Algumas caraterísticas das cerâmicas de alumina, tais como a microestrutura e os cristais

As propriedades dos materiais cerâmicos de alumina são determinadas principalmente pelas suas ligações químicas, estrutura cristalina e defeitos cristalinos. Do ponto de vista da estrutura cristalina, a força de ligação interatómica dos materiais cerâmicos consiste principalmente em ligações iónicas, covalentes ou mistas iónico-covalentes. Estas ligações químicas não só apresentam elevada resistência de ligação, como também possuem direcionalidade. Os defeitos cristalinos (especialmente defeitos lineares e deslocamentos) podem deslocar-se no cristal, e a tensão de cisalhamento crítica necessária para que o deslocamento se mova ao longo do plano e da direção mais alinhados é muito pequena. O movimento intenso dos deslocamentos provoca um fenómeno de deslizamento evidente no plano cristalino e uma deformação plástica macro. A resistência das ligações metálicas não se altera significativamente antes e depois da deformação plástica macroscópica, mas as ligações iónicas e covalentes nas cerâmicas 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 em recuperar-se (devido à destruição do estado de energia mínima da disposição dos iões positivos e negativos), o que pode levar à destruição das ligações atómicas e à fratura frágil sem deformação plástica. Devido às diferentes ligações, as propriedades dos materiais metálicos e cerâmicos diferem consideravelmente. O ponto de fusão e a dureza das cerâmicas podem ser várias a dez vezes superiores aos dos metais com o mesmo elemento. Por exemplo, o ponto de fusão do Al₂O₃ é cerca de três vezes superior ao do alumínio metálico, enquanto a dureza é mais de 10 vezes superior à do alumínio metálico.

Outra característica da estrutura do material cerâmico de alumina é a heterogeneidade e a complexidade da microestrutura. Os materiais metálicos são normalmente solidificados a partir de um metal fundido bastante uniforme, podendo a microestrutura do material ser melhorada e homogeneizada através 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 num certo número de poros. Embora o pó com diferentes composições e tamanhos de partículas seja misturado por moagem em bola, continua a ser difícil alcançar um grau de uniformidade muito elevado. Além disso, existem frequentemente fases vítreas nos limites dos grãos cerâmicos que são diferentes da composição e da estrutura da matriz.

As características estruturais dos materiais cerâmicos determinam as propriedades dos materiais, incluindo as propriedades mecânicas, elétricas, magnéticas, acústicas, óticas, térmicas e outras. Com base nas características estruturais das cerâmicas de alumina, não é difícil compreender por que razão as cerâmicas estruturais apresentam um ponto de fusão elevado, elevada resistência, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e outras propriedades básicas, mas apresentam fraquezas fatais, tais como a fragilidade, a dificuldade de processamento, a fraca fiabilidade e a fraca reprodutibilidade. Estas fraquezas acarretam muitas dificuldades para a aplicação de engenharia das cerâmicas estruturais.