Проводим ли е алуминият?

Алуминият е инженерна керамика с отлични механични свойства, като здравина, огнеупорност и химическа стабилност. Освен това свойствата му на топлопроводимост и устойчивост на високи температури го правят привлекателен материал.

При по-ниски температури йонните връзки в алуминия го превръщат в електронен изолатор, но при по-високи температури той се превръща в йонен проводник.

Проводимост

Алуминиевият оксид, по-често наричан алуминиев оксид, е издръжлив технически керамичен материал с многобройни приложения, които подобряват живота и обогатяват обществото. Производството на алуминиев оксид се извършва в промишлени мащаби от естествено срещащи се минерални находища на боксит; с разнообразни физични, химични и термични свойства.

Алуминиевият оксид е изключително издръжлив материал, който се отличава с висока механична якост, химическа стабилност и топлопроводимост - качества, които го правят идеален за използване в сложни среди, където температурите достигат екстремни стойности. Освен това ниският му коефициент на термично разширение добавя още едно ниво на защита от термичен шок.

Електропроводимостта на алуминия се дължи на металния му състав; всички метали са отлични електропроводими материали. Като един от четвъртите най-проводими метали в света, алуминият е привлекателен компонент за приложения в производството на електроника и опаковки.

Алуминият се отличава с изключителна йонна проводимост. Съставът му се състои от алуминиеви катиони Al3+, заобиколени от кислородни аниони O2-, които създават решетъчна структура с правилни хексагонални модели и осигуряват голяма повърхност за абсорбиране и свързване на йони - което води до по-добра йонна проводимост, отколкото може да се постигне с много други керамични материали.

Електропроводимостта на алуминиевия оксид варира в зависимост от степента на чистота и използваните добавки, като има различни класове, вариращи от чист алуминиев оксид от серия 1000 до серия 8000 с подобрени свойства, като например повишена проводимост (класът EC има отлична електропроводимост 61% IACS); въпреки това тя все още е много по-ниска от проводимостта на медта (приблизително 385 W/mK).

Нивата на чистота на алуминиевия оксид оказват влияние върху неговата проводимост, механични и огнеупорни свойства, така че производителите обикновено го произвеждат в съответствие с определени стандарти за чистота. Centerline произвежда алуминиеви оксиди с чистота от 99,5% до 98% за специални приложения; моля, свържете се с нас, за да представите вашите изисквания и да намерим най-подходящия за вас.

Температура

Алуминиевият оксид (Al2O3) е изключително издръжлива техническа керамика, която се използва за редица приложения. Той се отличава с химическа стабилност, устойчивост на високи температури и биоинертност, както и с добра устойчивост на корозия срещу киселинни и алкални химикали при повишени температури. Освен това неговата топлопроводимост се сравнява с графита и осигурява превъзходни електроизолационни свойства, което прави Al2O3 отличен материал за защита на термодвойки при измервания при високи температури.

Алуминиевият оксид е изключително популярен материал за индустриални приложения поради отличната си механична якост, устойчивост на износване и ерозия. Устойчивите на износване свойства правят алуминиевия оксид подходящ за износоустойчиви вложки и продукти. Освен това неговите високотемпературни електроизолационни качества играят ключова роля в електротехническите приложения, като класовете с по-висока чистота предлагат повишено електрическо съпротивление.

Желаните характеристики на алуминия се дължат на силната междуатомна връзка между метала алуминий и кислородните йони, което води до желани свойства на материала, като висока температура на топене, твърдост, диелектрични свойства и огнеупорност. Алуминият съществува в многобройни кристални фази, които необратимо се връщат обратно в хексагонална алфа-фаза при повишени температури - състояние, което е благоприятно за структурни приложения.

Алуминият е естествен, изобилен и неизчерпаем материал, който се намира в повече от 15 % от земната кора, което го прави лесно достъпен на разумна цена в големи количества. Физичните и химичните свойства на алуминия зависят от неговия минерален състав и чистота; по-кристалният материал обикновено е по-здрав и има по-високи свойства на огнеупорност.

Електропроводимостта на алуминиевия оксид достига своя връх при 80 K, за разлика от медта, която достига своя връх при 100 K. Поради по-ниската топлопроводимост от този материал не трябва да се изграждат непрекъснато провеждащи трасета, тъй като те могат да внесат шум в бобините на пикапа и да причинят проблеми с бобините на пикапа.

Електропроводимостта измерва скоростта, с която свободните електрони се движат през даден материал. Тя може да се определи чрез измерване на температурата и съпротивлението на електрическите полета; в алуминиевия оксид това явление се стимулира от вибрациите в кристалната му решетка при високи температури, което позволява на свободните електрони да се движат по-лесно през кристалната решетка, измервано като ток. Проводимостта на алуминия зависи от неговия минерален състав и използвания метод на обработка.

