Céramiques d'alumine : Propriétés pour les applications d'ingénierie

Introduction

Les céramiques d'alumine (Al₂O₃), ou oxyde d'aluminium, sont des matériaux non métalliques avancés connus pour leur résistance mécanique, leur stabilité thermique et leur isolation électrique. Disponibles en pureté 95%, 97,5%, 99% et 99,5% Al₂O₃, ces céramiques sont idéales pour les applications d'ingénierie dans les domaines de l'électronique, des systèmes mécaniques et de la gestion thermique. Cet article détaille les principales propriétés des céramiques d'alumine, tableau comparatif à l'appui, afin de mettre en évidence leur adéquation avec les solutions d'ingénierie.

Propriétés des céramiques d'alumine

Les céramiques d'alumine offrent une gamme de propriétés mécaniques, thermiques, électriques et chimiques, ce qui les rend adaptées à des applications d'ingénierie exigeantes. Voici leurs principales caractéristiques :

• Dureté élevée: La dureté Vickers varie de 13,7 GPa (95% Al₂O₃) à 17,5 GPa (99,5% Al₂O₃), ce qui est idéal pour les composants résistants à l'usure.
• Résistance mécanique: Résistance à la flexion de 310 MPa (97.5% Al₂O₃) à 400 MPa (99.5% Al₂O₃), adaptée aux applications porteuses.
• Conductivité thermique: Les valeurs varient de 24 W/(m-K) (95% Al₂O₃) à 34 W/(m-K) (99,5% Al₂O₃), ce qui favorise la dissipation de la chaleur.
• Isolation électrique: Résistivité volumique >10¹⁴ ohm-cm pour toutes les qualités, garantissant la fiabilité des systèmes électroniques.
• Résistance à la corrosion: Perte de poids minimale dans les acides (par exemple, 0,03 mg/cm²/jour dans HNO₃ pour 99,5% Al₂O₃), parfait pour les environnements difficiles.

Tableau des propriétés détaillées

Le tableau ci-dessous compare les propriétés des céramiques d'alumine de 95%, 97.5%, 99% et 99.5% Al₂O₃.

Propriété	95% Al₂O₃	97,5% Al₂O₃	99% Al₂O₃	99,5% Al₂O₃
Principales caractéristiques
Couleur	Blanc	Blanc	Blanc	Blanc
Principales applications	Métallisation, résistance à l'usure	Haute résistance à l'usure	Haute température, résistance à l'usure	Haute température, résistance à l'usure
Caractéristiques	Haute résistance, résistance à l'usure, résistance à la corrosion, isolation	Haute résistance, résistance à la corrosion	Haute résistance, résistance à la corrosion	Haute résistance, résistance à la corrosion
Propriétés mécaniques
Densité apparente (g/cm³)	3.7	3.8	3.9	3.9
Absorption d'eau (%)	0	0	0	0
Dureté Vickers (GPa)	13.7	15.2	17.2	17.5
Résistance à la flexion (MPa)	350	310	380	400
Résistance à la compression (MPa)	-	-	-	3800
Module de Young (GPa)	320	360	380	380
Rapport de Poisson	0.23	0.23	0.23	0.23
Résistance à la rupture (MPa m¹/²)	3-4	5-6	-	-
Propriétés thermiques
Capacité thermique spécifique (J/(kg-K) × 10-³, 400°C)	7.2	7.2	7.2	7.2
Conductivité thermique (W/(m-K))	24	25	32	34
Résistance aux chocs thermiques (ΔT°C)	200	200	200	200
Propriétés électriques
Résistivité du volume (ohm-cm)	>10¹⁴	>10¹⁴	>10¹⁴	>10¹⁴
Rigidité diélectrique (kV/mm)	15	15	15	15
Constante diélectrique (1 MHz)	9.4	9.9	9.9	9.9
Perte diélectrique (×10-⁴)	38	20	10	10
Propriétés chimiques
Acide nitrique (60%) Perte de poids (mg/cm²/jour)	0.10	0.05	0.03	0.03
Acide sulfurique (95%) Perte de poids (mg/cm²/jour)	0.33	0.22	0.19	0.19
Soude caustique (30%) Perte de poids (mg/cm²/jour)	0.06	0.04	0.03	0.03

Notes de table:

• Propriétés mécaniques: Les qualités de pureté supérieure (99% et 99,5% Al₂O₃) offrent une dureté accrue (17,2-17,5 GPa) et une résistance à la flexion (380-400 MPa).
• Propriétés thermiques: La conductivité thermique s'améliore avec la pureté, passant de 24 W/(m-K) à 34 W/(m-K).
• Résistance chimique: Une plus grande pureté réduit la perte de poids dans les acides, améliorant ainsi la résistance à la corrosion.

Conclusion

Les céramiques d'alumine offrent une résistance mécanique, une stabilité thermique et une isolation électrique exceptionnelles, ce qui les rend idéales pour les applications d'ingénierie dans les domaines de l'électronique, des systèmes mécaniques et de la gestion thermique. La gamme de puretés permet de trouver des solutions sur mesure dans des environnements exigeants.

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