Cerâmicas de alumina e cerâmicas de zircônia
Cerâmicas especiais, também conhecidas como cerâmicas finas, são um tipo de material inorgânico não metálico produzido a partir de matérias-primas inorgânicas não metálicas de alta pureza por meio de processos precisos de conformação e sinterização. Ao contrário das cerâmicas tradicionais, elas não utilizam minerais naturais como a argila como principal matéria-prima. Em vez disso, utilizando matérias-primas de alta pureza sintetizadas artificialmente e tecnologias avançadas de preparação, ocupam uma posição insubstituível nos campos da indústria moderna, ciência e tecnologia.
Cerâmicas especiais podem ser divididas em uma ampla variedade de tipos, de acordo com sua composição química, incluindo cerâmicas de óxido (como alumina, zircônia, etc.), cerâmicas de nitreto (como nitreto de silício, nitreto de alumínio, etc.), cerâmicas de carboneto (como carboneto de silício, carboneto de boro, etc.), cerâmicas de boreto (como boreto de zircônio, boreto de lantânio, etc.), bem como cerâmicas compostas de múltiplos compostos e cermets com metais adicionados. De acordo com suas funções de aplicação, elas podem ser divididas em duas categorias: cerâmicas estruturais compostas de alta resistência, resistentes a altas temperaturas e de alta resistência, e cerâmicas funcionais elétricas e eletrônicas.
De componentes resistentes a altas temperaturas na indústria aeroespacial a encapsulamento de chips e elementos sensores na indústria eletrônica; de componentes de células de combustível no setor energético a articulações artificiais e materiais de restauração dentária na área biomédica, as cerâmicas especiais estão por toda parte. Elas são como heróis anônimos, impulsionando silenciosamente o progresso da ciência e da tecnologia modernas e mudando nossas vidas.
Cerâmica de Alumina: Propriedades e Aplicações
(1) Características de desempenho
As cerâmicas de alumina, com alumina (Al₂O₃) como principal componente, ocupam uma posição importante no campo das cerâmicas especiais devido ao seu excelente desempenho. Possuem dureza extremamente alta, com uma dureza Rockwell de HRA80-90, superada apenas pelo diamante, o que as torna excelentes em aplicações resistentes ao desgaste. Em testes de resistência ao desgaste, a resistência das cerâmicas de alumina é 266 vezes maior que a do aço manganês e 171,5 vezes maior que a do ferro fundido com alto teor de cromo. Sob as mesmas condições de trabalho, podem prolongar a vida útil dos equipamentos em pelo menos dez vezes ou mais.
A densidade da cerâmica de alumina é de aproximadamente 3,8 g/cm³, apenas metade da do aço, reduzindo efetivamente a carga sobre os equipamentos. Ela também possui excelente estabilidade química, sendo capaz de resistir à corrosão por produtos químicos como ácidos e álcalis fortes, encontrando ampla aplicação em ambientes corrosivos como a indústria química. Sua resistência a altas temperaturas também é muito importante, capaz de suportar temperaturas de até 1600 °C ou mais, e pode ser usada como revestimento para fornos de alta temperatura e materiais refratários.
(2) Campos de Aplicação
No campo mecânico, devido à sua alta dureza e resistência ao desgaste, as cerâmicas de alumina são utilizadas na fabricação de ferramentas de corte, rolamentos, vedações, etc. A velocidade de corte das ferramentas de corte de cerâmica de alumina é superior à das ferramentas de corte de metal duro em geral, o que pode melhorar significativamente a eficiência do corte. As ferramentas de corte de cerâmica composta de Al₂O₃ também podem processar diversos materiais, como aço temperado e aço-liga.
Na área de eletrônica e energia elétrica, as cerâmicas de alumina são amplamente utilizadas. Possuem bom isolamento e condutividade térmica, podendo ser utilizadas na fabricação de substratos cerâmicos, wafers, filmes cerâmicos, cerâmicas transparentes e dispositivos isolantes, entre outros. Por exemplo, substratos cerâmicos de alumina, com alta resistência mecânica, bom isolamento e alta propriedade de blindagem contra a luz, são frequentemente utilizados em substratos cerâmicos para fiação multicamadas, encapsulamento eletrônico e substratos para encapsulamento de alta densidade.
Na indústria química, as cerâmicas de alumina podem ser usadas para fazer revestimentos de caldeiras de reação, tubulações, válvulas, etc. Com sua estabilidade química e resistência à corrosão, elas podem resistir à erosão de vários meios químicos, garantindo a operação segura e estável da produção química.
Cerâmica de Zircônia: Propriedades e Aplicações
(1)Características de desempenho
As cerâmicas de zircônia, com zircônia (ZrO₂) como componente principal, apresentam excelente desempenho. Possuem dureza relativamente alta, com uma dureza de Mohs de 7 a 8, e apresentam excelente desempenho em aplicações resistentes ao desgaste. Sob as mesmas condições de atrito, a perda por desgaste das cerâmicas de zircônia é de apenas um décimo da dos materiais metálicos comuns.
Sua tenacidade também é muito proeminente, com uma tenacidade à fratura de 7 a 15 MPa·m¹/², muito superior à da cerâmica comum. Resiste eficazmente à propagação de trincas e não se quebra facilmente. Sua resistência ao desgaste é excelente, sendo mais de 200 vezes maior que a do aço inoxidável, e apresenta vantagens significativas em ambientes de alto desgaste.
As cerâmicas de zircônia também possuem boas propriedades isolantes. São excelentes isolantes à temperatura ambiente e atendem aos requisitos de isolamento nas áreas elétrica e eletrônica. Sua resistência a altas temperaturas também é notável, com um ponto de fusão de até 2700°C, permitindo seu uso estável em ambientes de alta temperatura.
(2) Âmbito de aplicação
No campo da cerâmica estrutural, a zircônia é frequentemente utilizada na fabricação de ferramentas de corte, rolamentos, válvulas, etc. As ferramentas de corte de cerâmica de zircônia são afiadas e duráveis, com excelente desempenho de corte. Elas podem processar uma variedade de materiais difíceis de cortar e não reagem com alimentos, podendo ser usadas na fabricação de facas de mesa, facas cirúrgicas, etc. Os rolamentos de cerâmica de zircônia apresentam as vantagens de alta resistência à temperatura, resistência à corrosão e resistência ao desgaste, sendo amplamente utilizados em equipamentos de alta velocidade e precisão.
Em termos de cerâmicas funcionais, as cerâmicas de zircônia podem ser transformadas em sensores de oxigênio, eletrodos de células de combustível de óxido sólido, etc. Os sensores de oxigênio, utilizando suas características de condução para íons de oxigênio, podem detectar de forma rápida e precisa o conteúdo de oxigênio no ambiente e são amplamente utilizados em áreas como detecção de gases de escape de automóveis e controle de combustão industrial.