Capacidade térmica da alumina

A capacidade térmica refere-se à energia necessária para elevar a temperatura de uma substância em um grau Celsius e é medida em joules por quilograma de material.

A CoorsTek oferece vários produtos de alumina com excepcional resistência a choques térmicos. O Macor é um material avançado que oferece desempenho excepcional em condições de temperaturas mais altas.

Temperatura

A capacidade térmica refere-se à energia necessária para elevar a temperatura de uma substância em um grau Celsius e também pode ser expressa como sua capacidade térmica específica ou energia por unidade de massa da substância. Em geral, os metais têm capacidades térmicas específicas mais altas do que os polímeros ou as cerâmicas e tendem a apresentar grandes pontos de fusão com expansão térmica mínima, características que os tornam adequados para muitos usos industriais.

A alumina tem um calor específico aproximado de cerca de 900 J/kg C, que é maior do que o de muitos metais, como o cobre e a prata, devido aos seus átomos densamente compactados que facilitam a condução. Por outro lado, seu calor específico é menor do que o de muitos minerais, como areia ou calcário, pois seus átomos menos compactados dificultam a transferência de calor.

A alumina é um isolante e pode ajudar a reduzir a temperatura em qualquer área de trabalho; no entanto, para usá-la com segurança, ela deve ser manuseada com cuidado, com equipamentos adequados e precauções de segurança. Ao colocá-la perto de superfícies quentes, ela deve ser mantida longe delas para proteger os usuários, e nenhum elemento de aquecimento deve ser tocado quando ligado; no caso de queimaduras na pele, o enxágue deve ser feito imediatamente com água fria para ajudar a acalmar as áreas afetadas.

Diversos fatores afetam o calor específico da alumina, inclusive a fração da fase g e a porosidade. Com o aumento da temperatura, seu calor específico diminui, levando à redução da condutividade térmica e da difusividade como resultado da transformação de fase entre as fases a e g.

Como o calor específico da alumina depende de sua temperatura de calcinação, vários grupos de pesquisa realizaram estudos envolvendo amostras calcinadas em várias temperaturas para explorar como a temperatura afeta suas propriedades térmicas e, em última análise, o calor específico da alumina e outros parâmetros termodinâmicos. Como resultado, vários grupos de pesquisa realizaram investigações extensas sobre amostras calcinadas em várias temperaturas para entender melhor sua influência nas propriedades térmicas e no calor específico. Isso resultou em uma melhor compreensão do efeito da temperatura sobre o calor específico e outros parâmetros termodinâmicos do calor específico e outros parâmetros termodinâmicos em geral.

Pressão

A alumina (Al2O3) é um material cerâmico de engenharia amplamente utilizado devido ao seu excelente desempenho a um custo acessível. A alumina apresenta excelente resistência mecânica, resistência à compressão, dureza, resistência à corrosão e ao desgaste, bem como baixas taxas de expansão térmica; além disso, é quimicamente inerte e biocompatível, com baixas taxas de expansão térmica. A capacidade de calor específica da alumina significa que ela absorve grandes quantidades de energia em qualquer temperatura; além disso, ela tem uma condutividade térmica relativamente alta de 30 a 35 W/mK, o que a torna adequada para vários usos no setor.

A capacidade de calor específico da alumina depende de sua temperatura, pressão e número de átomos por unidade de volume. A fórmula para sua capacidade de calor específico pode ser expressa como Cp = H/N, em que H é o calor latente de vaporização, N é o número de átomos na amostra e T é a temperatura; usando essa abordagem, o modelo de Debye estima seu calor específico a volume e temperatura constantes.

Comparável ao gelo hexagonal, a alumina tem uma capacidade menor de absorver água em temperaturas mais altas devido à superfície mais áspera e aos espaços intersticiais maiores em seus íons do que os encontrados no gelo hexagonal, levando mais tempo para que eles se difundam do interior para a superfície e depois para fora. Entretanto, em temperaturas abaixo da temperatura de decomposição da alumina, a água pode ser absorvida rapidamente em seus poros.

Para determinar a capacidade de calor específico da alumina, é melhor usar um aquecedor elétrico de imersão. Para isso, coloque um termômetro no orifício central de um bloco, conecte-o a um amperímetro e a um voltímetro, ligue o aquecedor, deixe-o aquecer o bloco por 10 minutos, meça a temperatura e registre os resultados; use a equação Cp = H/N para calcular a capacidade térmica específica do material.

A adição de nanopartículas pode aumentar a condutividade térmica dos fluidos, mas ainda não se chegou a um consenso quanto ao seu efeito sobre suas capacidades específicas de calor. Como resultado, os engenheiros devem estudar como a capacidade térmica específica da alumina muda com a temperatura para projetar sistemas que funcionem de forma eficaz em várias circunstâncias e diminuam os riscos de gradiente de temperatura em aplicações de resfriamento/aquecimento.

