Aplicaciones de la membrana de disco de alúmina

Las membranas cerámicas de disco de alúmina (Al2O3) poseen una resistencia al desgaste y una lubricidad superiores, por lo que son muy utilizadas en equipos mecánicos que requieren protección contra la abrasión, filtración, catálisis o tecnologías de sensores.

Los productos de alúmina son duros y duraderos, resistentes a los ácidos y álcalis y al calor, cualidades que los hacen idóneos como aislantes eléctricos y sustratos para procesos de deposición de películas finas.

Resistencia a altas temperaturas

Un disco de alúmina es un componente en forma de disco fabricado con material cerámico alúmina (óxido de aluminio). Este dispositivo puede encontrarse en muchas aplicaciones gracias a sus excepcionales propiedades físicas, mecánicas y eléctricas, que le permiten soportar entornos exigentes de altas temperaturas sin perder integridad estructural ni volverse quebradizo.

La alúmina puede soportar temperaturas de hasta 1.750 grados Celsius, lo que la convierte en un material excelente para componentes electrónicos que funcionan en entornos de altas temperaturas. Además, el elevado punto de fusión de la alúmina garantiza que no se degradará ni disolverá con el tiempo en agua u otros medios líquidos.

La alúmina es resistente a la corrosión química y a otras sustancias peligrosas, por lo que resulta ideal para revestir reactores o recipientes que procesan materiales tóxicos, como los que se procesan con materiales abrasivos o tóxicos. La alúmina también sirve como excelente soporte de catalizadores en procesos que requieren temperaturas elevadas gracias a su capacidad para soportar ácidos y álcalis fuertes.

La alúmina posee una excepcional resistencia al desgaste, lo que la convierte en una excelente elección para aplicaciones de lijado y rectificado. Soporta el rectificado automático a alta velocidad sin producir calor excesivo ni acabados superficiales ásperos; además, su dureza y resistencia la hacen adecuada para el mecanizado de piezas metálicas de equipos industriales.

La alúmina porosa también puede utilizarse en aplicaciones biomédicas debido a su permeabilidad y biocompatibilidad, lo que la hace adecuada para tratamientos médicos que impliquen la penetración a través de la piel o los tejidos. Las propiedades personalizables para aplicaciones médicas pueden incluir el tamaño, la distribución y la permeabilidad general. Además, este material se utiliza mucho para revestir instrumentos dentales o herramientas quirúrgicas, ya que se presenta en una gran variedad de formas para satisfacer las distintas necesidades de configuración de los dispositivos.

La alúmina ofrece propiedades de aislamiento eléctrico superiores cuando se fabrica con grados de pureza superiores, lo que ayuda a evitar fugas de los sistemas eléctricos en entornos térmicos exigentes y proporciona protección contra la deformación bajo cargas pesadas. La alúmina también mantiene su estabilidad dimensional a temperaturas más elevadas, lo que ayuda a evitar deformaciones o distorsiones causadas por cargas pesadas.

Los ensayos Pin-on-disc utilizan un penetrador en forma de esfera para presionar contra la superficie de una muestra de alúmina y crear una huella de desgaste, lo que permite conocer sus características de resistencia a la abrasión y lubricidad.

Alta durabilidad

Las placas y discos de alúmina son materiales muy elásticos, resistentes a la corrosión, el desgaste, la abrasión por impacto y las altas temperaturas sin perder integridad estructural ni estabilidad química. Su flexibilidad los hace idóneos para aplicaciones que requieren componentes cerámicos capaces de soportar esfuerzos mecánicos y térmicos, como el procesamiento químico, la fabricación de dispositivos médicos, la producción de cerámica, los componentes ópticos o la biocompatibilidad.

La alúmina presenta una gran resistencia mecánica y rigidez, lo que facilita su conformación en formas complejas con tolerancias ajustadas. La alúmina es una de las cerámicas técnicas más utilizadas en aplicaciones de ingeniería: su combinación de propiedades hace que sea el material elegido en más de 80% de las aplicaciones de ingeniería. Cocida a 1600degC (2900degF), la alúmina forma cerámicas técnicas densas que pueden procesarse tanto en entornos oxidantes como en hornos de vacío para su fabricación.

IPS Ceramics fabrica y suministra una amplia gama de productos de alúmina en varias dimensiones y espesores, todos ellos fabricados con alúmina endurecida con circonio (ZTA), una cerámica compuesta innovadora que combina las ventajas de ambos materiales: la dureza de la alúmina combinada con la tenacidad de la circonia para aumentar la resistencia a la fractura a temperaturas normales, lo que hace que la cerámica ZTA sea más robusta que la cerámica de alúmina pura, cuya proporción puede adaptarse en función de las necesidades específicas de la aplicación.

Las cerámicas porosas de alúmina se utilizan en aplicaciones que requieren cerámicas de baja permeabilidad, como la filtración, la separación de fluidos, la catálisis y las tecnologías de sensores. Su porosidad puede ajustarse en función de las necesidades específicas de la aplicación, así como de consideraciones medioambientales, controlando la distribución del tamaño de los poros y la permeabilidad global.

Las placas y discos cerámicos de alúmina son muy resistentes a la abrasión y tienen una dureza cercana a la del diamante. Su dureza Mohs de 9 las hace 266 veces más resistentes al desgaste que el acero al manganeso y 171,5 veces más que el hierro fundido con alto contenido en cromo; como resultado de esta resistencia al desgaste, reducen considerablemente la fricción, prolongan la vida útil de los equipos y, en última instancia, reducen los costes de mantenimiento, el consumo de energía y las emisiones.

