Você já deve ter ouvido falar que a cerâmica de óxido de alumínio é o material industrial mais popular usado em moldagem por injeção de cerâmica (CIM). E se você não é tão ligado em questões técnicas, pode ter adiado sua pesquisa sobre esse material popular.
Mas agora que chegou a sua hora, só nos resta tornar a aventura abrangente e sem jargões.
Vamos desvendar a cerâmica de óxido de alumínio em CIM.
O que é cerâmica de alumina?
A alumina, ou cerâmica de óxido de alumínio, é um material de longa duração, caracteristicamente duro e resistente à corrosão, que opera perfeitamente em temperaturas extremas. Ela apresenta propriedades incríveis, relativamente excepcionais e muito procuradas nos sistemas de fabricação modernos.
A cerâmica de alumina é uma cerâmica técnica, considerando seu preço incrível e sua excelente relação propriedades/desempenho. Ela apresenta diferentes graus, dependendo da concentração de alumina, que varia de 70 a 99,9%. Quanto maior a concentração de alumina, mais resistente, resiliente e com melhor desempenho.
A cerâmica de alumina passa por condições severas na moldagem por injeção de cerâmica para gerar designs e formas altamente complexos.
Vamos dar uma olhada mais de perto!
Composto Al2O3
A cerâmica de alumina é produzida a partir de óxido de alumínio (Al2O3) e utilizado em diversas aplicações industriais de alto desempenho. É um material altamente resistente, capaz de suportar temperaturas de até 2.000 °C.
Portanto, ele apresenta resistência à corrosão química, erosão e desgaste.
O material pode ser manuseado em condições criogênicas também, sem perder suas propriedades mecânicas e químicas.
Por exemplo, a cerâmica de Al2O3 é muito popular na biomedicina por suas propriedades bioinertes. Ou seja, dificilmente reage com tecidos humanos, o que normalmente causaria reações alérgicas. Por isso, é amplamente utilizada em odontologia, ortopedia e outros tratamentos que envolvem contato com tecidos humanos.
E quanto às aplicações industriais de alto desempenho?
O composto Al2O3 opera perfeitamente em processos industriais que envolvem temperaturas muito altas ou baixas com ação abrasiva. É preferido principalmente por sua capacidade de se adaptar a diferentes necessidades da indústria de ponta e apresentar um ótimo desempenho.
Por exemplo, uma empresa que precisa de quimicamente inerte combinado com propriedades médias de transferência de calor, é melhor com alumina do que com zircônia. Esta última aumenta a transferência de calor a níveis extremos.
Com cerâmica de alumina, você também pode resolver muitos problemas gerais envolvendo permeabilidade a gases, integridade mecânica, alta densidade e relação preço-desempenho.
Estrutura química da alumina
O composto Al2O3 é extraído de materiais naturais bauxita e corindo. A alumina é uma matéria-prima indispensável em indústrias como biomedicina, isolamento elétrico, eletrônica e meios de moagem.
O complexo processo de extração da alumina é um sinal revelador de um composto de alto desempenho. Ela é formada principalmente pela combinação de moléculas de oxigênio e alumínio.
As moléculas formam diferentes estruturas químicas, sendo a gama e a alfa-alumina as mais proeminentes. A alfa, no entanto, é a única termodinamicamente estável fase, caracterizada por uma estrutura hexagonal compacta.
1. Alumina tipo alfa
O tipo alfa exibe uma energia de rede muito grande devido aos seus íons de oxigênio compactados, que circundam o Al3+ distribuído simetricamente.
Possui altos pontos de fusão e ebulição. Em sua forma de alta pureza, é usado para sintetizar rubi, safira e coríndon artificiais.
2. Alumina tipo gama
A estrutura iônica do tipo gama forma lacunas octaédricas e tetraédricas. Produzidos entre 140 e 150°C, os íons de oxigênio se ligam ao Al3+ distribuído irregularmente.
Esta fase é insolúvel em água, mas pode reagir a condições fortemente ácidas e alcalinas. Portanto, é caracteristicamente porosa, com alta atividade e forte capacidade de adsorção.
Propriedades da cerâmica de alumina
Para produzir cerâmica de alumina, os fabricantes utilizam um pó branco, sedoso e denso, semelhante ao sal de cozinha. No entanto, o pó é um pouco granular e muito fino. O óxido de alumínio é classificado em três grupos, dependendo da concentração de soda, ferro e sílica.
