Alumina zeramikazko materialaren potentziala askatzea
Alumina zeramikek gaur egungo teknologia-aplikazio askoren osagai ezinbesteko bihurtu dira. Haien gogortasunak, egonkortasun termikoak, isolamendu elektrikoaren propietateek eta korrosioarekiko erresistentziak industria-produktibitatea hobetzen laguntzen dute, aldi berean mundu mailako jasangarritasun ekimenak babesten dituzten bitartean.
Alumina zeramikek errendimendu gaitasun ikusgarriak badituzte ere, haien hauskortasunak tentsioaren pean pitzatzeko joera handia eragiten die. Balentzia-elektroniko gehiago dituzten metalez osagaietan sartuta, ikertzaileek material hauek gogorrago eta pitzadurarekiko erresistenteago bihurtzeko modua aurkitu dute.
Zorroztasuna
Alumina zeramika bere propietaterik ikusgarrienetako bat da, altzairu herdoilgaitza baino ia hiru aldiz gogorragoa eta silizio karburoa baino lau aldiz gogorragoa izanik – gogortasun ikusgarri horri esker metala mozteko, biratzeko eta fresatzeko ezin hobea da.
Aluminaren gogortasun handia da, halaber, medikuntzan zabalki aplikatzeko arrazoietako bat, batez ere ortopedia-junturatan, metal-inplanteen alternatiba gisa. Medikuntza-mailako alumina pororik gabea da eta oso ale-egitura fina eta banaketa estu du, estatiko-nekea eta karga pean kraken hazkunde motelak saihesten laguntzen duena.
Alumina zeramikak aplikazio ugari ditu, tenperatura altuetan funtzionatzen duten motor edo turbinentzako termikoko oztopo-estalduretatik haratago, eta soldadura edo bero-tratamenduetan isolatzaile bikain gisa ere erabiltzen da.
Korrosioarekiko erresistentzia
Alumina zeramikak korrosioarekiko erresistentzia bikaina du, eta horri esker industria-aplikazio askotan ezinbesteko materiala bihurtzen da. Azido eta alkalino soluzioei aurre egiteko duen gaitasunari esker, Alumina zeramika maiz hautatzen da ingurune eskak eta teknologia berrien esparruetan.
Keramika-materialen korrosioarekiko erresistentzia beren mikrostrukturaren eta purutasunaren araberakoa da. Gainera, erresistentzia hori medio erasokorren baldintzek eta inguruneko tenperaturak eragiten dute; horregatik, alumina askotan beste material batzuekin nahasten da bere propietateak aldatzeko; horrek azido eta alkalino inguruneetan korrosioarekiko erresistentzia hobetzen du eta errendimendu mekanikoa ere hobetzen du.
Ikerketa honek aztertzea du helburu konposizioak zer eragin duen alumina-oinarriko zeramikaren erresistentzia kimikoan, korundum a-Al2O3 edo mulita 3Al2O3·2SiO2 kontzentrazio desberdinekin inprimatuta. Karakterizazio-teknika batzuk, hala nola X izpien difrakzioa (XRD) eta ICP-MS analisia, erabili ziren ebaluaziorako, bereziki azido eta alkalino medioen aurkako erresistentzia kimikoari dagokionez. Gainera, X izpien difrakzioa (XRD) eta ICP-MS analisiak bezalako hainbat teknika erabili ziren porositate agerikoaren, bolumen-dentsitatearen eta masa-galeraren neurria hartzeko, baita porositate agerikoaren, porositate agerikoaren, porositate agerikoaren/bolumen-dentsitatearen/masa-galeraren erlazioaren neurria ere, corundum a-Al2O3 edo mullite 3Al2O32SiO2 kontzentrazio desberdinekin inprimatutako zeramiketan, hala nola azido eta alkalino medioen aurkako erresistentzia neurtzeko. Portzentaje altuek erresistentzia handitzen dute, eta portzentaje handiagoek are gehiago handitzen dute azido eta alkalino medioen aurkako erresistentzia.
Egonkortasun termikoa
Alumina zeramikek egonkortasun termiko handia dute, hau da, tenperatura-aldaketak jasateko gai dira beren jatorrizko forma edo egitura galdu gabe. Hori dela eta, alumina zeramikak ezinbesteko aukera izan daitezke beroa azkar xahutu behar duten osagai elektrikoentzat.
Aluminak hedapen-koefiziente oso txikia du, beste materialekin alderatuta tenperatura-aldaketen aurrean ez delako hain azkar zabaltzen edo uzkurtzen, materialaren propietateetan pitzadurak eta deformazioak saihesten lagunduz. Ezaugarri honek aluminia pitzadurarik gabeko estaldura-aplikazioetarako hautagai ezin hobea bihurtzen du.