Inercia química

Las placas cerámicas de alúmina son químicamente inertes y resistentes a la mayoría de los ácidos y álcalis, por lo que son adecuadas para aplicaciones en las que puede haber productos químicos o gases. Como aislantes, ayudan a proteger los componentes electrónicos de las descargas eléctricas y el sobrecalentamiento. Su superficie dura también ofrece protección a los equipos mecánicos contra la abrasión, al tiempo que son excelentes complementos en sistemas de producción de energía térmica, como sistemas de suministro de material, pulverización, limpieza de polvo y suministro de material; incluso funcionan muy bien en dispositivos médicos y dentales, ya que son biocompatibles y pueden tolerar temperaturas más elevadas. La cerámica de alúmina es también una gran opción como biocompatible en dispositivos médicos y dentales porque puede soportar altas temperaturas; ¡haciendo de la cerámica de alúmina una maravillosa opción de material!

Las sustancias químicamente inertes requieren tener una capa externa de electrones completamente llena y no reaccionar con otros compuestos; por ejemplo, sustancias como la arena y los gases nobles se consideran químicamente inertes, mientras que el cloro y el ácido sulfúrico reaccionan con otras sustancias. El nitrógeno tiene una energía de intercambio máxima, por lo que no puede perder ni ganar electrones, y todos los gases nobles poseen una configuración electrónica octeto en su capa más externa, lo que los convierte en sustancias inertes.

Las placas y discos cerámicos de alúmina se utilizan a menudo como soporte de reacciones químicas y crisoles de almacenamiento debido a su composición química inerte. Además, son ideales para rectificar metales y aleaciones en máquinas rectificadoras automáticas o manuales sin producir calor excesivo ni dejar superficies ásperas; también son excelentes candidatos para aplicaciones de lijado para eliminar arañazos u oxidación en superficies metálicas.

Los discos de alúmina son ideales para el análisis químico por su resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes. Además, sus propiedades aislantes protegen los circuitos del sobrecalentamiento y, al mismo tiempo, mantienen los productos químicos contenidos sin fugas ni derrames. Estas juntas de goma también son resistentes a la abrasión y al desgaste, lo que las convierte en la opción ideal para equipos mecánicos que requieren protección contra la abrasión y la corrosión. La cerámica de alúmina tiene una dureza Mohs de 9 -cercana a la del diamante, pero superior a la del acero o el hierro-, lo que la convierte en una solución duradera, rentable y a largo plazo para muchas aplicaciones industriales. Además, al no ser reactiva, no reacciona con otras sustancias presentes en laboratorios o espacios de trabajo, lo que evita problemas de contaminación.

Baja generación de calor

Los discos de alúmina se mantienen estables dimensionalmente a altas temperaturas, además de ser resistentes a la tensión, lo que los convierte en el material ideal para aislar los dispositivos eléctricos del calor excesivo, así como para protegerlos de la corrosión u otras formas de daño. Su baja conductividad térmica también hace de la alúmina una opción atractiva para componentes que necesitan bajas temperaturas para funcionar.

La cerámica técnica o avanzada es un tipo especializado de cerámica de ingeniería diseñada para ofrecer muchas de las mismas ventajas que la alúmina, pero adaptada a entornos más severos que exigen estabilidad química y térmica, resistencia mecánica, resistencia al desgaste, aislamiento eléctrico y mucho más. Estos materiales se emplean con frecuencia en la fabricación de componentes electrónicos, como paquetes de circuitos integrados, aislantes de bujías y sustratos de sensores, así como en diversos dispositivos industriales y médicos.

En la Universidad de Manchester, unos investigadores han logrado la primera demostración mundial de calcinación termoquímica de alúmina sin combustión -eliminando las emisiones de dióxido de carbono y subproductos como el polvo de silicato- utilizando un reactor solar de transporte por vórtice. Sus resultados demostraron la buena calidad de la alúmina producida, con una elevada conversión química en óxido de aluminio (X), una elevada superficie específica y un bajo contenido de oxígeno/agua.

Un experimento de TGA dinámico realizado a 298 K, en el que todas las demás condiciones de funcionamiento se mantuvieron constantes, reveló que los valores X de la alúmina procesada con energía solar aumentaban con el incremento de la temperatura de calcinación hasta 95,8% a 132,7 m2 g-1 para el experimento 14. Esta evidencia corroboró las micrografías SEM de alúmina procesada con energía solar producida utilizando calcinadores flash industriales y las evaluaciones previas de SGA producida utilizando calcinadores flash.

La alúmina mostró una excelente distribución de los poros, con un diámetro medio de aproximadamente 5,6 nm y volúmenes específicos de poros que oscilaban entre 168-190 m2 g-1 en todas las series. Estos valores son comparables a los de evaluaciones anteriores realizadas con calcinadores flash, pero significativamente mayores que los de la alúmina comercial producida mediante procesos de combustión tradicionales.

Las excelentes propiedades de la alúmina la convierten en un material ideal para una amplia variedad de aplicaciones, desde el procesamiento químico hasta los equipos industriales y de automoción. Además de ofrecer excepcionales propiedades de aislamiento térmico y químico, la alúmina ofrece durabilidad y resistencia al desgaste junto con un elevado punto de fusión, cualidades que también la convierten en el material preferido en equipos de laboratorio como crisoles y bandejas.