Tepelná kapacita oxidu hlinitého

Tepelná kapacita označuje energii potřebnou ke zvýšení teploty látky o jeden stupeň Celsia a měří se v joulech na kilogram materiálu.

Společnost CoorsTek nabízí řadu výrobků z oxidu hlinitého s výjimečnou odolností proti tepelným šokům. Macor je pokročilý materiál, který nabízí vynikající výkon při vyšších teplotách.

Teplota

Tepelná kapacita označuje energii potřebnou ke zvýšení teploty látky o jeden stupeň Celsia a lze ji také vyjádřit jako měrnou tepelnou kapacitu nebo energii na jednotku hmotnosti látky. Kovy mají obvykle vyšší měrnou tepelnou kapacitu než polymery nebo keramika a obvykle se vyznačují velkými body tání s minimální tepelnou roztažností - tyto vlastnosti je předurčují k mnoha průmyslovým použitím.

Hliník má přibližné měrné teplo přibližně 900 J/kg C, což je vyšší hodnota než u mnoha kovů, jako je měď a stříbro, a to díky hustě uspořádaným atomům, které usnadňují vedení. Na druhou stranu je jeho měrné teplo nižší než u mnoha minerálů, jako je písek nebo vápenec, protože jejich méně zabalené atomy ztěžují přenos tepla.

Hliník je izolant a může pomoci snížit teplotu v jakémkoli pracovním prostoru, avšak pro bezpečné použití je třeba s ním zacházet opatrně a s příslušným vybavením a bezpečnostními opatřeními. Při jeho umístění v blízkosti horkých povrchů je třeba jej držet v dostatečné vzdálenosti, aby byli uživatelé chráněni, a nikdy se nesmí dotýkat žádného zapnutého topného prvku; v případě popálení pokožky by mělo dojít k okamžitému opláchnutí za použití studené vody, která pomáhá zklidnit postižená místa.

Měrné teplo oxidu hlinitého ovlivňuje řada faktorů, včetně podílu fáze g a pórovitosti. S rostoucí teplotou jeho měrné teplo klesá, což vede ke snížení tepelné vodivosti a difuzivity v důsledku fázové přeměny mezi fázemi a a g.

Protože měrné teplo oxidu hlinitého závisí na teplotě kalcinace, provedlo několik výzkumných skupin studie zahrnující vzorky kalcinované při různých teplotách, aby zjistily, jak teplota ovlivňuje jeho tepelné vlastnosti a v konečném důsledku měrné teplo oxidu hlinitého a další termodynamické parametry. V důsledku toho několik výzkumných skupin provedlo rozsáhlé výzkumy vzorků kalcinovaných při různých teplotách, aby lépe pochopily jejich vliv na tepelné vlastnosti a měrné teplo. To vedlo k lepšímu pochopení vlivu teploty na měrné teplo a další termodynamické parametry měrného tepla a dalších termodynamických parametrů obecně.

Tlak

Oxid hlinitý (Al2O3) je technický keramický materiál, který se hojně využívá díky svým vynikajícím vlastnostem za přijatelnou cenu. Hliník se vyznačuje vynikající mechanickou pevností, pevností v tlaku, tvrdostí, odolností proti korozi a opotřebení a nízkou tepelnou roztažností; navíc je chemicky inertní a biokompatibilní a má rovněž nízkou tepelnou roztažnost. Měrná tepelná kapacita oxidu hlinitého znamená, že absorbuje velké množství energie při jakékoli teplotě; navíc má poměrně vysokou tepelnou vodivost 30-35 W/mK, což jej činí vhodným pro mnohostranné použití v průmyslu.

Měrná tepelná kapacita oxidu hlinitého závisí na jeho teplotě, tlaku a počtu atomů na jednotku objemu. Vzorec pro jeho měrnou tepelnou kapacitu lze vyjádřit jako Cp = H/N, kde H je latentní výparné teplo, N je počet atomů ve vzorku a T jeho teplota; pomocí tohoto přístupu Debyeův model odhaduje jeho měrné teplo při konstantním objemu a teplotě.

V porovnání s hexagonálním ledem má oxid hlinitý nižší schopnost absorbovat vodu při vyšších teplotách, což je způsobeno drsnějším povrchem a většími intersticiálními prostory na jeho iontech než na iontech hexagonálního ledu, kterým trvá déle, než difundují z jeho nitra na povrch a pak zpět. Při teplotách nižších, než je teplota rozkladu oxidu hlinitého, se však voda může rychle vstřebávat do jeho pórů.

Pro stanovení měrné tepelné kapacity oxidu hlinitého je nejlepší použít elektrický ponorný ohřívač. Za tímto účelem umístěte teploměr do středového otvoru bloku, připojte jej k ampérmetru a voltmetru, zapněte ohřívač, nechte jej ohřívat blok po dobu 10 minut, změřte jeho teplotu a výsledky zaznamenejte; k výpočtu měrné tepelné kapacity materiálu použijte rovnici Cp = H/N.

Přídavek nanočástic může zvýšit tepelnou vodivost kapalin, ale zatím nebylo dosaženo shody ohledně jejich vlivu na měrnou tepelnou kapacitu. Inženýři by proto měli studovat, jak se mění měrná tepelná kapacita oxidu hlinitého v závislosti na teplotě, aby mohli navrhovat systémy, které fungují efektivně za různých okolností a snižují rizika teplotního gradientu v aplikacích chlazení/ohřevu.