Влага

Съдържанието на влага в алуминиевата керамика и други материали е от основно значение за техните свойства, като оказва влияние върху всичко - от образуването на кристали и морфологията им до проводимостта и общата проводимост. Анализаторите на влагата, като например AMH43 Moisture Determination Analyzer на LECO Corporation, са точен начин за измерване на влагата по този начин; използвайки прецизни везни, високотемпературни процеси на сушене и усъвършенстван софтуер, те предлагат прецизни възможности за измерване на влагата в керамични материали, както и други форми на анализ на материали.

Алуминият се отличава с изключително ниска плътност за оксидна керамика, което го прави отличен материал за електрически приложения. Освен това алуминият има изключителна устойчивост на абразия и химическо въздействие, което го прави подходящ за високопроизводителни приложения, като например моторните спортове.

За разлика от другите метали, алуминият не реагира с киселини. Въпреки това той реагира с флуороводородна киселина и образува алуминиев хлорид; поради това високата му корозионна устойчивост и твърдост осигуряват отлични свойства на устойчивост на износване.

Йони на алуминиевия оксид във водни разтвори съществуват като шестобактериални катиони (Al3+). Те отдават протони на водните молекули, което води до хидролиза, докато в разтвора се образува утайка от алуминиев хидроксид. Освен това шествалентните катиони спомагат за избистрянето на водата.

С повишаване на температурата на алуминиевия оксид електропроводимостта му намалява. Това се дължи на отслабването на йонната връзка между алуминиевите атоми, която позволява на електроните да се движат по-свободно, което позволява да се образуват проводящи пътища.

Алуминиевата керамика е инертен материал, устойчив на химически реагенти, което я прави безопасна и идеална за приложения с биоматериали. Алуминиевият оксид има многобройни приложения като изкуствени стави, костни дистанционери и кохлеарни импланти; неговата способност за оформяне го прави подходящ и за производство на тръби, както и за механична обработка на научни продукти. Освен това неговата обработваемост прави алуминиевата керамика отличен вариант при подмяната на части от човешкото тяло.

Алуминият е изключителен изолатор и може да издържа на изключително високи токове, без да бъде засегнат. Освен това неговата устойчивост на износване е висока, като добре устоява на механични повреди. Освен това алуминият остава инертен при високи температури, което го прави подходящ за химически производствени процеси и вакуумни приложения.

Корозия

За разлика от чистия алуминий, който спонтанно се окислява на въздуха и с течение на времето става пирофорен, алуминият има непроницаем оксиден слой, който го предпазва от по-нататъшно окисляване и защитава металното му ядро от по-нататъшно окисляване. Това позволява алуминият да се използва в много различни приложения и да се предотвратява корозията; непропускливият оксиден слой прави алуминия устойчив на повечето киселини, а отличните му механични свойства включват висока твърдост и якост на разрушаване, които го правят превъзходен избор на материал за оборудване за химическа и електрохимическа обработка; свойствата на електрическата изолация се запазват дори при високи температури; следователно високата температура на топене и свойствата на устойчивост на износване правят алуминия отличен избор на материал!

Алуминият може да се използва за производството на различни продукти, като например електрически изолатори, керамика, стъкло и горивни клетки. Той се използва широко и като съставка за облицовъчни тръби за пещи и тръби за лабораторни инструменти; неговият оксиден слой е устойчив на киселинна корозия, като често е покрит с хром или никел за допълнително увеличаване на устойчивостта на износване. Освен това алуминиевият оксид представлява ефективна шлифовъчна среда, която може да се обработва с помощта на диамантени инструменти.

Корозията на алуминиевия оксид може да приеме различни форми в зависимост от околната среда и условията на излагане. Ерозионната корозия е една от тези форми, често срещана, когато алуминиевите сплави са изложени на въздействието на вода в тежка химическа среда; нейните ефекти се ускоряват от скоростта, нивото на рН, съдържанието на силициев диоксид и наличието на карбонати във водата.

Галваничната корозия (или корозията на разнородни метали) е значителна заплаха за алуминия, тъй като отслабва здравината му и увеличава податливостта му на напукване под напрежение. За да се намали нейното въздействие, алуминият трябва да избягва пряк контакт с други метали или да инсталира изолационна бариера около себе си.

Корозията в цепнатини е друга форма на алуминиева корозия, която често се появява в тесни пукнатини от умора между части на алуминиева конструкция. Корозията в цепнатини се храни с кислород, като разширява пукнатините от умора и в крайна сметка води до разрушаване на алуминиевата конструкция.

Учените, занимаващи се с корозия, могат да наблюдават работата на керамиката с алуминиев оксид по-точно, отколкото чрез традиционните методи за изпитване на загубата на тегло, като измерват елуирането на йони по време на потапяне в различни концентрации на киселинни разтвори. Атомно-абсорбционната спектрометрия позволява на изследователите да анализират това количество, елуирано от образците, като изследват Al3+, Mg2+, Ca2+, Na+ и Si4+, които са се отмили.