Je oxid hlinitý vodivý?

Hliník je technická keramika s vynikajícími mechanickými vlastnostmi, jako je pevnost, žárupevnost a chemická stabilita. Kromě toho je díky své tepelné vodivosti a odolnosti vůči vysokým teplotám atraktivním materiálem.

Při nižších teplotách se iontová vazba v oxidu hlinitém mění v elektronický izolant, ale při vyšších teplotách se mění v iontový vodič.

Vodivost

Oxid hlinitý, častěji označovaný jako oxid hlinitý, je odolný technický keramický materiál s řadou životně důležitých a společensky prospěšných aplikací. Výroba oxidu hlinitého probíhá v průmyslovém měřítku z přirozeně se vyskytujících ložisek minerálu bauxitu s různými fyzikálními, chemickými a tepelnými vlastnostmi.

Hliník je výjimečně odolný materiál, který se vyznačuje vysokou mechanickou pevností, chemickou stabilitou a tepelnou vodivostí - díky těmto vlastnostem je ideální pro použití v náročných prostředích, kde teploty dosahují extrémních výšek. Jeho nízký koeficient tepelné roztažnosti navíc přidává další úroveň ochrany před tepelnými šoky.

Elektrická vodivost oxidu hlinitého vyplývá z jeho kovového složení; všechny kovy jsou vynikajícími elektrickými vodiči. Jako jeden ze čtvrtých nejvodivějších kovů na světě je oxid hlinitý atraktivní součástí pro výrobu elektroniky a obalů.

Hliník se vyznačuje vynikající iontovou vodivostí. Jeho složení se skládá z hliníkových kationtů Al3+ obklopených kyslíkovými anionty O2-, které vytvářejí mřížkovou strukturu s pravidelnými hexagonálními vzory a poskytují dostatečný povrch pro absorpci a vazbu iontů - což vede k lepší iontové vodivosti, než jaké lze dosáhnout u mnoha jiných keramických materiálů.

Elektrická vodivost oxidu hlinitého se liší v závislosti na jeho čistotě a použitých přísadách a jsou k dispozici různé druhy od čistého oxidu hlinitého řady 1000 až po řadu 8000 s vylepšenými vlastnostmi, jako je zvýšená vodivost (třída EC má vynikající elektrickou vodivost 61% IACS); ta však stále zdaleka nedosahuje vodivosti mědi (přibližně 385 W/mK).

Úroveň čistoty oxidu hlinitého ovlivňuje jeho vodivost, mechanické a žáruvzdorné vlastnosti, takže výrobci jej obvykle vyrábějí podle určitých norem čistoty. Společnost Centerline vyrábí hliníky s čistotou 99,5% až 98% pro speciální aplikace; obraťte se na nás se svými požadavky, abychom pro vás našli ten nejvhodnější.

Teplota

Oxid hlinitý (Al2O3) je extrémně odolná technická keramika používaná pro řadu aplikací. Vyznačuje se chemickou stabilitou, odolností vůči vysokým teplotám a biologickou inertností, jakož i dobrou odolností vůči korozi kyselých a zásaditých chemikálií při zvýšených teplotách. Kromě toho je jeho tepelná vodivost srovnatelná s grafitem a poskytuje vynikající elektrické izolační vlastnosti, takže Al2O3 je vynikajícím materiálem pro ochranu termočlánků při měření vysokých teplot.

Hliník je velmi oblíbeným materiálem pro průmyslové aplikace díky své vynikající mechanické pevnosti, odolnosti proti opotřebení a erozi. Díky svým vlastnostem odolným proti otěru je oxid hlinitý vhodný pro destičky a výrobky odolné proti opotřebení. Kromě toho jeho vysokoteplotní elektroizolační vlastnosti hrají klíčovou roli v elektrotechnických aplikacích, přičemž stupně vyšší čistoty nabízejí zvýšený elektrický odpor.

Žádoucí vlastnosti oxidu hlinitého vyplývají z jeho silné meziatomové vazby mezi kovovým hliníkem a ionty kyslíku, což vede k žádoucím vlastnostem materiálu, jako je vysoký bod tání, tvrdost, dielektrické vlastnosti a žáruvzdornost. Hliník existuje ve více krystalických fázích, které se při zvýšených teplotách nevratně vracejí zpět do hexagonální alfa fáze, což je výhodný stav pro konstrukční aplikace.

Hliník je přírodní, hojný a nevyčerpatelný materiál, který se nachází ve více než 15 % zemské kůry, takže je snadno dostupný za rozumnou cenu ve velkém množství. Fyzikální a chemické vlastnosti oxidu hlinitého závisí na jeho minerálním složení a čistotě; krystaličtější materiál bývá pevnější a má vyšší lámavost.

Elektrická vodivost oxidu hlinitého dosahuje maxima při 80 K, na rozdíl od mědi, která dosahuje maxima při 100 K. Vzhledem k nižší tepelné vodivosti by v tomto materiálu neměly být konstruovány trvale vodivé cesty, protože by mohly vnášet šum do sběrných cívek a způsobovat problémy se sběrnými cívkami.

Elektrická vodivost měří rychlost pohybu volných elektronů materiálem. Lze ji určit měřením teploty a odporu vůči elektrickému poli; u oxidu hlinitého je tento jev podporován vibracemi v jeho krystalové mřížce při vysokých teplotách, což umožňuje volným elektronům snadnější pohyb přes krystalovou mřížku, měřený jako proud. Vodivost oxidu hlinitého závisí na jeho minerálním složení a použité metodě zpracování.

