Preparación y propiedades de la cerámica porosa de alúmina

Qué son las cerámicas de alúmina porosa y su importancia

Las cerámicas dealúmina porosa son una clase de materiales de alúmina (Al2O3) con una distribución de poros controlada, que va desde microporos muy finos (<2 nm) a macroporos considerablemente mayores (>50 nm). La proporción de volumen de poros, de alrededor del 10% a más del 90% de forma cuidadosamente controlada mediante técnicas como la sinterización, la anodización o el templado de sacrificio, puede variar enormemente con respecto a la alúmina pura y sólida.

La singularidad de estas cerámicas reside en su estabilidad térmica; pueden soportar temperaturas de hasta 1700°C sin degradarse. En sus propiedades químicas, son inertes y resistentes a la corrosión de entornos ácidos y alcalinos, así como orgánicos. El tamaño y la distribución de los poros son controlables, generalmente de 5 nm a cientos de micrómetros. También conservan una gran resistencia mecánica a pesar de sus estructuras porosas, que a menudo dan lugar a valores de resistencia a la compresión superiores a 50 MPa, dependiendo de su porosidad. También presentan un excelente aislamiento térmico, con una conductividad térmica de 0,1 a 0,5 W/mK. También presentan un excelente aislamiento eléctrico, con una resistividad superior a 10^12 Ωcm.

Aplicaciones que requieren estructuras porosas

Los materiales porosos tienen numerosas aplicaciones. En la filtración de fluidos, los diminutos orificios atrapan las partículas. En catálisis, la gran superficie facilita las reacciones químicas. En el campo médico, la aplicación de la cerámica como andamio sobre el que crecen las células es un ejemplo adecuado de materiales porosos. En el aislamiento de edificios, se prefiere la presencia de poros en los materiales, ya que reducen el flujo de calor. Los ejemplos prácticos indican mejoras en el rendimiento de los materiales que incorporan poros.

Importancia de la porosidad y la microestructura

La disposición de los poros está directamente relacionada con el rendimiento. Pequeñas variaciones en las dimensiones de los poros influyen en la resistencia y la robustez. La distribución bien organizada de los poros garantiza que la estructura sea resistente y consistente a la vez que ofrece la función prevista. Los ingenieros experimentados entienden que es esencial dar con el acorde adecuado en lo que respecta al rendimiento de la microestructura para generar una fiabilidad superior, y el proceso es la herramienta que ayuda a conseguirlo. Las diferencias mínimas pueden dar lugar a resultados muy dispares.

Fabricación de cerámica de alúmina porosa

Existen varias vías de fabricación prometedoras. Uno de los procesos de fabricación de cerámica de alúmina más utilizados implica el uso de un formador de poros que puede quemarse o disolverse. La fundición por congelación implica la sublimación de las partículas de alúmina congeladas de la suspensión de alúmina. También existe la espumación directa. La pasta de alúmina puede mezclarse con aire para producir burbujas que se convierten en poros.Cada técnica influye en la distribución del tamaño de los poros y en la resistencia global.

Control de la porosidad y la microestructura

Conseguir que sea agradable y consistente es bastante complejo. Algunos factores importantes son el grado de concentración del polvo en primer lugar, la proporción de la sustancia conocida como formador de poros que se le añade y las temperaturas de las fases de sinterización. Aumentando la proporción de polvo se obtienen cerámicas menos porosas, mientras que aumentando la proporción de formador de poros se incrementa su porosidad. A continuación, se varían los tiempos de sinterización para favorecer un buen crecimiento del grano.

Propiedades físicas, mecánicas y funcionales

Físicamente, las cerámicas porosas de alúmina tienen excelentes propiedades. Presentan una dureza de unos 15 gigapascales y una buena resistencia a la abrasión. La estabilidad térmica de estas cerámicas es un valor elevado, superior a 1500°C. En términos de densidad, estas cerámicas son más ligeras que la mayoría. Tienen una gran superficie, lo que ayuda mucho en la catálisis. A pesar de ser porosas, presentan una buena resistencia mecánica. No son reactivas, una propiedad útil en condiciones extremas.

Aplicaciones de la cerámica de alúmina porosa

Estas cerámicas tienen aplicaciones en muchos ámbitos diferentes. En filtros de agua y aire, actúan como material de captura de partículas no deseadas. En procesos químicos, su elevada superficie favorece la creación de catalizadores que aceleran la reacción. Para aplicaciones médicas, se emplean como insertos óseos e ingeniería de tejidos porque las células pueden crecer fácilmente en estos materiales. Para el aislamiento a altas temperaturas, los poros contribuyen eficazmente a reducir el flujo de calor. Los escudos térmicos de alto rendimiento y los revestimientos de hornos aprovechan las propiedades porosas de la alúmina.

Conclusión

Las cerámicas de alúmina porosa son materiales resistentes y eficaces. Sus estructuras porosas específicamente diseñadas ofrecen muchos usos tanto en la industria como en la sanidad. Los métodos de preparación, así como las condiciones de procesamiento, son muy eficaces en la formación de sus propiedades microestructurales. Filtraciones, soportes de catalizadores, aislantes y materiales para implantes son sólo algunos ejemplos en los que la alúmina porosa tiene muchos efectos en una gran variedad de usos.

Preguntas más frecuentes

¿Cuál es la aplicación de la cerámica de alúmina porosa?

Filtración, catálisis, implantes biomédicos y aislamiento.

¿Cómo se ajusta la porosidad?

Mediante el cambio de las variables de procesamiento, así como la adición de formadores de poros.

¿Cuáles son algunas características físicas importantes?

Alta estabilidad térmica, una dureza de unos 15GPa y menor densidad.