كثافة الألومينا وخصائصها

الألومينا (Al2O3) هي مادة خزفية متطورة ذات خصائص مفيدة عديدة. فهي صلبة ومقاومة للتآكل، وقادرة على تحمل درجات الحرارة القصوى، وعازل كهربائي، وخامل كيميائيًا تمامًا.

يمكن العثور على الألومينا في العديد من الأشكال، من المسحوق إلى الكريات والقطع الخاصة بأهداف الاخرق، وتشمل عمليات التصنيع الكبس الأحادي المحور والمتساوي التثبيت، والقولبة بالحقن، والصب الانزلاقي وتقنيات التصنيع الآلي الأخضر والبسكويت.

الصلابة

الصلابة هي خاصية أساسية لسيراميك الألومينا تجعله مناسبًا للعديد من التطبيقات المتنوعة. يتميز سيراميك الألومينا بمعدل صلابة موس 9، مما يجعله أكثر صلابة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الماس، مما يوفر مقاومة استثنائية ضد التآكل - يستخدم على نطاق واسع في موجهات النسيج، ومكابس المضخات، وبطانات المزالق، وفتحات التفريغ، وما إلى ذلك.

تصمد الألومينا بشكل جيد ضد التآكل بسبب صلابتها، ويمكنها تحمل البيئات ذات درجات الحرارة العالية دون أن تفقد قوتها أو سلامتها الهيكلية. وعلاوة على ذلك، تتميز الألومينا بمعامل احتكاك منخفض مما يحد من التآكل من الأسطح الأخرى؛ مما يجعل الألومينا مادة مثالية في البيئات التي يمثل فيها التآكل مصدر قلق مستمر.

تساعد صلابة الألومينا على مقاومة الهجمات الكيميائية من الأحماض والقلويات، مما يجعلها خيارًا ممتازًا للتطبيقات التي تتطلب حراريات عالية الحرارة مثل العوازل الكهربائية والجهد، ومعدات المختبرات المعدنية، وحلقات الختم لأنابيب الليزر الغازية، وأجهزة المختبرات.

لا تتميز الألومينا بخصائص حرارية ممتازة فحسب، بل تتميز أيضًا بخصائص ميكانيكية عالية. توفر الألومينا قوة وصلابة وصلابة استثنائية مع قوة شد عالية ومقاومة للصدمات مما يجعلها مفيدة في تطبيقات مثل مكونات الآلات الصناعية والأوعية المبطنة بالحراريات والدروع الواقية من الصدمات وكذلك الدروع الواقية من المقذوفات. وعلاوة على ذلك، فإن مقاومته الاستثنائية للتآكل والتآكل تجعله المادة المثالية للاستخدام في تطبيقات المعالجة الصعبة.

نظرًا لصلابتها، قد يكون من الصعب تصنيع الألومينا آليًا، ولكن يمكن للأدوات القياسية المصنوعة من الكربيد أو التيتانيوم قطعها وصقلها بسهولة لأغراض التشطيب. ولأن الألومينا خاملة كيميائياً ولا تتفاعل مع معظم المواد الكيميائية المستخدمة في تطبيقات التصنيع - لن تتسبب الألومينا في تلويث المرضى بتيجان الأسنان والزراعات الجراحية والدعامات المصنوعة من هذه المادة، كما أنها تعمل بشكل جيد في مكونات مكونات السيارات ومكونات معدات التصنيع.

الكثافة

الألومينا مادة لينة نسبيًا تسمح بثنيها في أشكال مختلفة، مما يجعلها مناسبة لتصنيع العديد من المنتجات والهياكل المختلفة، بما في ذلك أجزاء الطائرات. وبفضل هذه المرونة، يمكن تشكيل الألومينا بسهولة في منتجات وهياكل مختلفة مثل أجزاء الطائرات. كما أن قوة الألومينا وصلابتها تجعلها مناسبة أيضاً كمواد كاشطة صناعية وعوازل ومواد حرارية؛ بالإضافة إلى ذلك فهي تتمتع بموصلية كهربائية وحرارية كبيرة فضلاً عن خصائص مقاومة كيميائية ممتازة مما يجعلها مناسبة كموصلات كهربائية وعناصر موصلة للحرارة مما يجعل الألومينا متعددة الاستخدامات للغاية كموصل جيد للكهرباء مع إعطاء موصل كهربائي وحراري مع خصائص مقاومة كيميائية جيدة؛ بالإضافة إلى أن طلاءها الرقيق من أكسيد الألومنيوم يحميها من التآكل مما يجعلها منيعة ضد أسطح الهواء والماء على حد سواء.