A alumina calcinada tem pureza de 99% e dureza 9 na escala de Mohs. Já a alumina tabular é formada pelo aquecimento da alumina calcinada a 1600 °C. Ela apresenta alta capacidade térmica e características refratárias.
O hidróxido de alumina é usado principalmente em suspensões de esmalte e como adesivo.
Propriedades físicas do material cerâmico de alumina
A resiliência da cerâmica de alumina a altas temperaturas é um sinal revelador de sua incrível resistência em altas temperaturas. A maioria dos metais perde a integridade estrutural quando as temperaturas caem ao normal. No entanto, as cerâmicas de alumina são rígidas a flutuações de temperatura.
A alumina demonstra propriedades térmicas e dielétricas impressionantes. O material apresenta alta resistividade térmica e inibe choques térmicos. É um material isolante perfeito, pois impede o fluxo de corrente elétrica.
|
Propriedade |
Valor |
|
Ponto de fusão |
2072°C |
|
Ponto de ebulição |
2977°C |
|
Condutividade térmica |
30 W/m·K |
|
Resistividade elétrica |
10^14 ohm·cm |
Propriedades mecânicas da cerâmica de óxido de alumínio
A cerâmica de alumina apresenta altíssima dureza, densidade e resistência à tração e compressão. Este material avançado fica em segundo lugar, atrás do diamante, na dureza Rockwell e na escala de Mohs.
Por isso, ele é usado em rolamentos e revestimentos de moinhos, apresentando uma resistência que excede em muito os componentes de tungstênio e carboneto de aço inoxidável.
Um teste de resistência mecânica da cerâmica de alumina demonstra um material com grande resistência e dureza superior. Essa característica melhora com maiores concentrações de alumina.
Falando em densidade, a cerâmica de alumina é caracteristicamente densa. Isso é demonstrado pelas partículas finas do material que formam padrões sem vazios, resultando em alta densidade.
|
Propriedade |
Valor |
|
Densidade |
3,99g/cm³ |
|
Dureza |
9 Mohs |
|
Resistência à compressão |
4000 MPa |
|
Resistência à tracção |
300 MPa |
|
Módulo de Young |
380 GPa |
Propriedades químicas do material cerâmico de alumina
Alumina é:
-
Quimicamente estável em temperaturas extremas
-
Reage tanto a ácidos e álcalis fortes quanto a agentes redutores fortes
-
Altamente resistente a agentes corrosivos
-
Altamente refratário com alta resistência térmica
-
Resistente a ataques químicos
-
Reage com produtos químicos como ácido fluorídrico e ácido fosfórico
Diferentes graus de material cerâmico de alumina e suas aplicações
As cerâmicas de alumina são classificadas de acordo com a quantidade de óxido de alumínio que contêm. Um material cerâmico é considerado alumina pura quando há poucos ou nenhum outro elemento adicionado à mistura.
Dependendo da quantidade de outros elementos, um material cerâmico pode ter concentração de alumina de 70-99%+.
|
Grau de Alumina |
Características |
Uso industrial |
|
Alumina 92% |
Alta resistência mecânica, resistência ao desgaste, alta densidade e resistência à corrosão |
Meios de moagem, embalagens elétricas, ferramentas resistentes ao desgaste e buchas |
|
Alumina 94% |
Alta resistividade de volume, baixa expansão térmica, resistência à abrasão e constante dielétrica. |
Tubo de elétrons, isolamento elétrico, revestimentos de rolamentos e produtos a laser. |
|
Alumina 95% |
Alta hermeticidade e resistência à flexão e à compressão. |
Implantes médicos, componentes de raios X, componentes de armaduras corporais militares e buchas de alta tensão. |
|
Alumina 97% |
Excelentes propriedades térmicas e elétricas |
Isolante elétrico, equipamento de raio X, sistemas de vácuo, microscópios eletrônicos, micro-ondas e isolamento de equipamentos médicos. |
|
Alumina 97,6% |
Aumenta a confiabilidade e a estabilidade operacional. Melhora a estabilidade elétrica em temperaturas flutuantes. |
Peças de laser, sensores, componentes de raios X e medição de fluxo. |
|
Alumina 99% |
Extremamente duro e com excelente resistência química. |
Alavancado na indústria química na produção de arruelas de encosto, êmbolos, eixos e vedações de contraface em bombas químicas. |
|
Alumina 99,9% |
Alumina ultra pura |
Ferramentas de gravação de plasma e componentes de isolamento nuclear |
Moldagem por injeção de cerâmica
A moldagem por injeção de cerâmica envolve a mistura precisa de pós cerâmicos com materiais orgânicos, utilizando equipamentos especiais. O operador granula a mistura em pellets uniformes antes da liquefação, onde são moldados. A desintegração ocorre em seguida, quando o molde é colocado em um forno (ajustado a temperaturas muito altas) para eliminar o ligante.
