Óxido de alumínio, também conhecido como alumina Al2o3, e suas aplicações

A alumina é um material quimicamente inerte com excelente resistência à corrosão, o que a torna um material adequado para aplicações médicas, como reforço de tecidos, próteses e rolamentos de substituição de quadril. Devido à sua dureza e bioinércia, esse material biocompatível é uma excelente opção.

A alumina apresenta um conjunto impressionante de propriedades devido à sua estrutura cristalina. Isso permite que ela seja formada em vários produtos cerâmicos de alta tecnologia para uso na indústria ou na fabricação de bens de consumo.

Inércia química

O óxido de alumínio (alumina al2o3) é um composto inerte e inodoro encontrado naturalmente nas estruturas cristalinas do corindo e da bauxita. A alumina tem muitas aplicações que melhoram a vida na ciência médica e na guerra moderna; além disso, serve como um componente inestimável na criação de rubis e safiras com suas cores vermelhas/azuis profundas devido às impurezas de cromo encontradas nelas. As formas puras desse composto servem como materiais de enchimento na produção de plásticos/tijolos, além de ser um abrasivo para a produção de lixas - servindo como alternativas de baixo custo aos diamantes industriais.

Devido aos seus altos pontos de fusão e ebulição, a alumina é um excelente isolante elétrico com baixa dissipação e rigidez dielétrica, o que a torna adequada para velas de ignição, pacotes de circuitos integrados e outros componentes elétricos que precisam de altos níveis de proteção contra fluxo de corrente, calor e vibração. Além disso, suas propriedades de isolamento térmico também a tornam adequada para fornos ou equipamentos de aquecimento industrial.

Devido à sua inércia química, a alumina encontrou muitos usos médicos, desde implantes ósseos e dentários até revestimentos e chapeamento de instrumentos cirúrgicos. A alumina também pode ser usada como material de eletrodo em baterias, pois as partículas de lítio a revestem positivamente; sua resistência, inodoridade e bioinércia a tornam perfeita para equipamentos de proteção, como armaduras e vidros à prova de balas.

A alumina branca pode ser produzida por meio da fusão direta da bauxita em um forno Higgins com resfriamento a água ou pelo processo Bayer, que envolve a dissolução de boehmita, gibbsita e diásporo em soda cáustica antes de extrair o alumínio das impurezas com soda cáustica e precipitar sua solução de aluminato de sódio para produzir revestimentos refratários para fornos industriais, grãos de lixa e rebolos.

A alumina pode ser encontrada em vários processos de fabricação de produtos químicos, como fenol, acetona, tolueno, butirato e cumeno; usada como catalisador em reações de síntese orgânica; usada para adsorver substâncias orgânicas e inorgânicas, inclusive metais pesados; eficaz na filtragem de compostos orgânicos voláteis de suprimentos de água; mas nunca deve entrar em contato direto com a pele ou os olhos, pois isso pode causar irritação grave; sempre que isso acontecer, deve ser lavada imediatamente com água corrente e deve-se procurar atendimento médico o mais rápido possível.

Isolamento elétrico

A alumina possui um excelente valor de isolamento elétrico, o que a torna um componente integral em diversas aplicações. Entre elas estão o fornecimento de substratos para placas de circuito que as protegem da interação entre seus componentes constituintes, a proteção de pessoal e equipamentos contra vazamentos acidentais de eletricidade em áreas não intencionais e a prevenção de vazamentos de eletricidade em áreas que representam possíveis ameaças à saúde e à segurança.

As propriedades isolantes da alumina podem ser aprimoradas com o revestimento de partículas de zircônia ou whiskers de carbeto de silício e com a adição de pequenas quantidades de magnésia. O pó de alumina é frequentemente usado para polir pedras preciosas, como safiras, rubis e esmeraldas, devido à sua superfície resistente; outras aplicações incluem a fabricação de ferramentas de corte industriais, bem como a produção de refratários e cerâmicas.

A resistência à corrosão, a alta estabilidade térmica e a baixa tangente de perda são outras propriedades importantes que tornam o titânio um material inestimável em aplicações de alta temperatura, como fornos industriais e elementos de aquecimento. Além disso, o titânio serve como material de revestimento para pigmentos de titânio e, ao mesmo tempo, como retardadores de fogo ou supressores de fumaça.

A alumina pode combinar sua alta pureza com propriedades mecânicas excepcionais para criar cerâmicas técnicas avançadas, possibilitando aplicações avançadas em componentes como ferramentas de usinagem, rebolos de corte e esmerilhamento, impulsores de bombas resistentes ao desgaste, revestimentos de termopares e abrasivos de alumina.

As cerâmicas também são adequadas para ambientes corrosivos e de alta temperatura, como os encontrados em fornos e fornalhas, como os encontrados no aquecimento de produtos de aço em um alto-forno de ferro. A International Syalons fornece placas de cerâmica de alumina projetadas especificamente para uso no revestimento de linhas de combustível em usinas elétricas a carvão como proteção contra áreas de alto desgaste que ocorrem devido à corrosão.