يمكن إنتاج الألومينا من مواد خام مختلفة، ولكن المصدر الأكثر شيوعاً هو البوكسيت. البوكسيت هو خام غني بالألومنيوم يتم تعدينه ومعالجته باستخدام الصودا الكاوية لتكوين محلول مائي يسمى "ألومينا البوكسيت"، ثم يتم ضخه في خزانات مرسب حيث تتكون بلورات هيدروكسيد الألومنيوم الصلبة التي يتم جمعها وتصفيتها بعد ذلك لتكون جاهزة للاستخدام مرة أخرى كألومينا.

وتختلف كثافة الألومينا اختلافًا كبيرًا تبعًا لطريقة إنتاجها، حيث يكون للسيراميك منخفض الفراغات كثافات أكبر تحدد في النهاية مدى ملاءمته لتطبيقات معينة.

لاحظ أنه يمكن تحسين العديد من خصائص الألومينا المتميزة من خلال الاختلافات في التصنيع والمواد المضافة. في مركز FEECO للابتكار، يتمتع فريقنا بخبرة في العمل مع مجموعة من تركيبات الألومينا ويمكنه تطوير واختبار هذه المنتجات على نطاق دفعي لتحديد ما إذا كانت تناسب أحد التطبيقات.

سيراميك الألومينا عالي النقاء، الذي يمكن تصميمه وفقًا لمواصفات محددة لحجم الجسيمات وتوزيعها، يشكل خيارًا ممتازًا للمواد للتطبيقات الصناعية التي تتطلب مواد غير قابلة للتغيير. كما أنها مقاومة للتآكل من مختلف المواد الكيميائية بما في ذلك حمض الهيدروفلوريك والقلويات المنصهرة وكذلك أبخرتها، وتظل صلبة وقاسية حتى في ظل التعرض للإشعاع ودرجات الحرارة المرتفعة - وهي مثالية لمغذيات السيراميك إلى المعدن ومغذيات مكونات الأشعة السينية والبطانات عالية الجهد وكذلك المنتجات الحرارية الخاصة مثل خرز تخفيف الضغط وأهداف الاخرق.

التوصيل الحراري

الألومينا هي مادة شديدة الصلابة والكثافة مع مقاومة ممتازة للتآكل والتآكل، وتتميز بتوصيل حراري عالٍ (حوالي 30 إلى 35 واط/م ك.و.ك) بالنسبة لمادة سيراميك الأكسيد.

هذه الخصائص تجعل من الألومينا مادة لا تقدر بثمن في البيئات الصناعية، مثل إنتاج معدن الألومنيوم وكحراريات. يمكن أيضًا دمج الألومينا مع عناصر أخرى لإضفاء خصائص مختلفة - على سبيل المثال تقليل تفاعليتها أو زيادة قوتها - أو استخدامها كأساس للسيراميك المتقدم الآخر مثل إنتاج نيتريد البورون والزركونيا.

يتم إنتاجه من خام البوكسيت باستخدام عملية باير، حيث يتم دمج الصودا الكاوية مع الحرارة والضغط مع الصودا الكاوية لإذابة المعادن الحاملة للألومنيوم. بعد التبلور في فرن دوّار لإزالة الماء المرتبط وبلورات ألومينات الصوديوم المرتبطة، مما ينتج عنه ألومينا نقية يمكن بعد ذلك تكليسها لتحويلها إلى طور ألفا، وهو الشكل المفضل لمختلف التطبيقات.

