la resistenza all'isolamento è di 15kV/mm. Grazie al suo isolamento e alla sua resistenza, può essere trasformato in substrati, prese, candele e gusci di circuiti.
3. Elevata durezza
La durezza Mohs di 9, unita a un'eccellente resistenza all'usura, è ampiamente utilizzata per la produzione di utensili, mole, abrasivi, stampi per trafilatura, stampi per estrusione, cuscinetti, ecc. Quando si utilizzano frese in ceramica di allumina per la lavorazione di motori di automobili e parti di aerei, è possibile ottenere un'elevata precisione ad alte velocità di taglio.
4. Elevato punto di fusione, anticorrosione
Con un punto di fusione di 2050°C, ha una buona resistenza all'erosione di metalli fusi come Be, Sr, Ni, Al, V, Ta, Mn, Fe e Co. Presenta inoltre un'elevata resistenza all'erosione da NaOH, vetro e scorie. Non interagisce con Si, P, Sb, Bi in atmosfera inerte. Pertanto, può essere utilizzato come materiale refrattario, tubo di forno, crogiolo per la trafilatura del vetro, sfera cava, fibra, copertura protettiva per termocoppie, ecc.
5. Eccellente stabilità chimica
Molti solfuri complessi, fosfuri, arsenidi, cloruri, nitruri, bromuri, ioduri, ossidi e acido solforico, acido cloridrico, acido nitrico e acido fluoridrico non interagiscono con l'allumina. Pertanto, l'allumina può essere trasformata in metallo puro e in crogioli per la crescita di cristalli singoli, articolazioni umane, ossa artificiali, ecc.
6. Caratteristiche ottiche
Può essere trasformato in materiali che trasmettono la luce (porcellana di allumina trasparente) per realizzare lampade a vapori di sodio, carenature per microonde, finestre a infrarossi, elementi di oscillazione laser, ecc.
7. Conducibilità ionica
Utilizzato come materiale per celle solari e batterie.
Le principali applicazioni della ceramica di allumina
1. Aspetti meccanici
Le frese in ceramica di allumina sono ampiamente utilizzate nel taglio di materiali duri, nel taglio di acciaio ad alta velocità, nel taglio ad altissima velocità e in altre lavorazioni difficili, grazie alla loro elevata durezza, alle forti proprietà meccaniche ad alta temperatura, alla buona resistenza all'usura, alla buona stabilità chimica e alla non facilità di legame con i metalli. Taglio dei materiali. La velocità di taglio ottimale degli utensili in ceramica di allumina è superiore a quella dei normali utensili in carburo cementato, il che può migliorare notevolmente l'efficienza di taglio di diversi materiali.
①Fresa in ceramica di allumina pura
Gli utensili in ceramica di allumina pura si riferiscono a ceramiche di allumina di elevata purezza contenenti solo una piccola quantità di altri ossidi, con una purezza dell'allumina superiore a 99%. Nelle ceramiche di allumina pura, è possibile aggiungere zirconia come coadiuvante di sinterizzazione per migliorarne la tenacità alla frattura. Nella preparazione di utensili in ceramica, si realizza un controllo efficace della purezza e della granulometria originale e si aggiungono altri componenti per formare due fasi o per esistere sotto forma di soluzione solida nella matrice delle ceramiche composite a base di allumina e delle ceramiche rinforzate con baffi. Queste tecnologie compensano le carenze della ceramica di allumina pura, migliorandone le prestazioni di taglio e la durata. A causa delle prestazioni ad alta temperatura e della resistenza all'usura degli utensili in ceramica di allumina pura, ma della bassa resistenza alla flessione e della scarsa resistenza agli urti, vengono sempre più sostituiti da vari utensili in ceramica di allumina composita.
