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L'allumina \u00e8 il materiale preferito quando si parla di ossidi ceramici, grazie alla sua abbondanza, al basso costo e alle propriet\u00e0 meccaniche superiori rispetto ad altri ossidi.<\/p>\n
L'ossido di alluminio (pi\u00f9 comunemente chiamato allumina o allundum) \u00e8 un composto chimico inorganico con formula Al2O3 che presenta un elevato punto di fusione e una forte durezza, colore bianco, insolubile in acqua e propriet\u00e0 anfotere - reagisce sia in modo acido che alcalino - che lo rendono una delle ceramiche industriali pi\u00f9 popolari. L'allumina \u00e8 presente in natura sotto forma di corindone, rubini e zaffiri, oltre che come principale minerale di alluminio nella bauxite; i metodi di produzione includono la disidratazione chimica di una soluzione di alluminato o la disidratazione chimica di una soluzione di alluminato.<\/p>\n
L'allumina \u00e8 ampiamente utilizzata per rivestire apparecchi ad alta temperatura come forni, fornaci e inceneritori, grazie alle sue propriet\u00e0 di isolamento termico ed elettrico e alla resistenza alla corrosione causata dalle sostanze chimiche utilizzate durante i processi di produzione. L'allumina offre eccellenti propriet\u00e0 di isolamento termico ed elettrico e di protezione dalla corrosione, che ne fanno la scelta ideale.<\/p>\n
L'allumina \u00e8 uno dei materiali ingegneristici pi\u00f9 duri, in grado di rivaleggiare con il diamante per durezza e secondo solo al carburo di silicio per resistenza all'usura. Inoltre, l'allumina agisce come un eccellente isolante e ha un basso coefficiente di espansione che garantisce un trasferimento di calore efficiente e prevedibile.<\/p>\n
Il corindone, il polimorfo pi\u00f9 stabile dell'allumina, \u00e8 una delle sue forme pi\u00f9 stabili. Possiede una struttura reticolare trigonale di Bravais in cui gli ioni ossigeno occupano strati paralleli all'asse c, mentre l'alluminio riempie i due terzi degli interstizi ottaedrici. Il rapporto tra ioni di ossigeno e ioni di alluminio nel corindone \u00e8 di 1:2:1.<\/p>\n
L'allumina cristallina \u00e8 un materiale economico con basso peso specifico e durezza, tipicamente presente sotto forma di polvere con dimensioni delle particelle comprese tra 0,3 e 0,8 mm. Esistono due forme di polvere di allumina cristallina: il tipo A contiene cristalli esagonali e ha una densit\u00e0 di 4,0, mentre il tipo B presenta cristalli cubici con densit\u00e0 di 3,0; entrambi presentano una buona resistenza all'abrasione, con il tipo A che taglia pi\u00f9 velocemente.<\/p>\n
\u00c8 possibile produrre allumina con una purezza di 94%, sebbene la maggior parte delle applicazioni commerciali richieda in genere purezza comprese tra 85%-100%. I gradi di purezza inferiore sono comunemente utilizzati nelle applicazioni refrattarie, mentre i gradi di purezza superiore si trovano nelle ceramiche di allumina temprata con zirconio (ZTA) o nelle ceramiche monolitiche, come i gradi ZTA duri e densi.<\/p>\n
L'ossido di alluminio (Al2O3), comunemente chiamato allumina, \u00e8 un solido ionico-covalente che non cede sotto carico come i metalli e le leghe. La bassa conducibilit\u00e0 elettrica e la stabilit\u00e0 termica dell'allumina ne fanno un eccellente isolante, con un'ottima resistenza agli attacchi chimici e un'estrema durezza (9 sulla scala Mohs). A causa dell'elevato punto di fusione, non \u00e8 possibile fonderla, ma la sua forza, durata e resistenza alla corrosione la rendono adatta all'uso in ambienti di lavorazione difficili come forni e fornaci.<\/p>\n
I rivestimenti ceramici composti da allumina sono ampiamente utilizzati come rivestimenti di altoforno per proteggere gli ugelli e le lance metalliche, rivestimenti refrattari per forni per acciaio e forni rotativi, nonch\u00e9 per processi di colata di sabbia in mattoni refrattari colabili. L'allumina ha un basso coefficiente di espansione che le consente di resistere a temperature molto elevate senza deformarsi o incrinarsi; inoltre \u00e8 resistente agli attacchi degli acidi, come dimostra il suo successo come isolante per applicazioni di isolamento di fili elettrici in ambienti elettrici difficili, come le applicazioni di fili di rame corrosivi.<\/p>\n
L'elevato punto di fusione dell'allumina la rende un materiale refrattario ideale per la produzione del vetro, dove in molti vetri per finestre e contenitori sono presenti solo tracce di Al2O3. Se questi vetri venissero utilizzati come smalti, si spaccherebbero e si romperebbero a causa della mancanza di sufficienti elementi refrattari nella loro composizione.<\/p>\n
Tuttavia, l'aggiunta di una quantit\u00e0 anche minima di allumina a una ricetta di vetro consente di fondere a una temperatura inferiore, migliorando al contempo la resistenza alla trazione, la tensione superficiale, la lucentezza, la durata del campo di lavoro, la resistenza alla devetrificazione e la tenacit\u00e0. Inoltre, l'aggiunta di un pizzico di allumina aumenta la resistenza alla flessione e alla trazione e riduce significativamente il comportamento alla frattura fragile.<\/p>\n
