¿Qué es la alúmina satisfactoria?

La alúmina (óxido de aluminio) es el principal material utilizado para fabricar aluminio, un metal emergente de economía baja en carbono que se prevé que crezca significativamente en todo el mundo. La alúmina posee una combinación de características inigualable.

La alúmina puede aumentar la temperatura de fusión, crear acabados mate sedosos y reducir el cuarteado cuando se utiliza como parte de la química del esmalte. Las guatas de alúmina, ya sea en estado hidratado o calcinadas, suelen encontrarse en el interior de los hornos como material de guata.

Dureza

La dureza de la alúmina satisfactoria se mide por su resistencia a la abrasión. Al ser tan dura, puede soportar años de desgaste sin agrietarse ni romperse, lo que la hace ideal para insertos y productos resistentes al desgaste, así como para proporcionar aislamiento frente a sustancias químicas como ácidos o álcalis en entornos agresivos.

La alúmina se ha convertido rápidamente en uno de los materiales cerámicos técnicos más utilizados para el moldeo por inyección debido a su amplia gama de propiedades beneficiosas, que incluyen su notable dureza y resistencia a la abrasión, baja pérdida dieléctrica y estabilidad térmica, además de permitir a los usuarios diseñar componentes con geometrías complejas con finos acabados superficiales.

El óxido de aluminio (alúmina) es un mineral natural con fuertes enlaces interatómicos y muchas cualidades deseables. Aunque existen varias fases cristalinas a bajas temperaturas, a temperaturas elevadas vuelve a la fase alfa hexagonal más estable, lo que lo hace especialmente deseable para aplicaciones estructurales.

Debido a su resistencia mecánica y dureza superiores, que se incrementan aún más mediante el endurecimiento por deformación, la alúmina sigue siendo popular por sus excelentes propiedades mecánicas y soldabilidad. Lamentablemente, la circonia introduce una reducción significativa de la dureza cuando se añade a los compuestos cerámicos a base de alúmina; por lo tanto, es esencial comprender cómo se relaciona la dureza con otras propiedades como la resistencia a la corrosión o la soldabilidad de la alúmina.

La alúmina ofrece excelentes propiedades de aislamiento eléctrico y se puede moldear fácilmente para adaptarla a aplicaciones específicas. Se utiliza mucho como sustrato para circuitos integrados de silicio sobre zafiro; también puede servir de eficaz barrera de túnel en dispositivos superconductores, como transistores de un solo electrón y dispositivos superconductores de interferencia cuántica.

La dureza de la alúmina es una de sus mayores ventajas y una de las razones por las que los metalúrgicos recurren a ella en su trabajo. Además, la durabilidad de este material le permite resistir entornos hostiles, por lo que es adecuado como material de blindaje para vehículos militares debido a su resistencia a la abrasión y a las ondas de choque en los vehículos del campo de batalla.

Densidad

El óxido de aluminio (alúmina) posee numerosas características deseables que lo hacen útil en diversas aplicaciones. Sus propiedades de dureza, estabilidad, aislamiento y resistencia a la corrosión lo convierten en un componente excelente para materiales funcionales como la cerámica. Además, debido a su bajo coeficiente de fricción y a sus propiedades de alta dureza, es un excelente candidato para su uso como revestimiento metalúrgico en componentes de desgaste, aislantes o incluso crisoles.

El aluminio se puede producir extrayéndolo de la bauxita, un mineral que se encuentra en muchos países. Una vez extraído, se puede refinar en lingotes de aluminio y chapas de aluminio Alclad mediante un proceso extenso y complejo que utiliza numerosas máquinas: tanto el beneficio físico como el procesamiento químico intervienen para aumentar la pureza y controlar la forma y el tamaño de las partículas. Un método alternativo para producir aluminio puede consistir en precipitarlo directamente a partir de su precursor hidrato, pero esta opción puede ser cara y requerir mucho tiempo.

El análisis por microscopía electrónica de barrido reveló que las partículas de alúmina presentes en un compuesto de PDMS/alúmina/CF podían actuar como agente puente y promover la conectividad de las vías de conducción térmica tanto horizontal como verticalmente, disminuyendo así la resistencia térmica interfacial y mejorando al mismo tiempo la conductividad eléctrica.

Estos resultados demuestran el potencial de un compuesto de alúmina/CF con una estructura CF/alúmina altamente orientada para aumentar la conductividad eléctrica y térmica de la alúmina, sirviendo como un material excelente para la fabricación de pasamuros de cerámica a metal, la producción de equipos de alto vacío, como aislantes para sondas/sensores, blancos de sputtering o incluso componentes de rayos X.

La alúmina también es un material integral en la fabricación de productos dentales e implantes médicos, gracias a su biocompatibilidad, resistencia a los ácidos fuertes, dureza y resistencia -a menudo se utiliza como alternativa al estaño en odontología-, fabricando dientes artificiales, coronas y carillas; creando instrumentos quirúrgicos; fabricando retractores quirúrgicos; así como produciendo fresas dentales hechas de ella; ¡incluso resiste el grabado con ácido fluorhídrico! La alúmina también presenta una gran resistencia a la abrasión, lo que le permite soportar el grabado con ácido fluorhídrico.

