Che cos'è l'allumina soddisfacente?

L'allumina (ossido di alluminio) è il principale materiale utilizzato per la produzione di alluminio, un metallo emergente a bassa economia di carbonio destinato a una crescita significativa a livello mondiale. L'allumina vanta una combinazione impareggiabile di caratteristiche.

L'allumina può aumentare la temperatura di fusione, creare finiture opache e setose e ridurre le screpolature se usata come parte della chimica degli smalti. Le ovatte di allumina, allo stato idratato o dopo essere state calcinate, si trovano comunemente all'interno dei forni come materiale di rivestimento.

Durezza

La durezza dell'allumina soddisfacente si misura in termini di resistenza all'abrasione. Essendo così dura, può sopportare anni di usura senza incrinarsi o rompersi, rendendola ideale per inserti e prodotti resistenti all'usura, oltre a fornire isolamento contro sostanze chimiche come acidi o alcali in ambienti difficili.

L'allumina è diventata rapidamente uno dei materiali ceramici tecnici più utilizzati per lo stampaggio a iniezione grazie alla sua ampia gamma di proprietà vantaggiose, tra cui la notevole durezza e resistenza all'abrasione, la bassa perdita dielettrica e la stabilità termica, oltre a consentire agli utenti di progettare componenti con geometrie complesse e finiture superficiali di pregio.

L'ossido di alluminio (allumina) è un minerale naturale con forti legami interatomici e molte qualità desiderabili. Sebbene a basse temperature esistano diverse fasi cristalline, a temperature elevate ritorna alla fase alfa esagonale più stabile, che lo rende particolarmente desiderabile per le applicazioni strutturali.

Grazie alla sua superiore resistenza meccanica e alla sua durezza, che vengono ulteriormente aumentate attraverso l'incrudimento, l'allumina rimane popolare per le sue eccezionali proprietà meccaniche e la sua saldabilità. Sfortunatamente, l'ossido di zirconio introduce una significativa riduzione della durezza quando viene aggiunto ai compositi ceramici a base di allumina; è quindi essenziale capire come la durezza sia correlata ad altre proprietà come la resistenza alla corrosione o la saldabilità dell'allumina.

L'allumina offre eccellenti proprietà di isolamento elettrico e può essere facilmente formata in varie forme per soddisfare applicazioni specifiche. Un uso popolare è quello di substrato per circuiti integrati in silicio su zaffiro; può anche servire come efficace barriera a tunnel nei dispositivi superconduttori, compresi i transistor a singolo elettrone e i dispositivi superconduttori a interferenza quantistica.

La durezza dell'allumina è uno dei suoi maggiori punti di forza e uno dei motivi per cui i metallurgisti vi ricorrono nel loro lavoro. Inoltre, la durabilità di questo materiale lo rende in grado di resistere ad ambienti difficili, rendendolo adatto come materiale di armatura per i veicoli militari grazie alla sua resistenza all'abrasione e alle onde d'urto sui veicoli da combattimento.

Densità

L'ossido di alluminio (allumina) ha numerose caratteristiche desiderabili che lo rendono utile in varie applicazioni. Le sue proprietà di durezza, stabilità, isolamento e resistenza alla corrosione lo rendono un componente eccellente per materiali funzionali come le ceramiche. Inoltre, grazie al suo basso coefficiente di attrito e alle sue proprietà di elevata durezza, è un ottimo candidato per l'uso come rivestimento metallurgico, come componente antiusura, isolante o addirittura crogiolo.

L'alluminio può essere prodotto estraendolo dalla bauxite, un minerale presente in molti Paesi. Una volta estratto, può essere raffinato in lingotti di alluminio e in lastre di alluminio Alclad attraverso un processo esteso e complesso che utilizza numerosi macchinari - sia il trattamento fisico che quello chimico sono coinvolti per aumentare la purezza e controllare la forma e la dimensione delle particelle. Un metodo alternativo per produrre l'alluminio può consistere nel farlo precipitare direttamente dal suo precursore idrato, ma questa opzione può essere costosa e richiedere molto tempo.

L'analisi al microscopio elettronico a scansione ha rivelato che le particelle di allumina presenti in un composito PDMS/allumina/CF possono agire come agente di collegamento e promuovere la connettività dei percorsi di conduzione termica sia orizzontalmente che verticalmente, diminuendo così la resistenza termica interfacciale e migliorando la conducibilità elettrica.

Questi risultati dimostrano il potenziale di un composito allumina/CF con una struttura CF/allumina altamente orientata per aumentare la conducibilità elettrica e termica dell'allumina, che può essere un materiale eccellente per la fabbricazione di passanti ceramica-metallo, per la produzione di apparecchiature ad alto vuoto, come isolante per sonde/sensori, bersagli di sputtering o anche componenti a raggi X.

