Výhody tepelné vodivosti oxidu hlinitého

Oxid hlinitý (Al2O3) je jedním z nejrozšířenějších oxidových keramických materiálů, který se vyznačuje vynikajícími vlastnostmi, jako je mechanická pevnost, tvrdost, žáruvzdornost, dielektrické vlastnosti při pokojových i zvýšených teplotách a tepelná vodivost.

Tepelně izotropní keramika je vynikající volbou materiálu pro izolační aplikace. To znamená, že její vodivost zůstává relativně stálá v různých orientacích krystalů, takže je vhodná pro aplikace, které vyžadují tepelnou regulaci nebo ochranu před přímými zdroji tepla.

Hliník je vysokoteplotní materiál.

Hliník je výjimečný vysokoteplotní materiál s vynikajícími elektrickými a tepelnými vlastnostmi, díky nimž je nezbytný v mnoha vysokoteplotních aplikacích, jako jsou pece, sušárny a další zařízení. Kromě toho oxid hlinitý dobře odolává korozi a chemickým útokům, takže je vhodný pro korozivní a horké prostředí.

Chemická struktura oxidu hlinitého umožňuje, aby zůstal pružný i při vysokých teplotách, a je tak vhodný pro náročné průmyslové procesy, jako je výroba, výroba energie a výzkum. Hliník je vynikající náhradou oceli, chromu a dalších kovů a může se pochlubit extrémní tvrdostí, odolností proti otěru a tepelnou vodivostí, které z něj činí vynikající materiál.

Bauxit se vyskytuje v několika formách, od nativního bauxitu a lateritových ložisek až po jeho silikátové formy v jílových minerálech, jako je gibbsit a diaspor, nebo se vyskytuje jako ložisko v živcích a kyanitu.

Hliník lze snadno tvarovat do různých tvarů a velikostí pro výrobu a zároveň je vynikajícím izolantem, což z něj činí ideální materiál pro použití při vysokých teplotách. Hliníkové tyče lze vyrábět pro řezání a broušení, zatímco kuličky lze využít jako povlaky nebo laboratorní nádobí.

Ačkoli má oxid hlinitý nízkou elektrickou vodivost, jeho bod tání přibližně 2 050 stupňů Celsia (3 700 stupňů F) jej činí vhodným pro prostředí s vysokou teplotou. Vynikající pevnost, odolnost proti otěru a elektroizolační vlastnosti oxidu hlinitého z něj rovněž činí cenný materiál v keramických výrobcích, které se z něj vyrábějí.

Toto chování lze vysvětlit tvorbou alfa fáze oxidu hlinitého během reakce v pevné fázi. Alfa fáze oxidu hlinitého patří mezi nejpevnější a nejtužší oxidové keramiky; má vysokou pevnost a extrémní tvrdost (9 stupňů Mohsovy stupnice). Kromě toho je díky své odolnosti vůči chemickým útokům velmi žádoucí.

Mechanické vlastnosti oxidu hlinitého do značné míry závisí na jeho mikrostruktuře a množství rutilu, který obsahuje, přičemž ty, které obsahují 10 hmotnostních procent, jsou nejpevnější díky tvorbě AT částic s většími zrny v kompozitech.

Je izotropní

Oxid hlinitý je mimořádně univerzální keramický materiál s nízkou elektrickou vodivostí, vysokou pevností, extrémní tvrdostí a vynikajícími tepelnými vlastnostmi. Díky své obrobitelnosti a odolnosti proti korozi je vynikajícím substrátovým materiálem pro výrobu polovodičů, laserů, přesné optiky a také pro odvod tepla v lékařských přístrojích (sondy), přičemž stále nabízí elektrickou bezpečnost. Hliník nachází široké uplatnění v leteckém průmyslu, jaderné energetice, průmyslovém vytápění a při výrobě těsnicích materiálů typu sklo-kov pro ochranu palivových potrubí před opotřebením v uhelných elektrárnách.

Přestože má oxid hlinitý mnoho pozitivních vlastností, může být díky své pevnosti náchylný k prasknutí. Zlepšení houževnatosti keramiky proto obvykle zahrnuje přidání tvárné fáze, která rozptýlí napětí a rovnoměrněji rozloží energii trhliny - to však obvykle vede ke snížení pevnosti a tuhosti a také ke snížení výkonu při kryogenních teplotách.

Pro řešení těchto problémů se vytvářejí nanokompozity na bázi oxidu hlinitého, aby se zlepšily jeho mechanické vlastnosti a zvýšila houževnatost. Zpevňující materiály, jako je karbid titanu (TiC), zirkon (ZrO2), karbid křemíku (SiC) a uhlíkové nanotrubičky (CNT), zvyšují pevnost v tahu a houževnatost i tepelnou vodivost oxidu hlinitého.

Pochopit, že tepelná vodivost materiálů se mění v závislosti na teplotě; vyšší teploty mají za následek nižší tepelnou vodivost, a proto je výběr vhodných materiálů pro konkrétní aplikace kritickým úkolem.

Hliník je vynikající elektrický izolant a lze jej využít jako tunelovou bariéru v supravodivých zařízeních, jako jsou jednoelektronové tranzistory a supravodivá kvantová interferenční zařízení. Kromě toho se povlaky oxidu hlinitého ukázaly jako přínosné pro zlepšení výkonu solárních článků. Kromě toho se z oxidu hlinitého vyrábějí hliníkové dlaždice, které se používají k ochraně palivových potrubí a kouřových plynů v uhelných elektrárnách před opotřebením; jejich trvanlivost musí odolávat náročným chemickým podmínkám pro dlouhodobou ochranu zranitelných oblastí.

