Materiali ceramici

Allumina

Descrizione
L’ossido di alluminio (o allumina) è l'ossido ceramico dell'alluminio caratterizzato da formula chimica Al2O3. Questo materiale, nasconde proprietà interessanti in campo industriale, quali la resistenza agli acidi e la scarsa conducibilità termica, è anche catalizzatore d'interesse industriale. Viene utilizzata in moltissimi campi, quali l'elettronica e la meccanica, oltre ad essere usata nella biomedica come materiale di innesto. È la base di alcuni minerali come rubino e zaffiro, che si differenziano a seconda delle impurezze metalliche presenti nel reticolo cristallino.

A temperatura ambiente si presenta come un solido bianco inodore.
Dal punto di vista elettrico è un isolante. Viene utilizzato nella crescita epitassiale di dispositivi elettronici come substrato, considerando il buon matching reticolare che consente con alcuni dei semiconduttori più utilizzati.

Prodotti tipici
Componenti per pompe: anelli di tenuta, pistoni, boccole coprialbero, alberini, giranti. Sfere per valvole, piastre di tenuta liquidi; piastrine per miscelatori; piastre e corazze di blindatura; ugelli; scudi e barriere termiche; guidafili per fili metallici; cavità ceramiche per sorgenti laser.

Proprietà chimico-fisiche
Formula bruta o molecolare Al2O3
Densità (g/cm3, in c.s.)

3,94 (20 °C)

Solubilità in acqua ~ 0,001 g/l (20 °C)
Temperatura di fusione (K) 2.323 (2.050 °C)
Temperatura di ebollizione (K) 3.253 (2.980 °C)

Allumina zirconia

Descrizione
Al fine di migliorare le proprietà meccaniche dell’allumina, si aggiunge una percentuale di ossido di Zirconio. Questa composizione consente di aumentare la resistenza meccanica ed agli urti.

Prodotti tipici
Lame ed utensili da taglio, componenti antiusura.

Zirconia

A temperatura ambiente si presenta come un polvere bianca inodore. È una sostanza cristallina polimorfa. Fino a 1170 °C presenta struttura cristallina monoclina. Da 1170 °C a 2370 °C presenta struttura cristallina tetragonale. Oltre 2370 °C presenta struttura cristallina cubica.
Il punto di fusione è 2680 °C.

Durante il riscaldamento la trasformazione dalla struttura monoclina alla struttura tetragonale avviene con una contrazione volumetrica di circa il 5%.
Durante il raffreddamento la trasformazione inversa dalla struttura tetragonale alla struttura monoclina è di tipo martensitico ed avviene con una espansione volumetrica.

È un prodotto elastico e tenace, dotato di un modulo elastico (modulo di Young E) ed un coefficiente di espansione termica simile a quello degli acciai.

Prodotti tipici
Coni e pulegge per trafilatura di fili metallici; rulli di guida; lame per taglio; sonde per misure di ossigeno in metallurgia o in impianti di combustione.

Proprietà
Formula bruta o molecolare ZrO2
Massa molecolare (u) 123,22 g/mol

Densità (g/cm3, in c.s.)

5,7 (20 °C)
Solubilità in acqua (20 °C) insolubile
Temperatura di fusione (K) ~2.953 (2.680 °C)
Temperatura di ebollizione (K) ~4.573 (4.300 °C)

Carburo di Silicio

Descrizione
Il carburo di silicio, chiamato anche carborundum, è un materiale sintetico composto da silicio e carbonio legati insieme per formare un materiale ceramico. Esiste anche in natura sotto forma del rarissimo minerale moissanite.
Ha una durezza molto elevata, intermedia tra il corindone e il diamante. È quindi classificato tra i materiali superduri.

Proprietà
Massa molecolare (u) 40,097

Densità (g/cm3, in c.s.)

3,22
Solubilità in acqua insolubile
Temperatura di fusione (K) 3003 (2730 °C)

Prodotti tipici
Il carburo di silicio viene impiegato nell’industria automobilistica, nella siderurgia, nella produzione di abrasivi,etc.
Con esso si realizzano componenti per pompe, pistoni, giranti, cuscinetti, sfere per valvole, ugelli, specchi per uso astronomico.

Nitruro di Silicio

Il nitruro di silicio è un materiale idoneo per applicazioni strutturali ad alta temperatura.
È dotato di bassa densità (proprietà fondamentale per applicazioni in cui il peso costituisce un parametro critico), basso coefficiente di espansione termica che garantisce un’ottima resistenza agli shock termici, alta durezza e resistenza all’usura.
Il nitruro di silicio non è disponibile in natura ma viene sintetizzato.

Prodotti tipici
Componenti per pompe; componenti per valvole; giranti di turbine; prodotti vari in metallurgia.

Carburo di Boro

Il carburo di boro (formula chimica B4C) è una molecola che in condizioni normali costituisce aggregati di materiale ceramico estremamente duro, e per questo viene usato nella corazza di alcuni tipi di carrarmato, nel giubbotto antiproiettile, ed in numerose applicazioni industriali. Con una durezza di 9,3 nella scala di Mohs, è il quinto materiale più duro noto, dietro il nitruro di boro, il diamante, la fullerite ultradura, ed i nanotubi di diamante aggregati.

Caratteristiche generali
Massa molecolare (u) 55.255 g/mol

Densità (g/cm3, in c.s.)

2.52 g/cm3
Temperatura di fusione (K) 2623.15 K (2350 °C)
Temperatura di ebollizione (K) > 3773.15 K (>35)

Prodotti tipici
Componenti soggetti ad abrasione.

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