Vlhkost

Obsah vlhkosti v korundové keramice a dalších materiálech má zásadní vliv na jejich vlastnosti, od tvorby a morfologie krystalů až po vodivost a celkovou vodivost. Analyzátory vlhkosti, jako je analyzátor AMH43 společnosti LECO Corporation, představují přesný způsob měření vlhkosti tímto způsobem; pomocí přesných vah, vysokoteplotních sušících procesů a pokročilého softwaru nabízejí přesné možnosti měření vlhkosti v keramických materiálech i jiných formách analýzy materiálů.

Oxid hlinitý má na oxidovou keramiku výjimečně nízkou hustotu, což z něj činí vynikající materiál pro elektrotechnické aplikace. Hliník má také vynikající odolnost proti otěru a chemickým vlivům, takže je vhodný pro vysoce výkonné použití, například v motoristickém sportu.

Na rozdíl od jiných kovů nereaguje oxid hlinitý s kyselinami. Reaguje však s kyselinou fluorovodíkovou a vytváří chlorid hlinitý; proto má vysokou odolnost proti korozi a tvrdost, což mu zajišťuje vynikající otěruvzdornost.

Ionty oxidu hlinitého se ve vodných roztocích vyskytují jako šestivodíkové kationty (Al3+). Donují protony molekulám vody, což způsobuje hydrolýzu, až se v roztoku vytvoří sraženina hydroxidu hlinitého. Kromě toho hexakva kationty napomáhají čiření vody.

S rostoucí teplotou oxidu hlinitého klesá jeho elektrická vodivost. To je způsobeno oslabením iontové vazby mezi atomy hliníku, která umožňuje volnější pohyb elektronů a vznik vodivých drah.

Keramika z oxidu hlinitého je inertní materiál odolný vůči chemickým činidlům, takže je bezpečný a ideální pro biomateriálové aplikace. Hliník má mnohostranné využití jako umělé klouby, kostní distanční vložky a kochleární implantáty; díky své tvarovatelnosti je vhodný také pro výrobu trubek a obrábění pro vědecké výrobky. Díky své obrobitelnosti je navíc keramika z oxidu hlinitého vynikající volbou při nahrazování částí lidského těla.

Hliník je vynikající izolant a snese extrémně vysoké proudy, aniž by byl ovlivněn. Kromě toho má vysokou odolnost proti otěru a dobře odolává mechanickému poškození. Kromě toho zůstává oxid hlinitý inertní i při vysokých teplotách, takže je vhodný pro chemické výrobní procesy a vakuové aplikace.

Koroze

Na rozdíl od čistého hliníku, který na vzduchu samovolně oxiduje a časem se stává pyroforickým, má oxid hlinitý nepropustnou vrstvu oxidu, která jej chrání před další oxidací a chrání jeho kovové jádro před další oxidací. Díky tomu lze oxid hlinitý používat v mnoha různých aplikacích a předcházet korozi; nepropustná vrstva oxidu hlinitého také zajišťuje jeho odolnost vůči většině kyselin, zatímco jeho vynikající mechanické vlastnosti zahrnují vysokou tvrdost a lomovou houževnatost, díky nimž je vynikající volbou materiálu pro zařízení pro chemické a elektrochemické zpracování; elektrické izolační vlastnosti zůstávají zachovány i při vysokých teplotách; proto je oxid hlinitý díky svému vysokému bodu tání a vlastnostem odolným proti otěru vynikající volbou materiálu!

Z oxidu hlinitého lze vyrábět různé výrobky, například elektrické izolátory, keramiku, sklo a palivové články. Je také široce používán jako složka vyzdívek pecí a trubek laboratorních přístrojů; jeho oxidová vrstva odolává kyselé korozi a zároveň je často potažen chromem nebo niklem, aby se dále zvýšila odolnost proti otěru. Kromě toho je oxid hlinitý účinným brusným materiálem, který lze opracovávat diamantovými nástroji.

Koroze oxidu hlinitého může mít různé formy v závislosti na prostředí a podmínkách expozice. Jednou z těchto forem je eroze, která se často vyskytuje, když jsou hliníkové slitiny vystaveny působení vody v náročném chemickém prostředí; její účinky urychluje rychlost proudění, úroveň pH, obsah oxidu křemičitého a přítomnost uhličitanů ve vodě.

Galvanická koroze (neboli koroze různorodých kovů) představuje pro hliník významnou hrozbu, protože oslabuje jeho pevnost a zvyšuje náchylnost k praskání pod napětím. Pro zmírnění jejích účinků by se měl hliník vyhnout přímému kontaktu s jinými kovy nebo kolem sebe instalovat izolační bariéru.

Štěrbinová koroze je další formou koroze hliníku, která se často vyskytuje v úzkých únavových trhlinách mezi částmi hliníkové konstrukce. Štěrbinová koroze se živí kyslíkem, rozšiřuje únavové trhliny a nakonec vede k selhání hliníkové konstrukce.

Vědci zabývající se korozí mohou sledovat výkonnost keramiky z oxidu hlinitého přesněji než tradičními metodami testování úbytku hmotnosti měřením elučních iontů během ponoření do různých koncentrací roztoků kyselin. Atomová absorpční spektrometrie umožňuje vědcům analyzovat toto množství vyluhovaných iontů ze vzorků testováním Al3+, Mg2+, Ca2+, Na+ a Si4+, které se vyluhovaly.