O operador submete o componente a temperaturas extremas de forno, onde ocorre a sinterização. Simplesmente, o componente se densifica à medida que seu volume diminui. O processo resulta em produtos cerâmicos lisos que outros processos de fabricação levariam tempo e um orçamento maior para produzir.
CIM é um método de fabricação confiável que exige repetibilidade de qualidade e produtos altamente complexos.
Os ligantes são polímeros ou ceras que ajudam a tornar os pós cerâmicos moldáveis. O fabricante só consegue criar designs e formas complexas quando os pós cerâmicos são transformados em matérias-primas moldáveis.
Alguns pós cerâmicos não conseguem suportar condições de alta temperatura sem perder suas propriedades físicas e químicas. No entanto, as cerâmicas de Al2O3 ajudam a resolver esse problema com seu desempenho ideal em temperaturas extremas.
Benefícios da cerâmica de alumina na moldagem por injeção de cerâmica
1. Menor pegada de carbono
A resistência da cerâmica de alumina a altas temperaturas aumenta a produção de energia. O material não se incinera em altas temperaturas, o que, de outra forma, produziria mais dióxido de carbono.
Além disso, o CIM envolve etapas de processamento muito intensas, mas em menor número do que outras tecnologias.
Portanto, quando as cerâmicas de alumina são fabricadas usando essa tecnologia, elas estão prontas para venda, em vez de precisar de usinagem ou mais processamento.
2. Bom retorno sobre o investimento
Óxido de alumínio e outros elementos utilizados na fabricação de cerâmicas de alumina são facilmente encontrados. A facilidade de acesso a essas matérias-primas lhes confere um preço relativamente acessível, reduzindo os custos de envio e o tempo de trânsito.
A cerâmica de alumina é moldada em designs complexos e sofisticados que se destacam por seu apelo estético. Assim, você pode obter qualquer formato complexo e único e expandir seu nicho em meio à atual onda estética global.
3. Aplicações de alta durabilidade
Uma das qualidades mais impressionantes da cerâmica de alumina é sua ampla utilização em aplicações industriais de alta durabilidade. As propriedades estruturais, mecânicas e térmicas do material permitem seu uso em uma variedade de indústrias que exigem alto desempenho.
Isso significa que eles precisam de um material que seja relativamente leve e dure bastante antes de ser substituído. A cerâmica de alumina possui todas essas qualidades.
4. Variedade de aplicações industriais
As cerâmicas de alumina são amplamente utilizadas nas seguintes indústrias:
-
Aeroespacial
-
Ortopedia e prótese dentária
-
Usinagem de abrasivos e insertos de ferramentas de corte
-
Eletrônicos e dispositivos elétricos como componentes isolantes
-
Componentes resistentes à corrosão e ao desgaste em válvulas e bombas
-
Rolamentos e vedações de cerâmica
Pesquisa de Mercado e Futurismo de Cerâmicas de Al2O3 em CIM
Pesquisas recentes tentou tornar as cerâmicas de Al2O3 materiais ecológicos. Os pesquisadores estão tentando combinar cargas à base de Al2O3 com PEG e CAB para minimizar a pegada de carbono associada ao CIM.
O renascimento da nanotecnologia também está se espalhando pelos sistemas CIM. Pesquisadores buscam maneiras de melhorar a resistência mecânica e térmica de componentes cerâmicos. Uma maneira que encontraram foi o uso de partículas nanométricas de óxido de alumínio.
Dessa forma, a relevância da cerâmica Al2O3 pode se expandir ainda mais nas indústrias aeroespacial e automobilística.
De acordo com Pesquisa de mercado, o mercado de Al2O3 pode atingir 35,4 bilhões de dólares até 2030. Não há melhor momento para investir em um material tão futurista!
Dê passos ousados em direção ao futuro conosco!
MARAVILHOSO é um fornecedor de cerâmica avançada de sucesso com uma visão futurista. Incorporamos sistemas de fabricação de cerâmica modernos e tradicionais para atender a necessidades convencionais e personalizadas. Com um excelente atendimento ao cliente, garantimos que suas necessidades de cerâmica sejam atendidas, posicionando você em uma trajetória de maior sucesso.
Fale conosco hoje e encaixe seu mercado de Al2O3 agora e no futuro.