Aluminak erresistentzia mekaniko eta kimiko ikusgarriak ditu, eta horri esker industria-aplikazio askotarako material bikaina da. Azido eta alkalino disoluzioak degradatu gabe jasaten ditu, eta horrek aukera bikaina bihurtzen du.
Ikerketek aztertu dute hainbat aldagai – tenperatura, denbora eta korrosio-soluzioen kontzentrazioa – alumina zeramiken korrosio-jokabidean duten eragina. Wu et al.-ek aurkitu zuten La2O3 duten sinterrek egonkortasun handiagoa zutela ingurune azido batean; horrek iradokitzen du alumina beste elementu batzuekin aberasteak haren erresistentzia azidoa hobetu dezakeela.
Egonkortasun elektrikoa
Alumina zeramikaren propietate ikusgarriak gogortasuna, egonkortasun termikoa, isolamendu elektrikoa eta erresistentzia kimikoa dira – ezaugarri horiek aplikazio teknologiko askotan ezinbestekoak bihurtu baitira. Horregatik, hautatutako materiala bihurtu da zeramikazko eta metalezko piezak lotzeko brasaketa-multzoak, isolatzaileak, boroilak eta piztutako txinparten entxufeentzako isolatzaileak, baita prozesu kimikoetan erabiltzen diren krusibilak ere fabrikatzeko.
Termikoki egonkor eta elektrizitatez isolatzaile diren materialek tenperatura altuetan egonkortasun termikoa eskaintzen dute, aldi berean korronte elektrikoaren fluxua mugatuz eta, horrela, energia-galerak minimizatuz. Ezaugarri honek material hauek bereziki baliotsu bihurtzen ditu tentsio altuagoetan funtzionatzen duten sistemetan, potentziaren ihes posiblearen aurka eta korronte-ihes arriskutsuen aurka babesteko.
Gainera, bere biokonpatibilitateari esker, alumina zeramika aurreratu medikuntza-erabilerarako material ezin hobea da; hezur-ehunean txertatu daiteke degradaziorik eta metalezko inplanteekin lotutako hanturarik gabe. Alumina zeramika aurreratuari forma eta tamaina desberdinetan ekoitzi dakioke lehortze-presaketa, presiometria isostatikoa edo injekzio-moldeaketa teknikak erabiliz; hala ere, fabrikazio aditiboak (AM) eraginkortasuna frogatu du dentsitate handiagoa eta akats gutxiago dituzten forma konplexuak ekoizteko [3], diseinatzaileei diseinu berriak azkarrago gauzatzeko eta fabrikazio-denbora nabarmen murrizteko aukera emanez [4].
Egonkortasun kimikoa
Alumina errendimendu bikaineko ingeniaritza zeramika bat da, lan-ingurune gogorrenak ere jasateko diseinatua. Bere gogortasun muturrekoak tentsio mekaniko handiak jasateko aukera ematen dio, eta bere inertezia kimikoak erasorik kimiko gehienak jasateko bermatzen du.
Alumina beltz lehengaiak lurretik prozesu konplexu baten bidez ateratzen dira eta hauts finetan birrintzen dira, lotzailearekin nahastu aurretik, moldeatzeko beste prozesu batzuetarako, hala nola prentsaketa, estrusioa edo slip casting teknikak. Metodo horien bidez formak hartuta, sinterizazio izeneko tenperatura altuko labe-prozesu bati jasaten diote; prozesu horretan, osagai diren alumina-partikulak elkar urtuz gorputz zeramiko trinko bihurtzen dira, gure munduan betiko egongo diren egitura iraunkorrak osatuz.
Sinterizazioak aukera ematen digu alumina zeramikaren gogortasuna edo bero-kolpearekiko erresistentzia bezalako ezaugarri desiragarri zehatzak hobetzen dituzten elementuak gehitzeko. Manganeso dioxidoak gogortasuna hobetzen du, silizio dioxidoak berriz erresistentzia termiko-kolpea handitzen du; horri esker, zeramika-gorputzak aplikazio zehatzetarako egokitu ditzakegu, hala nola petrolio-putzuetan erabiltzen den presio handiko proppant-a, zeinak azido-disolbagarritasun oso baxua (71 °C baino gutxiago) eskatzen duen; La2O3k corundum a-Al2O3 eta mullite 3Al2O3·2SiO2 faseak sortzen laguntzen du, eta horiek azido-erresistentzia nabarmen hobetzen dute.