El óxido de aluminio, también conocido como alúmina Al2o3, y sus aplicaciones

La alúmina es un material químicamente inerte con una excelente resistencia a la corrosión, lo que la convierte en un material adecuado para aplicaciones médicas como el refuerzo de tejidos, prótesis y cojinetes de prótesis de cadera. Por su dureza y bioinercia, este material biocompatible es una elección excelente.

La alúmina posee una impresionante colección de propiedades gracias a su estructura cristalina. Gracias a ella, se pueden obtener diversos productos cerámicos de alta tecnología para su uso en la industria o la fabricación de bienes de consumo.

Inercia química

El óxido de aluminio (al2o3) es un compuesto inerte e inodoro que se encuentra de forma natural en las estructuras cristalinas del corindón y la bauxita. La alúmina tiene muchas aplicaciones en la ciencia médica y la guerra moderna; además, es un componente inestimable en la creación de rubíes y zafiros con sus profundos colores rojo/azul debido a las impurezas de cromo que contienen. Las formas puras de este compuesto se utilizan como material de relleno en la fabricación de plásticos y ladrillos, y como abrasivo en la producción de papel de lija, como alternativa económica al diamante industrial.

Gracias a sus elevados puntos de fusión y ebullición, la alúmina es un excelente aislante eléctrico con baja disipación y rigidez dieléctrica, lo que la hace adecuada para bujías, paquetes de circuitos integrados y otros componentes eléctricos que necesitan altos niveles de protección contra el flujo de corriente, el calor y las vibraciones. Además, sus propiedades de aislamiento térmico también la hacen adecuada para hornos o equipos de calefacción industrial.

Debido a su inercia química, la alúmina ha encontrado muchos usos médicos, desde implantes óseos y dentales hasta revestimientos y chapados de instrumentos quirúrgicos. La alúmina también puede utilizarse como material de electrodos en baterías, ya que las partículas de litio la recubren positivamente; su dureza, inodora y bioinerte la hacen perfecta para equipos de protección como chalecos antibalas y cristales antibalas.

La alúmina blanca puede producirse por fusión directa de la bauxita en un horno Higgins con refrigeración por agua o mediante el proceso Bayer, que consiste en disolver la boehmita, la gibbsita y la diaspora en sosa cáustica antes de extraer el aluminio de las impurezas con sosa cáustica y precipitar su solución de aluminato sódico para producir revestimientos refractarios para hornos industriales, granos de lija y muelas abrasivas.

La alúmina se puede encontrar en varios procesos de fabricación de productos químicos como fenol, acetona, tolueno, butirato y cumeno; se utiliza como catalizador en reacciones de síntesis orgánica; se utiliza para adsorber sustancias orgánicas e inorgánicas, incluidos metales pesados; es eficaz para filtrar compuestos orgánicos volátiles de los suministros de agua; pero nunca debe entrar en contacto directo con la piel o los ojos, ya que podría causar irritación grave; cada vez que esto ocurra, debe lavarse inmediatamente con agua corriente y buscar atención médica lo antes posible.

Aislamiento eléctrico

La alúmina posee un excelente valor de aislamiento eléctrico, lo que la convierte en un componente integral en numerosas aplicaciones. Por ejemplo, como sustrato para placas de circuitos que protegen de la interacción entre sus componentes; para proteger al personal y los equipos de fugas accidentales de electricidad en zonas no deseadas, y para evitar que la electricidad se filtre sin saberlo en zonas que supongan una amenaza potencial para la salud y la seguridad.

Las propiedades aislantes de la alúmina pueden mejorarse recubriéndola con partículas de circonio o whiskers de carburo de silicio, y añadiendo pequeñas cantidades de magnesia. El polvo de alúmina se utiliza a menudo para pulir piedras preciosas como zafiros, rubíes y esmeraldas debido a su superficie resistente; otras aplicaciones incluyen la fabricación de herramientas de corte industriales, así como la producción de refractarios y cerámicas.

La resistencia a la corrosión, la alta estabilidad térmica y la baja tangente de pérdida son otras propiedades destacadas que hacen del titanio un material inestimable en aplicaciones de alta temperatura como hornos industriales y elementos calefactores. Además, el titanio sirve como material de revestimiento para pigmentos de titanio y como retardante del fuego o supresor de humos.

La alúmina puede combinar su gran pureza con unas propiedades mecánicas excepcionales para crear cerámicas técnicas avanzadas, lo que hace posible aplicaciones avanzadas en componentes como herramientas de mecanizado, muelas de corte y rectificado, impulsores de bombas resistentes al desgaste, vainas de termopares y abrasivos de alúmina.

La cerámica también es adecuada para entornos corrosivos y de alta temperatura, como los que se encuentran en hornos y calderas, como los que se encuentran al calentar productos de acero en un alto horno de hierro. International Syalons suministra placas cerámicas de alúmina diseñadas específicamente para su uso en el revestimiento de conductos de combustible en centrales eléctricas de carbón como escudo anticorrosión contra las zonas de alto desgaste que se producen debido a la corrosión.

