Плътност и свойства на алуминия

Алуминият (Al2O3) е модерен керамичен материал с множество полезни свойства. Той е твърд и износоустойчив, издържа на екстремни температури, електрически изолатор и напълно химически инертен.

Алуминият може да бъде намерен в много форми - от прах до пелети и парчета за мишени за разпрашване, а процесите на производство включват едноосно и изостатично пресоване, инжекционно формоване, леене по хлъзгав способ и техники за зелена и бисквитена обработка.

Твърдост

Твърдостта е неразделна характеристика на алуминиевата керамика, която я прави подходяща за много различни приложения. Твърдостта на алуминиевата керамика по Моос е 9, което я прави много по-твърда от неръждаемата стомана или диаманта, осигурявайки изключителна устойчивост срещу абразия - използва се широко в текстилни водачи, бутала на помпи, облицовки на улеи, изпускателни отвори и др.

Алуминият издържа добре на износване благодарение на своята твърдост и може да издържа на високотемпературни среди, без да губи здравина или структурна цялост. Освен това той се отличава с нисък коефициент на триене, който ограничава износването от други повърхности; това прави алуминиевия оксид идеален материал в среди, където абразията е постоянна грижа.

Твърдостта на алуминия му помага да устои на химически атаки от киселини и основи, което го прави отличен избор за приложения, изискващи високотемпературни огнеупорни материали, като електрически и напреженови изолатори, металургично лабораторно оборудване, уплътнителни пръстени за газови лазерни тръби, лабораторни уреди.

Алуминият не само се отличава с отлични огнеупорни свойства, но и с висока механична устойчивост. Алуминият предлага изключителна здравина, твърдост и издръжливост с висока якост на опън и устойчивост на удар, което го прави полезен в приложения като компоненти на промишлени машини, огнеупорни облицовани съдове, балистични брони, както и балистични брони за тяло. Освен това изключителната му устойчивост на износване и корозия го прави идеален материал за използване при взискателни приложения за обработка.

Поради твърдостта си алуминият може да бъде труден за обработка, но стандартните инструменти от карбид или титан могат лесно да го режат и полират за довършителни цели. Тъй като алуминиевият оксид е химически инертен и не реагира с повечето химикали, използвани в производствените приложения - зъбните коронки, хирургическите импланти и стентовете, изработени от този материал, няма да замърсят пациентите, а също така се използва добре и за телекомуникационни компоненти автомобилни компоненти и компоненти на технологично оборудване.

Плътност

Алуминият е сравнително мек материал, което позволява огъването му в различни форми, което го прави подходящ за производството на много различни продукти и структури, включително части за самолети. Благодарение на тази гъвкавост алуминият може лесно да се оформя в различни продукти и структури, като например части за самолети. Здравината и издръжливостта на алуминия го правят подходящ и за промишлени абразиви, изолатори и огнеупорни материали; освен това той има голяма електро- и топлопроводимост, както и отлични свойства на химическа устойчивост, което го прави подходящ за електрически проводници и топлопроводими елементи, което прави алуминия много гъвкав като добър проводник на електричество, като същевременно дава електрически и топлинен проводник с добри качества на химическа устойчивост; освен това тънкото му покритие от алуминиев оксид го предпазва от корозия, което го прави непроницаем както за въздушни, така и за водни повърхности.

Алуминият може да се произвежда от различни суровини, но най-популярният източник е бокситът. Бокситът е руда, богата на алуминий, която се добива и обработва с помощта на сода каустик, за да се образува воден разтвор, наречен "бокситов алуминий", след което се изпомпва в утаителни резервоари, където се образуват твърди кристали алуминиев хидроксид, които след това се събират и филтрират, готови за по-нататъшна употреба като алуминий.

Промените в плътността на алуминиевия оксид варират значително в зависимост от метода на производство, като керамиката с по-ниска кухина има по-голяма плътност, която в крайна сметка определя пригодността за конкретни приложения.

Имайте предвид, че много от изключителните свойства на алуминия могат да бъдат подобрени чрез вариации в производството и добавки. В Центъра за иновации на FEECO нашият екип има опит в работата с редица формулировки на алуминиев оксид и може да разработи и тества тези продукти в партиден мащаб, за да определи дали те ще са подходящи за дадено приложение.

Висококачествената керамика от алуминиев оксид, която може да бъде адаптирана към специфични спецификации за размера и разпределението на частиците, е отличен избор на материал за индустриални приложения, които изискват безкомпромисни материали. Устойчиви на корозия от различни химикали, включително флуороводородна киселина и разтопени основи, както и от техните пари, те остават твърди и твърди дори при излагане на радиация и повишени температури - идеални за проходки от керамика към метал, проходки за рентгенови компоненти и високоволтови втулки, както и за специални огнеупорни продукти като топчета за намаляване на напрежението и мишени за разпрашване.