②Fresa in ceramica composita di allumina
Nella ceramica composita esistono diverse direzioni: utensili in ceramica allumina-carburo, utensili in ceramica allumina-carburo-cermet, utensili in ceramica allumina-nitruro o boruro, ecc. Ad esempio, negli utensili in ceramica allumina-carburo, l'aggiunta di alcuni carburi (TiC, WC, TaC, NbC, Mo, C, Cr, C2, ecc.) all'allumina può migliorarne la forza, la resistenza all'usura e agli urti, nonché le prestazioni ad alta temperatura; tra gli additivi, il TiC è quello che trova maggiore applicazione. Rispetto alle ceramiche in allumina pura, la resistenza alla flessione delle ceramiche composite allumina-carburo è migliore rispetto alle ceramiche in allumina pura a temperatura ambiente o ad alta temperatura. . Questo utensile composito è adatto alla sgrossatura e alla finitura ad alta velocità di materiali difficili da lavorare, come la ghisa resistente all'usura, l'acciaio temprato e l'acciaio ad alta resistenza.
Utensile in ceramica di allumina temperata
Per utensile ceramico in allumina temprato si intende l'aggiunta di materiali tempranti o rinforzanti alla matrice di allumina. I metodi di tempra attualmente utilizzati includono: tempra della trasformazione di fase dello Zr02, tempra del whisker e tempra della dispersione di particelle di seconda fase.
2. Industriale
Attualmente esistono molti tipi di valvole industriali. Le valvole comunemente utilizzate nell'industria dell'allumina sono le valvole a otturatore, le valvole a saracinesca, le valvole a globo, le valvole a sfera, ecc.
Valvola a sfera: La caratteristica principale della valvola a sfera è la struttura compatta, la tenuta affidabile, la struttura semplice e la manutenzione conveniente. La superficie di tenuta e la superficie sferica sono sempre in uno stato chiuso, non facilmente erodibile dal fluido. È facile da usare e da mantenere. È adatto a mezzi di lavoro come acqua, solventi, acidi e gas naturale, ma anche a mezzi con condizioni di lavoro difficili, come ossigeno, perossido di idrogeno, metano ed etilene, ecc.
Valvola a tazza: È ampiamente utilizzata nelle attrezzature per lo sfruttamento dei giacimenti petroliferi, per il trasporto e per la raffinazione, nonché nell'industria petrolchimica, chimica, del gas, del gas naturale, del gas di petrolio liquefatto, nell'industria HVAC e nell'industria in generale.
Valvola a saracinesca, valvola di arresto: può essere ampiamente utilizzata come dispositivo di regolazione e intercettazione nelle condutture dell'acqua di rubinetto, delle acque reflue, dell'edilizia, del petrolio, dell'industria chimica, dell'alimentazione, della medicina, del tessile, dell'energia elettrica, della cantieristica, della metallurgia, del sistema energetico, ecc.
3. Elettronica ed elettricità
Per quanto riguarda l'elettronica e l'elettricità, esistono varie piastre di base in ceramica di allumina, substrati, membrane ceramiche, ceramiche trasparenti e varie ceramiche isolanti elettriche in ceramica di allumina, materiali elettronici, materiali magnetici, ecc.
4. Industria chimica
Anche nelle applicazioni chimiche la ceramica di allumina ha un'ampia gamma di impieghi, come le sfere di riempimento chimico in ceramica di allumina, le membrane di microfiltrazione inorganica e i rivestimenti resistenti alla corrosione. Tra questi, le membrane e i rivestimenti in ceramica di allumina sono i più studiati e applicati.
Membrana in ceramica di allumina:
La membrana si divide in membrana polimerica organica e membrana inorganica. Dagli anni '80, la ricerca e lo sviluppo della membrana ceramica di allumina, in particolare della membrana ceramica di allumina porosa, sono stati notevolmente migliorati. Occupa una posizione importante. Le membrane ceramiche in allumina hanno un gran numero di applicazioni nella purificazione delle acque industriali, nella desalinizzazione dell'acqua di mare, nella separazione dei gas e nelle reazioni catalitiche. Pertanto, le membrane ceramiche inorganiche hanno ricevuto sempre più attenzione da parte degli ambienti scientifici e tecnologici e dell'industria.