تساهم الروابط الأيونية والتساهمية القوية لمادة ألفا ألومينا في خواصها الفيزيائية والكيميائية المتميزة، مما يمنح هذا السيراميك عالي الأداء خصائص فيزيائية وكيميائية ممتازة. كما يمكن لهذه المادة أن تتحمل حتى هجمات الأحماض غير العضوية القوية مثل أحماض الأورثوفوسفوريك والهيدروفلوريك! يتميز هيكل ألفا ألومينا ألفا بقوة وصلابة وانكسار عالية مع خصائص عزل كهربائي ممتازة بالإضافة إلى خصائص عازلة ممتازة؛ وعلاوة على ذلك فهو مقاوم للغاية للتآكل ومقاومة التآكل والتآكل.

الألومينا غير سامة وأقل سمية من المواد الصناعية الأخرى. وقد أكدت الدراسات التي أُجريت على حيوانات المختبرات والبشر هذه الحقيقة ولم تكشف عن أي آثار مرضية لاستنشاق تركيزات عالية من غبار الألومينا؛ ولا يبدو أن الدراسات التي أجريت على البشر تسبب تليف الرئة أو تفاقم أعراض السيليكوز الموجودة أيضاً.

يمكن تشكيل الألومينا بسهولة في حالتيها الخضراء والبسكويت، ويمكن تشكيلها بالتلبيد في أجزاء ذات تفاوتات ضيقة دون صعوبة تذكر. ويتطلب إنتاج المكونات كاملة التكثيف أدوات خاصة لمراعاة الانكماش أثناء التلبيد؛ وللحصول على أفضل النتائج يجب استخدام أفضل الأدوات الماسية عالية الجودة أثناء هذه العملية لتجنب إتلاف المواد وتحقيق الهندسة المطلوبة.

التوصيل الكهربائي

وتتميز الألومينا من بين السيراميك الهندسي القائم على الأكسيد بموصلية كهربائية عالية نسبيًا، مما يجعلها عازلًا مفيدًا في خطوط نقل الطاقة الكهربائية عالية الجهد مثل نظام التيار المتردد الذي يمد المنازل بالطاقة. وعلاوة على ذلك، غالبًا ما تستخدم المكثفات وملفات المحولات هذه المادة. ولتعزيز توصيلها بشكل أكبر، قد يلزم إضافة الزركونيا أو الأنابيب النانوية الكربونية.

تتأثر الموصلية الكهربية للألومينا بالأكسجين والشوائب الأخرى التي تقلل من طاقة شبكتها البلورية، بينما تتحدد الموصلية السائبة من خلال القفز الإلكتروني عند أيونات Co2+ و Co3+. وتعتمد التوصيلية الأيونية على معامل الانتشار n وتركيز الأيونات والمسافة بينها وفرق الجهد الكيميائي؛ وتُقدَّر من معادلة الانتشار باستخدام علاقة نيرنست-آينشتاين حيث تكون الموصلية ومعامل الانتشار D ومعامل الانتشار D والتركيز والتكافؤ z للأيونات والشحنة الأولية وثابت بولتزمان Kb ودرجة الحرارة T كلها متغيرات.

وقد أظهرت دراسات متعددة أن استنشاق جسيمات مسحوق الألومينا المسحوق يمكن أن يسبب تهيج الجهاز التنفسي وتلف الرئة، بما في ذلك الالتهاب الرئوي الشحمي. كما تم ربط التعرض المفرط لها بمرض الشريان التاجي وأمراض الكلى.

أُجريت دراسات على السلوك الانسيابي للمركبات القائمة على الألومينا تحت حقول كهربائية للتيار المستمر ذات قوة مختلفة باستخدام وضع القص التذبذبي. زاد G'(o)/o بشكل ملحوظ مع زيادة قوة المجال. ازدادت G'(o) بسبب الاستقطاب الأيوني لجزيئات الألومينا وعزومها ثنائية القطب التي يتم تنشيطها داخل مصفوفة XL المطاطية الطبيعية. ويؤدي ذلك إلى توقف الحركة الحرة للسلسلة مما يؤدي إلى سلاسل أكثر صلابة مع زيادة في معامل المرونة بمقدار مرتبتين تقريبًا. تُظهر المركبات القائمة على الألومينا توصيلًا كهربائيًا ممتازًا للاستخدام في التطبيقات الطبية والصناعية والسيارات، بالإضافة إلى وجود نقاط انصهار أقل من الألومينا النقية لتسهيل عمليات التشغيل الآلي.