A alumina é um material adaptável, capaz de ser formado e unido por meio de vários processos de consolidação e sinterização, como técnicas de colagem ou formação para produzir formas quase líquidas com controle rígido sobre sua granulometria. A alumina é um excelente material de substrato para circuitos integrados de silício sobre safira, pois atua como barreira de túnel em dispositivos supercondutores de interferência quântica (SQUIDs). A alumina também tem altos níveis de tolerância ao calor, pois é facilmente usinada e retificada. Além disso, apresenta excelente inércia química, bem como resistência a problemas relacionados ao desgaste.

Condutividade térmica

O alumínio é um condutor térmico excepcional, o que o torna o material ideal para isolar superfícies expostas a altas temperaturas. As cerâmicas de alumina são usadas com frequência como revestimentos de fornos. Sua alta dureza e resistência à corrosão também as tornam atraentes como anéis de vedação para rolamentos; e sua resistência ao desgaste é ideal para operações de mineração, bem como para blindagem de veículos militares e pessoal.

A alumina é um material extremamente robusto e pode ser moldada em praticamente qualquer formato imaginável, apresentando forte resistência à tração e dureza para processos de esmerilhamento, corte e perfuração, além de suportar condições extremas, como ataque químico por pressão de calor, o que a torna adequada para componentes de alta pressão nos setores de petróleo e gás e almofadas de desgaste para máquinas.

As propriedades térmicas da alumina são utilizadas na fabricação de cerâmicas e outros materiais avançados, incluindo a alumina transparente, que é amplamente utilizada na produção de lâmpadas de sódio de alta pressão e janelas de detecção de infravermelho. A alumina também é um excelente isolante elétrico com baixa perda dielétrica; seu alto ponto de fusão e resistência a choques térmicos a tornam adequada para cadinhos de laboratório, almofarizes e pilões usados para moer produtos químicos em laboratórios, bem como para revestir ferramentas de metal duro para aumentar a longevidade e o desempenho.

Estudos demonstraram que a alumina é biocompatível em concentrações de até 7 mM na água potável (Fimreite et al., 1997) devido a interações eletrostáticas entre partículas de alumina carregadas positivamente e células bacterianas carregadas negativamente, além de pontes de polímero entre partículas carregadas positivamente e componentes celulares. Essa força de ligação fortalece ainda mais a formação de pontes de polímero entre as partículas e os componentes das células.

Experimentos de mutagênese in vitro usando fibroblastos de pulmão de hamster V79 demonstram que o alumínio causa rápidas aberrações cromossômicas em células epiteliais mamárias de fibroblastos de pulmão de hamster V79. O experimento foi projetado de acordo com os protocolos da Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OECD) para testes de genotoxicidade, incluindo doses múltiplas, dois períodos de incubação, amostras grandes e estatísticas precisas. Esses resultados sugerem que os efeitos do alumínio são causados principalmente por adutos de DNA, em vez de mutações ou alterações na expressão gênica.

Dureza

A dureza das cerâmicas de alumina permite que elas tenham um bom desempenho em condições industriais exigentes, o que as torna populares como abrasivos e polidores em processos de lixamento e polimento de materiais como metal e vidro. A resistência da alumina a choques térmicos e impactos protege máquinas e equipamentos contra danos, enquanto sua capacidade de suportar temperaturas mais altas a torna adequada como isolante elétrico em ambientes de processamento desafiadores.

A alumina al2o3 se destaca de outros materiais devido à sua estrutura cristalina exclusiva: os íons de alumínio são dispostos de forma octaédrica ao redor dos íons de oxigênio em um arranjo octaédrico, criando uma estrutura extremamente densa de cristais que confere a esse material sua dureza excepcional. Além disso, essa configuração exclusiva também contribui para suas propriedades impressionantes, como resistência superior ao desgaste e estabilidade química.

A alumina é altamente resistente a produtos químicos e temperaturas extremas, suportando ambientes ácidos sem se degradar ou reagir - mesmo em contato com líquidos como a água. A estabilidade da alumina permite que ela resista a ambientes de processamento corrosivos, como os encontrados em fornos e fornalhas em linhas de produção desafiadoras, sem se degradar ou reagir, permanecendo forte e dura mesmo sob condições de processamento severas como essas.

O óxido de alumínio apresenta-se em várias formas e estruturas. A mais comumente encontrada para uso em refratários é a alumina alfa (a-Al2O3), que apresenta cristais hexagonais incolores com densidade de 3,9 g/cm3 e dureza de 9 Mohs. Também podem ser encontradas aluminas gama e beta (a- e b-Al2O3), bem como formas ativadas e hidratadas.

Ao selecionar um material de alumina, deve-se levar em conta sua inércia química, temperatura refratária, condutividade e dureza para a aplicação pretendida. Ao considerar o dióxido de zircônio (ZrO2) para uso como alternativa à alumina, é preciso seguir as normas da OSHA para o manuseio seguro, pois sua temperatura refratária mais baixa o torna menos adequado para ambientes de processamento de alta temperatura, além de poder oxidar facilmente, tornando-o inadequado para determinadas aplicações.