Connu sous le nom d’alumine alpha dans les communautés des sciences des matériaux ou d’alundum (sous forme fondue) ou d’aloxite dans les communautés minières et céramiques l’oxyde d’aluminium trouve une large utilisation. La production mondiale annuelle d’oxyde d’aluminium en 2015 était d’environ 115 millions de tonnes, dont plus de 90 % sont utilisés dans la fabrication d’aluminium métallique. Les principales utilisations des oxydes d’aluminium spéciaux sont dans les réfractaires, les céramiques, le polissage et les applications abrasives. De grands tonnages d’hydroxyde d’aluminium, dont l’alumine est dérivée, sont utilisés dans la fabrication de zéolithes, de pigments de titane de revêtement, et comme retardateur de feu/suppresseur de fumée.
Plus de 90% de l’oxyde d’aluminium, normalement appelé alumine de qualité fonderie (SGA), produit est consommé pour la production d’aluminium, généralement par le procédé Hall-Héroult. Le reste, normalement appelé alumine de spécialité est utilisé dans une grande variété d’applications qui reflètent son inertie, sa résistance à la température et sa résistance électrique.
Matières de chargeEdit
Etant assez inerte chimiquement et blanc, l’oxyde d’aluminium est une matière de charge privilégiée pour les plastiques. L’oxyde d’aluminium est un ingrédient commun dans les écrans solaires et est parfois également présent dans les cosmétiques tels que le fard à joues, le rouge à lèvres et le vernis à ongles.
VerreEdit
De nombreuses formulations de verre ont de l’oxyde d’aluminium comme ingrédient. Le verre d’aluminosilicate est un type de verre couramment utilisé qui contient souvent 5 à 10% d’alumine.
CatalyseEdit
L’oxyde d’aluminium catalyse une variété de réactions qui sont utiles industriellement. Dans son application à plus grande échelle, l’oxyde d’aluminium est le catalyseur du procédé Claus pour convertir les gaz résiduels de sulfure d’hydrogène en soufre élémentaire dans les raffineries. Il est également utile pour la déshydratation des alcools en alcènes.
L’oxyde d’aluminium sert de support catalytique pour de nombreux catalyseurs industriels, tels que ceux utilisés dans l’hydrodésulfuration et certaines polymérisations Ziegler-Natta.
Purification des gazEdit
L’oxyde d’aluminium est largement utilisé pour éliminer l’eau des flux gazeux.
AbrasifEdit
L’oxyde d’aluminium est utilisé pour sa dureté et sa résistance. Sa forme naturelle, le corindon, est un 9 sur l’échelle de Mohs de la dureté minérale (juste en dessous du diamant). Il est largement utilisé comme abrasif, notamment comme substitut beaucoup moins coûteux du diamant industriel. De nombreux types de papier de verre utilisent des cristaux d’oxyde d’aluminium. En outre, sa faible rétention de chaleur et sa faible chaleur spécifique en font un matériau largement utilisé dans les opérations de meulage, notamment les outils de coupe. Sous forme d’aloxite, un minéral abrasif en poudre, il est l’un des principaux composants, avec la silice, de la « craie » de la queue de billard. La poudre d’oxyde d’aluminium est utilisée dans certains kits de polissage et de réparation des rayures des CD/DVD. Ses qualités de polissage sont également à l’origine de son utilisation dans le dentifrice. Il est également utilisé dans la microdermabrasion, à la fois dans le procédé en machine disponible chez les dermatologues et les esthéticiennes, et comme abrasif dermique manuel utilisé selon les instructions du fabricant.
PaintEdit
Les paillettes d’oxyde d’aluminium sont utilisées dans la peinture pour des effets décoratifs réfléchissants, comme dans l’industrie automobile ou cosmétique.
Fibre compositeEdit
L’oxyde d’aluminium a été utilisé dans quelques matériaux de fibre expérimentaux et commerciaux pour des applications de haute performance (par exemple, Fiber FP, Nextel 610, Nextel 720). Les nanofibres d’alumine, en particulier, sont devenues un domaine d’intérêt pour la recherche.
Gilets pare-ballesEdit
Certains gilets pare-balles utilisent des plaques en céramique d’alumine, généralement en combinaison avec un support en aramide ou en UHMWPE pour obtenir une efficacité contre la plupart des menaces de fusils. Les armures en céramique d’alumine sont facilement disponibles pour la plupart des civils dans les juridictions où elles sont légales, mais elles ne sont pas considérées comme étant de qualité militaire.