Le propriet\u00e0 refrattarie dell'allumina la rendono un ottimo candidato per l'uso come allumina medica, utilizzata per impianti dentali e altre applicazioni biomediche. L'allumina per uso medico viene prodotta con varie tecniche di consolidamento e sinterizzazione che producono forme precise quasi nette con ampi intervalli di purezza. Sebbene la sua moderata resistenza alla trazione e alla flessione sia inferiore a quella richiesta dagli impianti in allumina policristallina per le applicazioni implantari, le sue prestazioni meccaniche superiori rendono comunque questo materiale degno di considerazione per le applicazioni mediche.<\/p>\n
L'allumina si distingue da altri metalli o leghe grazie al suo forte legame interatomico, che le conferisce propriet\u00e0 uniche non riscontrabili altrove, tra cui un'elevata resistenza e durezza, eccellenti propriet\u00e0 dielettriche sia a basse che a elevate temperature, un'ottima resistenza agli attacchi chimici e alla corrosione sia a temperatura ambiente che a temperature elevate, propriet\u00e0 termiche superiori a temperature elevate e un'efficiente soluzione di dissipazione del calore.<\/p>\n
L'allumina \u00e8 disponibile in diverse forme, tra cui granuli, polveri e impasti, e pu\u00f2 essere formata in una variet\u00e0 di forme. Con una moderata resistenza alla trazione e alla flessione, l'allumina si differenzia da molti materiali ceramici policristallini per la conducibilit\u00e0 termica e il punto di fusione relativamente bassi, il che rende impossibile la fusione di pezzi di grandi dimensioni.<\/p>\n
L'allumina in fase alfa (Al2O3) \u00e8 il materiale pi\u00f9 spesso utilizzato per le applicazioni strutturali dell'allumina. Questa forma policristallina presenta ioni di ossigeno organizzati in modo esagonale e ravvicinato, riempiendo due terzi di tutti gli interstizi ottaedrici. L'allumina mostra anche metastabilit\u00e0 nelle fasi cubica g ed e, monoclinica k e ortorombica d, che alla fine tornano tutte alla fase esagonale alfa stabile a temperature elevate.<\/p>\n
L'allumina pura ha molti usi industriali ed \u00e8 tipicamente fornita sotto forma di alluminato di sodio con formula NaAlO. Questo materiale viene prodotto arrostendo la bauxite ad alte temperature per produrre alluminato di sodio, quindi macinato in polvere fine prima di essere mescolato con acqua per produrre un impasto per ulteriori lavorazioni.<\/p>\n
I moderni prodotti a base di allumina si collocano in genere tra i livelli di purezza 85%-100%, rendendoli adatti alle candele di accensione e ai substrati per microchip, oltre che ad applicazioni ceramiche ad alte prestazioni come il rivestimento di film spessi.<\/p>\n
L'allumina pura supera l'isolamento elettrico della porcellana di almeno due ordini di grandezza a temperatura ambiente e di quattro ordini ad alte temperature ed \u00e8 significativamente meno vulnerabile agli attacchi alcalini che ne causano la degradazione.<\/p>\n
Le propriet\u00e0 meccaniche dell'allumina comprendono la sua resistenza, o tolleranza alle sollecitazioni. Questa propriet\u00e0 rende le ceramiche di allumina altamente resistenti agli urti, mantenendo la loro forma e le loro dimensioni anche sotto una pressione intensa. Inoltre, l'allumina ha un'elevata resistenza alla compressione che consente di sostenere carichi pesanti senza subire danni, mentre la sua resistenza alla trazione e alla flessione permette ai componenti strutturali e alle parti di rimanere intatti e funzionali.<\/p>\n
L'allumina vanta eccellenti propriet\u00e0 meccaniche, come la durata e la resistenza agli attacchi chimici, che la rendono adatta ad applicazioni industriali e commerciali, tra cui centrali elettriche e fabbriche. Essendo una delle ceramiche ingegneristiche pi\u00f9 durevoli oggi disponibili, l'allumina \u00e8 in grado di resistere a temperature estreme e all'usura, il che la rende un materiale eccellente per la produzione di prodotti come isolatori elettrici, tubi per laser a gas, anelli di tenuta e apparecchiature di laboratorio.<\/p>\n
La resistenza dell'allumina agli attacchi la rende anche un materiale ricercato per la produzione di armature protettive, rendendola una delle scelte preferite dai produttori di veicoli e personale militare. La durezza e la bioinerzia dell'allumina si rivelano particolarmente utili in questo caso, rendendola adatta alla creazione di cuscinetti per protesi d'anca, impianti bionici, rinforzo dei tessuti, applicazioni di impalcatura dei tessuti e applicazioni per uso medico come i cuscinetti per protesi d'anca. Inoltre, la sua durata rende l'allumina una scelta eccellente per la produzione di armature balistiche.<\/p>\n
La ceramica di allumina offre una bassa tossicit\u00e0 acuta e cronica, producendo solo lievi irritazioni cutanee in tempi di esposizione brevi, il che la rende un materiale ideale per l'uso in apparecchiature mediche e applicazioni sanitarie. La loro non reattivit\u00e0 con varie sostanze chimiche rende le ceramiche di allumina sempre pi\u00f9 comuni come sostituti di strumenti chirurgici come il carburo di tungsteno; tuttavia, per ottenere requisiti di tenacit\u00e0 ottimali, l'allumina medica deve prima essere sottoposta a una rigida regolamentazione durante il processo di sinterizzazione.<\/p>\n
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