La alúmina es un material adaptable, capaz de formarse y unirse mediante diversos procesos de consolidación y sinterización, como técnicas de unión o conformado para producir formas casi netas con un estricto control de su granulometría. La alúmina es un material de sustrato excelente para los circuitos integrados de silicio sobre zafiro, ya que actúa como barrera de túnel en los dispositivos superconductores de interferencia cuántica (SQUID). La alúmina también presenta altos niveles de tolerancia al calor, ya que se mecaniza y rectifica con facilidad. Además, presenta una excelente inercia química y resistencia al desgaste.

Conductividad térmica

El aluminio es un conductor térmico excepcional, lo que lo convierte en el material ideal para aislar superficies expuestas a altas temperaturas. Las cerámicas de alúmina se utilizan con frecuencia como revestimiento de hornos. Su gran dureza y resistencia a la corrosión también las hacen atractivas como anillos de sellado para rodamientos; y su resistencia al desgaste es ideal para operaciones mineras, así como para el blindaje de vehículos y personal militar.

La alúmina es un material extremadamente robusto y puede adoptar casi cualquier forma imaginable, con una gran resistencia a la tracción y dureza para procesos de rectificado, corte y taladrado, así como para soportar condiciones extremas como el ataque químico por presión térmica, lo que la hace adecuada para componentes de alta presión en las industrias del petróleo y el gas y almohadillas antidesgaste para maquinaria.

Las propiedades térmicas de la alúmina se aprovechan en la fabricación de cerámicas y otros materiales avanzados, como la alúmina transparente, muy utilizada para fabricar lámparas de sodio de alta presión y ventanas de detección de infrarrojos. La alúmina también es un excelente aislante eléctrico con una baja pérdida dieléctrica; su alto punto de fusión y su resistencia al choque térmico la hacen adecuada para crisoles de laboratorio, morteros y mazos utilizados para moler productos químicos en laboratorios, así como para recubrir herramientas de carburo con el fin de aumentar su longevidad y rendimiento.

Los estudios han demostrado que la alúmina es biocompatible en concentraciones de hasta 7 mM en el agua potable (Fimreite et al, 1997) debido a las interacciones electrostáticas entre las partículas de alúmina cargadas positivamente y las células bacterianas cargadas negativamente, y a los puentes de polímeros entre las partículas cargadas positivamente y los componentes celulares. Esta fuerza de unión refuerza aún más la formación de puentes poliméricos entre las partículas y los componentes de las células.

Los experimentos de mutagénesis in vitro con fibroblastos de pulmón de hámster V79 demuestran que el aluminio provoca rápidas aberraciones cromosómicas en las células epiteliales mamarias de los fibroblastos de pulmón de hámster V79. El experimento se diseñó de acuerdo con los protocolos de la Organización de Cooperación y Desarrollo Económicos (OCDE) para pruebas de genotoxicidad, incluyendo dosis múltiples, dos periodos de incubación, muestras de gran tamaño y estadísticas precisas. Estos resultados sugieren que los efectos del aluminio están causados principalmente por aductos del ADN, más que por mutaciones o cambios en la expresión génica.

Dureza

La dureza de las cerámicas de alúmina les permite rendir bien en condiciones industriales exigentes, lo que las hace populares como abrasivos y pulidores en procesos de esmerilado y pulido de materiales como el metal y el vidrio. La resistencia de la alúmina a los choques térmicos y a los impactos protege la maquinaria y los equipos contra los daños, mientras que su capacidad para soportar temperaturas más elevadas la hace adecuada como aislante eléctrico en entornos de procesamiento difíciles.

La alúmina al2o3 se distingue de otros materiales por su estructura cristalina única: los iones de aluminio se disponen octaédricamente alrededor de los iones de oxígeno en una disposición octaédrica, creando una red de cristales extremadamente densa que confiere a este material su excepcional dureza. Además, esta configuración única también contribuye a sus impresionantes propiedades, como una resistencia al desgaste y una estabilidad química superiores.

La alúmina es muy resistente a los productos químicos y a las temperaturas extremas, soporta entornos ácidos sin degradarse ni reaccionar, incluso al contacto con líquidos como el agua. La estabilidad de la alúmina le permite resistir entornos de procesamiento corrosivos como los que se encuentran en hornos y estufas de líneas de producción difíciles sin degradarse ni reaccionar, manteniéndose fuerte y dura incluso en condiciones de procesamiento duras como estas.

El óxido de aluminio se presenta en diversas formas y estructuras. El más común para su uso en refractarios es la alúmina alfa (a-Al2O3), que presenta cristales hexagonales incoloros con una densidad de 3,9 g/cm3 y una dureza de 9 Mohs. También pueden encontrarse alúminas gamma y beta (a- y b-Al2O3), así como formas activadas e hidratadas.

Al seleccionar un material de alúmina, hay que tener en cuenta su inercia química, temperatura refractaria, conductividad y dureza para la aplicación prevista. Si se considera el dióxido de circonio (ZrO2) como alternativa a la alúmina, debe cumplirse la normativa OSHA sobre manipulación segura, ya que su menor temperatura refractaria lo hace menos adecuado para entornos de procesamiento a alta temperatura, además de poder oxidarse con facilidad, lo que lo hace inadecuado para determinadas aplicaciones.