Pórovitost

Hliník je keramický materiál s vysokou měrnou tepelnou kapacitou. Díky své chemické a tepelné stabilitě se s oblibou používá v různých průmyslových odvětvích, zatímco jeho odolnost vůči mnoha chemikáliím a činidlům jej činí odolným. Hliník se také může pochlubit vynikající tepelnou vodivostí, díky níž je vhodný pro izolační aplikace; jeho vodivost závisí na mikrostruktuře a faktorech pórovitosti, protože velká část fáze g s nižší pórovitostí má vyšší měrnou tepelnou kapacitu než ostatní; v důsledku toho je nezbytné před použitím v jakékoli aplikaci nebo projektu určit teplotu jeho slinování.

Povlaky oxidu hlinitého stříkané vzduchem (APS) jsou všeobecně uznávané pro svou odolnost vůči nízkoteplotním tepelným cyklům, avšak kvůli své složité struktuře a drsnosti rozhraní jsou náchylné k delaminaci a šíření trhlin. Tyto aspekty byly zkoumány v mnoha studiích, většina z nich se však zaměřila na ploché vzorky nebo matematicky modelované drsnosti, nikoli na skutečnou morfologii povlaku.

Tato studie zkoumá vliv různých teplot spékání na měrnou tepelnou kapacitu a tepelnou vodivost dvou komerčních druhů oxidu hlinitého s proměnlivou objemovou hmotností, přičemž jako případové studie používá dva komerční druhy. Výsledky charakterizace ukazují silný vztah mezi kapacitou pro ukládání energie a obsahem frakce fáze g vedle pórovitosti pro zvýšení kapacity pro ukládání energie a mechanických vlastností oxidu hlinitého.

Při teplotě 900 stupňů C byly testovány vzorky oxidu hlinitého s různým poměrem a hustotou g-fází a pórovitostí, aby se vyhodnotila jejich výkonnost. Vzorky s vyšším podílem g-fází a nižší pórovitostí vykazovaly nižší hmotnostní měrné tepelné kapacity i tepelnou vodivost než vzorky s menším podílem g-fází a vyšší pórovitostí.

Cílem této studie bylo vytvořit vysoce porézní oxid hlinitý pomocí metody gelování suspenze (GS). Výsledky ukázaly, že vyrobené pěny oxidu hlinitého měly průměrnou velikost pórů 1,2 mm, přestože se jednalo o uzavřené buňky; fotografie buněčné struktury pro různé objemové hustoty jsou uvedeny na obr. 4. Pro zjištění této průměrné velikosti pórů byla v rámci jejich stanovení provedena měření tloušťky a průměru stěny.

Reaktivita

Oxid hlinitý (označovaný také jako aluminia) je oxidová keramika s vynikajícími elektroizolačními a mechanickými vlastnostmi, jako je tvrdost a odolnost proti opotřebení, spolu s relativně vysokou tepelnou vodivostí pro technickou keramiku. K dispozici je řada velikostí a tvarů částic, což umožňuje vytvářet z něj odlévací materiály, žáruvzdorné materiály a extrudované výrobky. Hliník se také může pochlubit silnými korozivzdornými vlastnostmi a je velmi tvrdý; díky tomu se s oblibou používá při výrobě kovového hliníku nebo jako brusný materiál, kromě toho, že se využívá pro použití při výrobě kovového hliníku nebo pro použití v keramických aplikacích, jako je výroba kovového hliníku nebo výrobní aplikace, jako je tomu jinde v keramických aplikacích, jako je výroba hliníku.

Reaktivita tepelné kapacity oxidu hlinitého je dána chemickým složením jeho povrchu a přítomností defektů nebo dislokací, např. dislokací. Reaktivitu lze definovat jako jeho schopnost uvolňovat ionty nebo elektrony prostřednictvím oxidačních reakcí; oxid hlinitý je vysoce reaktivní, ale tato reaktivita je omezena díky ochranné pasivní vrstvě oxidu, která jej obklopuje a která brání přímé reakci s okolním kyslíkem; to umožňuje přeměnu tepelně kapacitního oxidu hlinitého na kovový hliník prostřednictvím Hall-Heroultova procesu.

Díky svým schopnostem uvolňovat energii při oxidačních reakcích může oxid hlinitý sloužit jako vynikající energetický materiál v tuhých palivech a pohonných hmotách. Pro další zvýšení jeho reaktivity musí nejprve dojít k předběžné aktivaci organickými nebo anorganickými sloučeninami, aby tento materiál fungoval optimálně. Reaktivitu lze také zvýšit úpravou kyselými nebo zásaditými roztoky; kyselé roztoky mají tendenci vytvářet reaktivnější materiály, zatímco zásadité úpravy mají tendenci činit oxid hlinitý stabilnějším a méně reaktivním.

Přídavek dusíku může dále zvýšit reaktivitu oxidu hlinitého, zajistit mu zvýšenou stabilitu oxidů a snížit rychlost uvolňování iontů z něj. Tyto vlastnosti jsou zvláště cenné při použití jako substrát pro integrované obvody a supravodivá zařízení, jako jsou jednoelektronové tranzistory a kvantová interferenční zařízení. Alternativně lze jeho reaktivitu zvýšit také vytvořením kompozitního cermetu oxidu hlinitého a chromu, který se používá jako materiál pro obložení stěn v zařízeních CSP, a to jak díky odolnosti proti tečení a houževnatosti, tak díky vysoké reaktivitě z obou prvků.