L'allumina è anche un materiale integrante nella fabbricazione di prodotti dentali e impianti medici, grazie alla sua biocompatibilità, resistenza agli acidi forti, durezza e forza - spesso utilizzata come alternativa allo stagno in odontoiatria - per la fabbricazione di denti artificiali, corone e faccette, per la creazione di strumenti chirurgici, per la realizzazione di divaricatori chirurgici e per la produzione di trapani dentali; resiste persino all'incisione con acido fluoridrico! L'allumina vanta anche un'elevata resistenza all'abrasione che le consente di resistere alle incisioni dell'acido fluoridrico!

Resistenza alla corrosione

L'allumina è l'ingrediente chiave della ceramica industriale e il suo impiego principale è nei refrattari. Inoltre, questa versatile sostanza trova molti altri impieghi, tra cui quello di agente lucidante e di abrasivo. La ceramica viene utilizzata anche per produrre piastrelle che vengono fissate all'interno delle linee del combustibile polverizzato e dei condotti dei gas di scarico nelle centrali elettriche a carbone per proteggere le aree ad alta usura dall'usura. Ciò consente di risparmiare energia e denaro rispetto alle alternative in acciaio. Le piastrelle di allumina possono dover essere sostituite ogni pochi anni; servono come isolante elettrico, utilizzato come substrato sul silicio per i circuiti integrati e per fabbricare dispositivi superconduttori come transistor a singolo elettrone e dispositivi superconduttori a interferenza quantistica. Inoltre, l'ossido di alluminio viene utilizzato per la produzione di wafer di silicio rivestiti di allumina, utilizzati come substrati per le celle solari; ciò consente di ottenere un significativo aumento dell'efficienza rispetto ai wafer tradizionali rivestiti di rame.

L'ossido di alluminio catalizza una serie di reazioni nell'industria. Serve come catalizzatore nel processo Claus, che converte l'idrogeno solforato di scarto delle raffinerie in zolfo elementare, e per convertire gli alcoli in alcheni nei processi di sintesi. Inoltre, l'ossido di alluminio funge da supporto in molti catalizzatori industriali, compresi quelli per l'idrodesolforazione e le reazioni di Ziegler-Natta, oltre a essere utilizzato come sorbente durante le reazioni chimiche, come la disidratazione dell'etanolo nei processi di disidratazione del dietilenglicole.

Sebbene sia insolubile in acqua, l'allumina triidrata (ATH) svolge due ruoli distinti quando viene utilizzata come ingrediente nei sistemi polimerici: efficace riempitivo e ritardante di fiamma. Con quattro polimorfismi, tutti contenenti alluminio come materiale di base e tre gruppi idrossilici che lo circondano. Inoltre, questa polvere vanta una densità estremamente densa di 2,4 g/cm3, in grado di resistere a temperature fino a 200degC.

L'allumina triidrata è da tempo utilizzata nei prodotti in gomma come agente antitraccia e ritardante di fiamma. Come riempitivo economico, la triidrato di allumina può facilmente sostituire additivi costosi come il solfato di bario; inoltre, è altamente biodegradabile con bassi livelli di tossicità, il che la rende molto popolare nelle applicazioni di cavi e fili.

Saldabilità

Sebbene la saldatura dell'allumina possa essere eseguita con successo, è necessario utilizzare tecniche e attrezzature adeguate. A causa della sua sensibilità al calore, quando si salda in modo non corretto si possono verificare crepe o rotture; pertanto, la scelta di una tensione d'arco e di un amperaggio adeguati al compito da svolgere è fondamentale per produrre saldature di alta qualità, proteggendo al contempo l'attrezzatura da eventuali danni.

La saldabilità delle leghe di Al fabbricate con AM dipende sia dal processo AM utilizzato sia dalla microstruttura delle parti prodotte durante la fabbricazione. Inoltre, i diversi processi di saldatura producono proprietà meccaniche diverse: ad esempio, la saldatura per fusione produce saldature forti, mentre la saldatura allo stato solido crea saldature deboli; inoltre, la qualità del materiale di base influenza la saldabilità.

La saldabilità di un'allumina soddisfacente dipende dal suo livello di vuoti e pori; i vuoti riducono la resistenza, mentre i pori aumentano la duttilità e la tenacità dei materiali; in genere l'allumina più dura ha meno vuoti; questo rende la saldatura più difficile rispetto all'allumina morbida, ma offre comunque molte applicazioni.

L'allumina è altamente resistente agli acidi e agli alcali, il che la rende un materiale ideale per usi industriali come scambiatori di calore e forni. Inoltre, il suo basso coefficiente di espansione termica rende questo materiale ancora più interessante.

L'inerzia chimica e la resistenza alla corrosione dell'allumina ne hanno fatto una scelta interessante per numerose applicazioni mediche, come la creazione di corone. L'allumina resiste bene anche alle temperature estreme, rendendola adatta alla creazione di dispositivi medici protesici come le corone dentali.

La saldatura di leghe di alluminio fabbricate in AM è un compito intricato e impegnativo. Le migliori pratiche attuali prevedono l'utilizzo di metodi di saldatura a fusione e a stato solido; tuttavia, è necessario fare di più. È necessario acquisire una conoscenza più approfondita delle microstrutture e delle proprietà meccaniche delle parti in alluminio fabbricate con la tecnica AM e ottimizzare i parametri per la saldatura di queste parti.