Porosidade

A alumina é um material cerâmico com alta capacidade térmica específica. Sua estabilidade química e térmica a torna popularmente usada em todos os setores, enquanto sua resistência a muitos produtos químicos e reagentes a torna resistente. A alumina também apresenta excelente condutividade térmica, o que a torna adequada para aplicações de isolamento; sua condutividade depende de fatores de microestrutura e porosidade, pois uma grande fração da fase g com menor porosidade tem maior capacidade térmica específica do que outras; consequentemente, é essencial determinar sua temperatura de sinterização antes de usá-la em qualquer aplicação ou projeto.

Os revestimentos de alumina pulverizados por plasma de ar (APS) são amplamente reconhecidos por sua resistência a ciclos térmicos de baixa temperatura, mas são suscetíveis à delaminação e à propagação de trincas devido às suas estruturas complexas e à rugosidade da interface. Muitos estudos investigaram esses aspectos; no entanto, a maioria se concentrou em amostras planas ou rugosidade modelada matematicamente, em vez de morfologias reais de revestimento.

Este estudo investiga o impacto de várias temperaturas de sinterização na capacidade térmica específica e na condutividade térmica de dois tipos comerciais de alumina com densidade aparente variável, usando dois tipos comerciais como estudos de caso. Os resultados da caracterização demonstram uma forte relação entre a capacidade de armazenamento de energia e a fração do conteúdo da fase g, além da porosidade para aumentar a capacidade de armazenamento de energia e as propriedades mecânicas da alumina.

A 900 ºC, amostras de alumina com diferentes proporções e densidades de fases g e porosidades foram testadas para avaliar seu desempenho. Aquelas com proporções mais altas de fases g e porosidades mais baixas apresentaram capacidades de calor específicas baseadas em massa mais baixas, bem como condutividades térmicas, do que aquelas com menor fração de fases g e porosidades mais altas.

Este estudo se propôs a criar alumina de alta porosidade usando o método de gelificação de pasta (GS). Os resultados demonstraram que as espumas de alumina produzidas tinham um tamanho médio de poro de 1,2 mm, apesar de serem células fechadas; a fotografia da estrutura celular para diferentes densidades aparentes é mostrada na Figura 4. Para verificar esse tamanho médio de poro, foram feitas medições de espessura e diâmetro da parede como parte de sua determinação.

Reatividade

A alumina (também conhecida como alumínio) é uma cerâmica de óxido com excelente isolamento elétrico e propriedades mecânicas, como dureza e resistência ao desgaste, além de condutividade térmica relativamente alta para uma cerâmica de engenharia. Há uma variedade de tamanhos e formatos de partículas disponíveis, o que permite a criação de produtos fundíveis, refratários e extrudados. A alumina também apresenta fortes propriedades de resistência à corrosão e é muito dura, o que a torna popularmente usada na fabricação de alumínio metálico ou como material abrasivo, além de ser utilizada para uso na fabricação de alumínio metálico ou para uso em aplicações de cerâmica, como a fabricação de alumínio metálico ou aplicações de fabricação como as encontradas em outras aplicações de cerâmica, como a produção de alumínio.

A capacidade de calor da reatividade da alumina é determinada pela química de sua superfície e pela presença de defeitos ou deslocamentos, como os deslocamentos. A reatividade pode ser definida como sua capacidade de liberar íons ou elétrons por meio de reações de oxidação; a alumina é altamente reativa, mas essa reatividade é limitada devido a uma camada protetora de óxido passivado que a envolve e que impede a reação direta com o oxigênio ambiente; isso permite que a alumina com capacidade térmica seja convertida em alumínio metálico por meio do processo Hall-Heroult.

Devido às suas poderosas características de liberação de energia em reações de oxidação, a alumina pode servir como um excelente material energético em combustíveis sólidos e propulsores. Para aumentar ainda mais sua reatividade, a pré-ativação com compostos orgânicos ou inorgânicos deve ocorrer primeiro para que esse material funcione de maneira ideal. A reatividade também pode ser aumentada por meio do tratamento com soluções ácidas ou básicas; as soluções ácidas tendem a produzir materiais mais reativos, enquanto os tratamentos básicos tendem a tornar a alumina mais estável e menos reativa.

A adição de nitrogênio pode aumentar ainda mais a reatividade da alumina, proporcionando maior estabilidade do óxido e diminuindo a taxa de liberação de íons. Essas propriedades são especialmente valiosas quando usadas como substrato para circuitos integrados e dispositivos supercondutores, como transistores de elétrons únicos e dispositivos de interferência quântica. Como alternativa, sua reatividade também pode ser aprimorada por meio da formação de um cermet composto de alumina/cromo usado como material de revestimento de parede em usinas de CSP, devido às propriedades de resistência à fluência e tenacidade e à alta reatividade de ambos os elementos.