Топлопроводимост

Алуминият е изключително твърд, плътен материал с отлична износоустойчивост и устойчивост на корозия, който се отличава с висока топлопроводимост (около 30-35 W/mK) за оксиден керамичен материал.

Тези свойства правят алуминиевия оксид безценен материал в промишлеността, например при производството на алуминиеви метали и като огнеупорен материал. Алуминият може също така да се комбинира с други елементи, за да се придадат различни свойства - например да се намали реактивността му или да се увеличи здравината му - или да се използва като основа за други усъвършенствани керамики, като например производството на борен нитрид и цирконий.

Произвежда се от бокситна руда по процеса на Байер, при който сода каустик в комбинация с топлина и налягане се комбинира със сода каустик за разтваряне на минералите, съдържащи алуминий. След кристализация в ротационна пещ за отстраняване на свързаната вода и кристалите на натриевия алуминат се създава чист алуминий, който след това може да бъде калциниран, за да се превърне в алфа-фазата си, предпочитана форма за различни приложения.

Силните йонни и ковалентни връзки на алфа-алуминиевия оксид допринасят за изключителните му физични и химични свойства, като придават на тази високоефективна керамика отлични физични и химични характеристики. Този материал може да издържи дори на въздействието на мощни неорганични киселини като ортофосфорна и флуороводородна киселина! Структурата на алфа-алуминиевия оксид се отличава с висока якост, твърдост и огнеупорност, с отлични електроизолационни свойства, както и диелектрични характеристики; освен това той е изключително устойчив на корозия и абразия.

Алуминият не е токсичен и е по-малко токсичен от други промишлени материали. Проучванията, проведени върху лабораторни животни и хора, потвърждават този факт и не разкриват никакви вредни последици от вдишването на високи концентрации на прах от алуминиев оксид; проучванията върху хора също не показват да причинява белодробна фиброза или да влошава съществуващите симптоми на силикоза.

Алуминият може лесно да се обработва в зелено и печено състояние и може да се агломерира без особени затруднения в части с малък толеранс. Производството на напълно уплътнени компоненти изисква специални инструменти, за да се отчете свиването по време на синтероването; за най-добри резултати по време на този процес трябва да се използват най-качествените диамантени инструменти, за да се избегне увреждане на материала и да се постигне желаната геометрия.

Електрическа проводимост

Алуминиевият оксид се отличава сред инженерната керамика на оксидна основа с относително високата си електропроводимост, което го прави полезен изолатор във високоволтовите електропроводи, например в системата за променлив ток, която захранва домовете. Освен това този материал често се използва в кондензаторите и трансформаторните намотки. За да се повиши допълнително проводимостта му, може да се наложи да се добавят цирконий или въглеродни нанотръбички.

Електропроводимостта на алуминия се влияе от кислорода и други примеси, които намаляват енергията на кристалната му решетка, докато обемната проводимост се определя от прескачането на електрони в йоните на Co2+ и Co3+. Йонната проводимост зависи от коефициента на дифузия n, концентрацията на йоните, разстоянието между тях и разликата в химичния потенциал; изчислява се от уравнението на дифузията, като се използва връзката на Nernst-Einstein, при която проводимостта, коефициентът на дифузия D, концентрацията, валентността z на йоните, елементарният заряд, константата на Болцман Kb и температурата T са променливи.

Многобройни проучвания показват, че вдишването на прахообразни частици от алуминиев оксид може да причини дразнене на дихателните пътища и увреждане на белите дробове, включително липоидна пневмония. Прекомерната експозиция е свързана и с коронарна болест на сърцето и бъбречно заболяване.

Изследванията на реологичното поведение на композити на основата на алуминиев оксид при постояннотокови електрически полета с различна сила бяха проведени в режим на осцилаторно срязване. G'(o)/o се увеличава значително със силата на полето. G'(o) се увеличава поради йонната поляризация на частиците алуминий и активирането на техните диполни моменти в матрицата от естествен каучук XL. Това води до прекратяване на свободното движение на веригите, което води до по-твърди вериги с увеличение на модула на еластичност с почти два порядъка. Композитите на основата на алуминий се отличават с отлична електропроводимост за използване в медицината, промишлеността и автомобилостроенето, както и с по-ниски температури на топене от чистия алуминий за по-лесно обработване.