Je dobrým vodičem tepla

Hliník je vynikající vodič tepla, který je schopen pracovat při vysokých teplotách, aniž by se poškodil, a je proto nepostradatelný v mnoha průmyslových odvětvích. Hliníkové dráty využívají hliník k přenosu elektrické energie. Při výrobě polovodičů má podobnou vodivost jako měď, ale váží podstatně méně; navíc zůstává vysoce stabilní při nižších teplotách, takže je vhodný pro kryogenní aplikace.

Hliníková keramika je díky své schopnosti odolávat vysokému napětí a korozi v drsném prostředí vynikajícím elektroizolačním materiálem. Jejich vynikající tepelná vodivost navíc pomáhá udržovat obvody chladné - tato vlastnost je důležitá zejména v elektronice a v aplikacích letecké a kosmické techniky s vysokou hustotou výkonu, které vyžadují účinná chladicí řešení.

Ačkoli se oxid hlinitý může pochlubit vynikající vodivostí, má oproti jiným kovům jednu nevýhodu: Na hliníku se vytváří vrstva oxidu, která mu brání ve vedení elektřiny. Tato vrstva oxidů slouží jako přirozená ochrana proti korozi, ale zároveň narušuje vodivost. Naštěstí lze tuto vrstvu odstranit buď otěrem, nebo chemickou úpravou a vznikne alfa-alumín, který má mnoho žádoucích vlastností: tvrdost, tepelnou vodivost a chemické útoky, jako je kyselina fluorovodíková, jsou jen některé z nich.

Vodivost oxidu hlinitého se mění v závislosti na jeho složení a teplotě; vyšší třídy mají obvykle lepší vodivost než nižší třídy; oxid hlinitý pro lékařské účely má vodivost v rozmezí 26-30 W/mK, což se blíží vodivosti mědi, ale zdaleka nedosahuje vodivosti stříbra. Tepelná vodivost se zvyšuje s rostoucí čistotou a fázovou stabilitou materiálu, zatímco jeho tepelná izotropie poskytuje významné výhody oproti materiálům, jako je grafit, které mají méně rovnoměrnou vodivost napříč orientací krystalů.

Hliníková vlákna jsou výjimečným materiálem, který je ideální pro četná průmyslová použití. Díky své odolnosti vůči korozi a vynikajícím elektroizolačním a tepelně izolačním vlastnostem je korundové vlákno vynikající volbou pro výztuž do betonu, elektrickou izolaci a tepelné štíty, komponenty odolné proti opotřebení i aplikace odolné proti opotřebení. Obliba hliníkových vláken by měla v příštích letech jen růst, protože nabízejí mnoho průmyslových využití.

Je dobrým tepelným izolantem

Hliník je výjimečný tepelný izolant, který má vysokou mechanickou pevnost, tvrdost a odolnost proti korozi. Jako takový je ideálním materiálem pro výrobu součástí odolných proti opotřebení a díky vynikající tepelné stabilitě je vhodný pro průmyslové, lékařské a letecké použití.

Oxid hlinitý je univerzální technický keramický materiál s mnoha možnostmi použití. Obecně se dělí podle obsahu oxidu hlinitého a stupně čistoty - materiály s vyšší čistotou obecně vykazují lepší vlastnosti.

Tepelná vodivost oxidu hlinitého je dána jeho krystalickou strukturou, hustotou, pórovitostí a fázovou transformací během spékání. Tepelná vodivost se zvyšuje s rostoucí čistotou a zároveň klesá s teplotou; jeho elektrické vlastnosti a dielektrický ztrátový faktor se zlepšují s dalším zvyšováním čistoty, stejně jako jeho odolnost proti otěru a erozi.

Vysoce čistý oxid hlinitý má lepší vlastnosti elektrické a tepelné vodivosti díky nižšímu podílu fáze g a nižší pórovitosti a je také odolnější vůči fázové přeměně během spékání, takže je vhodný pro celou řadu prostředí a je vysoce obrobitelným keramickým materiálem.

Společnost CoorsTek navrhla více než sto složení oxidu hlinitého na míru, která jsou speciálně uzpůsobena pro konkrétní aplikace, s obsahem oxidu hlinitého 80-98% nebo vyšším a mikrostrukturou přizpůsobenou požadavkům konkrétních prostředí.

Kromě fyzikálních vlastností závisí tepelná vodivost oxidu hlinitého také na jeho velikosti a teplotě. Hliníky s většími krystaly mají zpravidla nižší tepelnou vodivost než ty s menšími krystaly, protože těsněji zabalené částice mají větší hustotu, což vede k lepší tepelné vodivosti.

Hliník se obvykle vyrábí jako materiál bílé barvy, jeho barva se však liší v závislosti na surovinách a podmínkách spékání. Hliník lze tvarovat vstřikováním, lisováním pod tlakem, izostatickým lisováním nebo technikou kluzného lití a vyrábět pomocí pokročilých technik obrábění na zeleno a na sucho; navíc jej lze spojovat s kovy a keramikou metodami pájení a metalizace.