Protection contre l’abrasionEdit
L’oxyde d’aluminium peut être cultivé en tant que revêtement sur l’aluminium par anodisation ou par oxydation électrolytique au plasma (voir les « Propriétés » ci-dessus). Les caractéristiques de dureté et de résistance à l’abrasion du revêtement proviennent toutes deux de la résistance élevée de l’oxyde d’aluminium, et pourtant la couche de revêtement poreuse produite avec les procédures conventionnelles d’anodisation à courant continu se situe dans une plage de dureté C de 60-70 Rockwell qui n’est comparable qu’aux alliages d’acier au carbone trempés, mais considérablement inférieure à la dureté du corindon naturel et synthétique. Au lieu de cela, avec l’oxydation électrolytique au plasma, le revêtement est poreux uniquement sur la couche d’oxyde de surface tandis que les couches d’oxyde inférieures sont beaucoup plus compactes qu’avec les procédures d’anodisation DC standard et présentent une cristallinité plus élevée en raison de la refonte et de la densification des couches d’oxyde pour obtenir des amas d’α-Al2O3 avec des valeurs de dureté de revêtement beaucoup plus élevées autour de 2000 Vickers.
L’alumine est utilisée pour fabriquer des tuiles qui sont fixées à l’intérieur des lignes de combustible pulvérisé et des conduits de gaz de combustion sur les centrales électriques au charbon pour protéger les zones à forte usure. Elles ne sont pas adaptées aux zones où les forces d’impact sont élevées car ces tuiles sont fragiles et susceptibles de se briser.
Isolation électriqueModifié
L’oxyde d’aluminium est un isolant électrique utilisé comme substrat (silicium sur saphir) pour les circuits intégrés mais aussi comme barrière tunnel pour la fabrication de dispositifs supraconducteurs tels que les transistors à électron unique et les dispositifs supraconducteurs à interférence quantique (SQUID).
Pour son application comme isolant électrique dans les circuits intégrés, où la croissance conforme d’un film mince est une condition préalable et où le mode de croissance préféré est le dépôt de couche atomique, les films d’Al2O3 peuvent être préparés par l’échange chimique entre le triméthylaluminium (Al(CH3)3) et H2O :
2 Al(CH3)3 + 3 H2O → Al2O3 + 6 CH4
L’H2O dans la réaction ci-dessus peut être remplacé par l’ozone (O3) comme oxydant actif et la réaction suivante a alors lieu :
2 Al(CH3)3 + O3 → Al2O3 + 3 C2H6
Les films d’Al2O3 préparés à l’aide d’O3 présentent une densité de courant de fuite 10 à 100 fois plus faible que ceux préparés par H2O.
L’oxyde d’aluminium, étant un diélectrique avec une bande interdite relativement large, est utilisé comme barrière isolante dans les condensateurs.
AutresEdit
Dans l’éclairage, l’oxyde d’aluminium transparent est utilisé dans certaines lampes à vapeur de sodium. L’oxyde d’aluminium est également utilisé dans la préparation des suspensions de revêtement dans les lampes fluorescentes compactes.
Dans les laboratoires de chimie, l’oxyde d’aluminium est un milieu pour la chromatographie, disponible en formulations basique (pH 9,5), acide (pH 4,5 lorsqu’il est dans l’eau) et neutre.
Les applications médicales et de santé l’incluent comme matériau dans les prothèses de hanche et les pilules contraceptives.
Il est utilisé comme scintillateur et dosimètre pour les applications de radioprotection et de thérapie pour ses propriétés de luminescence stimulée optiquement.
L’isolation des fours à haute température est souvent fabriquée à partir d’oxyde d’aluminium. Parfois, l’isolation comporte des pourcentages variables de silice en fonction de la température nominale du matériau. L’isolant peut être fabriqué sous forme de couverture, de panneau, de brique et de fibre en vrac pour diverses exigences d’application.
De petits morceaux d’oxyde d’aluminium sont souvent utilisés comme copeaux d’ébullition en chimie.
Il est également utilisé pour fabriquer des isolateurs de bougies d’allumage.
Utilisant un procédé de pulvérisation au plasma et mélangé à de l’oxyde de titane, il est enduit sur la surface de freinage de certaines jantes de bicyclette pour offrir une résistance à l’abrasion et à l’usure.
La plupart des yeux en céramique des cannes à pêche sont des anneaux circulaires fabriqués à partir d’oxyde d’aluminium.
Sous sa forme la plus fine en poudre (blanche), appelée Diamantine, l’oxyde d’aluminium est utilisé comme abrasif de polissage supérieur dans l’horlogerie et la pendule.