Algumas características das cerâmicas de alumina, como a microestrutura e o cristal

As propriedades dos materiais cerâmicos de alumina são determinadas principalmente por suas ligações químicas, estrutura cristalina e defeitos cristalinos. Do ponto de vista da estrutura cristalina, a força de ligação interatômica dos materiais cerâmicos consiste principalmente em ligações iônicas, covalentes ou mistas iônico-covalentes. Essas ligações químicas não apenas apresentam alta resistência de ligação, mas também possuem direcionalidade. Os defeitos cristalinos (especialmente defeitos lineares e dislocações) podem se deslocar no cristal, e a tensão de cisalhamento crítica necessária para que a dislocação se mova ao longo do plano e da direção mais alinhados é muito pequena. O grande volume de movimento das dislocações causa um fenômeno evidente de deslizamento no plano cristalino e deformação plástica macro. A resistência das ligações metálicas não se altera significativamente antes e depois da deformação plástica macroscópica, mas as ligações iônicas e covalentes na cerâmica são diferentes. Devido à complexa estrutura cristalina e à baixa simetria dos materiais cerâmicos, quando a deslocação se move ao longo da superfície de deslizamento, a estrutura cristalina tem dificuldade para se recuperar (devido à destruição do estado de energia mínima do arranjo de íons positivos e negativos), o que pode levar à destruição das ligações atômicas e à fratura frágil sem deformação plástica. Devido às diferentes ligações, as propriedades dos materiais metálicos e cerâmicos diferem significativamente. O ponto de fusão e a dureza da cerâmica podem ser de várias a dez vezes maiores do que os dos metais com o mesmo elemento. Por exemplo, o ponto de fusão do Al₂O₃ é cerca de três vezes maior do que o do alumínio metálico, enquanto a dureza é mais de 10 vezes maior do que a do alumínio metálico.

Outra característica da estrutura do material cerâmico de alumina é a heterogeneidade e a complexidade de sua microestrutura. Os materiais metálicos geralmente são solidificados a partir de um metal fundido bastante uniforme; posteriormente, a microestrutura do material pode ser aprimorada e homogeneizada por meio de processos de transformação a frio e a quente. Os materiais metálicos não contêm poros ou contêm muito poucos. No entanto, os materiais cerâmicos são geralmente formados por compactação de pó e sinterização, o que inevitavelmente resulta em um certo número de poros. Embora o pó com diferentes composições e tamanhos de partículas seja misturado por moagem com bolas, ainda é difícil alcançar um grau de uniformidade muito elevado. Além disso, frequentemente há fases vítreas nos limites dos grãos cerâmicos que diferem da composição e da estrutura da matriz.

As características estruturais dos materiais cerâmicos determinam as propriedades dos materiais, incluindo propriedades mecânicas, elétricas, magnéticas, acústicas, ópticas, térmicas e outras. Com base nas características estruturais das cerâmicas de alumina, não é difícil compreender por que as cerâmicas estruturais apresentam alto ponto de fusão, alta resistência, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e outras propriedades básicas; no entanto, apresentam deficiências graves, como fragilidade, dificuldade de processamento, baixa confiabilidade e reprodutibilidade. Essas deficiências trazem muitas dificuldades para a aplicação das cerâmicas estruturais na engenharia.