Resistencia a la corrosión

La alúmina es el ingrediente clave de la cerámica industrial y su uso principal se encuentra en los refractarios. Además, esta versátil sustancia tiene muchos otros usos, como agente pulidor y abrasivo. La cerámica también se utiliza para fabricar baldosas que se fijan en el interior de conductos de combustible pulverizado y conductos de gases de combustión en centrales eléctricas de carbón para proteger del desgaste las zonas de mayor desgaste. Así se ahorra energía y dinero en comparación con las alternativas de acero. Las baldosas de alúmina pueden necesitar sustituirse cada pocos años; sirve como aislante eléctrico, se utiliza como sustrato sobre silicio para circuitos integrados y para fabricar dispositivos superconductores, como transistores de un solo electrón y dispositivos superconductores de interferencia cuántica. Además, el óxido de aluminio se utiliza en la producción de obleas de silicio recubiertas de alúmina que se emplean como sustratos de células solares; esto proporciona importantes ganancias de eficiencia con respecto a las obleas tradicionales recubiertas de cobre.

El óxido de aluminio cataliza toda una serie de reacciones en la industria. Sirve como catalizador en el proceso Claus, que convierte el gas residual de sulfuro de hidrógeno de las refinerías en azufre elemental, así como para convertir alcoholes en alquenos en procesos de síntesis. Además, el óxido de aluminio sirve de soporte en muchos catalizadores industriales, incluidos los de las reacciones de hidrodesulfuración y Ziegler-Natta, además de utilizarse como sorbente durante reacciones químicas como la deshidratación de etanol a procesos de deshidratación de dietilenglicol.

Aunque insoluble en agua, el trihidrato de alúmina (ATH) desempeña dos funciones distintas cuando se utiliza como ingrediente en sistemas poliméricos: relleno eficaz y retardante de llama. Con cuatro polimorfismos, todos contienen aluminio como material central y tres grupos hidroxilo que lo rodean. Además, este polvo presenta una densidad extremadamente densa de 2,4 g/cm3 que puede soportar temperaturas de hasta 200 grados centígrados.

El trihidrato de alúmina se utiliza desde hace tiempo en productos de caucho como agente antipatinaje y retardante de llama. Como relleno económico, el trihidrato de alúmina puede sustituir fácilmente a aditivos caros como el sulfato de bario; además, es muy biodegradable y tiene bajos niveles de toxicidad, por lo que es muy popular en aplicaciones de cables y alambres.

Soldabilidad

Aunque la soldadura de alúmina puede realizarse con éxito, debe utilizar las técnicas y el equipo adecuados para llevarla a cabo con éxito. Debido a su sensibilidad al calor, pueden producirse grietas o roturas al soldar de forma incorrecta; por lo tanto, seleccionar un voltaje de arco y un amperaje que se adapten a su tarea es vital para producir soldaduras de máxima calidad al tiempo que se protege el equipo de posibles daños.

La soldabilidad de las aleaciones de aluminio fabricadas por AM depende tanto del proceso de AM utilizado como de la microestructura de las piezas producidas durante la fabricación. Además, los diferentes procesos de soldadura producen diferentes propiedades mecánicas: por ejemplo, la soldadura por fusión produce soldaduras fuertes, mientras que la soldadura en estado sólido crea soldaduras débiles; además, la calidad del material base influye en la soldabilidad.

La soldabilidad de la alúmina satisfactoria depende de su nivel de huecos y poros; los huecos reducen la resistencia, mientras que los poros aumentan la ductilidad y la tenacidad de los materiales; normalmente, la alúmina más dura tiene menos huecos; esto hace que su soldadura sea más difícil que la de la alúmina blanda, pero sigue ofreciendo muchas aplicaciones.

La alúmina es muy resistente a los ácidos y álcalis, lo que la convierte en un material ideal para usos industriales como intercambiadores de calor y hornos. Además, su bajo coeficiente de dilatación térmica hace que este material resulte aún más atractivo.

La inercia química y la resistencia a la corrosión de la alúmina la han convertido en un material atractivo para numerosas aplicaciones médicas, como la fabricación de coronas. La alúmina también resiste bien las temperaturas extremas, lo que la hace idónea para crear prótesis médicas como las coronas dentales.

La soldadura de aleaciones de aluminio fabricadas por AM es una tarea compleja y difícil. Las mejores prácticas actuales requieren el uso de métodos de soldadura por fusión y en estado sólido; sin embargo, aún queda mucho por hacer. Es necesario conocer mejor las microestructuras y las propiedades mecánicas de las piezas de aluminio fabricadas por AM, así como optimizar los parámetros de soldadura de estas piezas.