② Rivestimento in allumina:
Il materiale in lega di titanio è altamente ossidato ad alta temperatura. Per migliorarne le prestazioni, è possibile rivestire la superficie del materiale in lega di titanio con un rivestimento di ossido di alluminio, che può anche migliorare la resistenza alla corrosione e all'ossidazione ad alta temperatura del materiale in lega di titanio.
5. Aspetti medici
In medicina, l'allumina è maggiormente utilizzata per realizzare ossa artificiali, articolazioni artificiali, denti artificiali e così via. Le ceramiche di allumina hanno eccellenti caratteristiche di biocompatibilità, inerzia biologica, stabilità fisica e chimica, elevata durezza e resistenza all'usura e sono materiali ideali per la preparazione di ossa artificiali e articolazioni artificiali. Tuttavia, presenta le stesse carenze di altri materiali ceramici, come l'elevata fragilità, la bassa tenacità alla frattura, l'elevata difficoltà di lavorazione e la tecnologia complessa, per cui sono necessarie ulteriori ricerche e applicazioni.
6. Ceramica architettonica e sanitaria
Nella ceramica sanitaria per l'edilizia, i prodotti ceramici in allumina sono presenti ovunque, come i mattoni di rivestimento in ceramica di allumina, i mezzi di macinazione, i bastoncini, i tubi di protezione in ceramica e i materiali refrattari in allumina. Tra questi, i mezzi di macinazione a sfera in allumina sono i più utilizzati. I mezzi di macinazione a sfere in allumina hanno le caratteristiche di durezza adeguata, densità moderata, resistenza all'usura, resistenza alla corrosione e prezzo contenuto. Pertanto, la maggior parte delle materie prime per l'edilizia e la ceramica sanitaria viene lavorata con mezzi di macinazione a sfere di allumina.
7. Altri aspetti
La ceramica di allumina è attualmente uno dei materiali più ricercati e utilizzati tra i nuovi materiali. Oltre alle applicazioni sopra citate, è ampiamente utilizzata anche in altri settori ad alta tecnologia, come l'aerospaziale, i forni industriali ad alta temperatura, il rinforzo dei compositi, ecc. .
①Aerospaziale
Le fibre a base di allumina sono ampiamente utilizzate nel settore aerospaziale, con caratteristiche di elevata forza, resistenza alle alte temperature, resistenza all'ossidazione, resistenza alla corrosione e molte altre proprietà. L'allumina può essere preparata in fibre resistenti alle alte temperature e utilizzata in piastrelle isolanti e materiali isolanti flessibili sulle navette spaziali. Inoltre, la fibra di allumina può essere utilizzata per rinforzare materiali compositi a base metallica e ceramica ed è ampiamente utilizzata negli ugelli dei jet supersonici e nelle guarnizioni dei motori a razzo.
②Forno industriale ad alta temperatura
Nel campo dei forni industriali ad alta temperatura, i materiali in fibra corta a base di allumina sono utilizzati principalmente come materiali refrattari e di conservazione del calore, perché presentano i vantaggi di una bassa densità, di un buon isolamento termico e di una piccola capacità termica. Questi vantaggi possono non solo ridurre il peso del forno ad alta temperatura, ma anche rendere preciso il controllo della temperatura del forno ad alta temperatura e quindi risparmiare energia.
③Rafforzamento composito
I compositi a matrice metallica rinforzati con fibre di allumina hanno le caratteristiche di buone proprietà meccaniche, elevata resistenza all'usura, basso coefficiente di espansione ed elevata durezza. Ciò è dovuto alla buona bagnabilità e alla bassa reazione di interfaccia tra la fibra di allumina e la matrice metallica. Questi materiali sono stati utilizzati nella produzione di pistoni per automobili e pale di compressori d'aria. La fibra di allumina ha anche un buon legame con la resina, per cui può essere preparata in materiale composito allumina/resina, che ha le caratteristiche di grande elasticità e alta durezza, e può essere utilizzato nelle industrie di produzione di attrezzature sportive come canne da pesca, mazze da golf, sci, racchette da tennis, ecc. .
