Er aluminiumoxid ledende?

Aluminiumoxid er en teknisk keramik med fremragende mekaniske egenskaber som styrke, ildfasthed og kemisk stabilitet. Desuden gør dets varmeledningsevne og modstandsdygtighed over for høje temperaturer det til et attraktivt materiale.

Ved lavere temperaturer gør den ioniske binding i aluminiumoxid det til en elektronisk isolator, men ved højere temperaturer bliver det til en ionisk leder.

Ledningsevne

Aluminiumoxid, bedre kendt som alumina, er et slidstærkt teknisk keramisk materiale med mange livsforbedrende og samfundsberigende anvendelser. Aluminiumoxid produceres i industriel skala fra naturligt forekommende mineralske bauxitforekomster med forskellige fysiske, kemiske og termiske egenskaber.

Aluminiumoxid er et usædvanligt holdbart materiale med høj mekanisk styrke, kemisk stabilitet og varmeledningsevne - egenskaber, der gør det ideelt til brug i krævende miljøer, hvor temperaturerne når ekstreme højder. Desuden giver den lave varmeudvidelseskoefficient endnu et niveau af beskyttelse mod termisk chok.

Aluminas elektriske ledningsevne skyldes dets metalliske sammensætning; alle metaller er fremragende elektriske ledere. Som et af de fjerde mest ledende metaller i verden er aluminiumoxid en attraktiv komponent til elektronikproduktion og emballage.

Aluminiumoxid skiller sig ud ved at have en enestående ionisk ledningsevne. Dets sammensætning består af aluminiumkationer Al3+ omgivet af oxygenanioner O2-, hvilket skaber en gitterstruktur med regelmæssige sekskantede mønstre og giver rigeligt med overfladeareal til at absorbere og binde ioner - hvilket fører til en bedre ionisk ledningsevne end mange andre keramiske materialer.

Den elektriske ledningsevne for aluminiumoxid varierer med renhedsgraden og de anvendte tilsætningsstoffer, og der findes forskellige kvaliteter lige fra ren aluminiumoxid i 1000-serien til 8000-serien med forbedrede egenskaber såsom forbedret ledningsevne (EC-kvalitet har en fremragende elektrisk ledningsevne på 61% IACS); dette er dog stadig langt fra kobberets ledningsevne (ca. 385W/mK).

Renhedsniveauer for aluminiumoxid påvirker dets ledningsevne, mekaniske og ildfaste egenskaber, så producenterne fremstiller det typisk i henhold til specifikke renhedsstandarder. Centerline fremstiller 99,5% ren op til 98% renhedsgraderet aluminiumoxid til specialanvendelser; kontakt os venligst med dine krav, så vi kan finde en, der passer bedst til dig.

Temperatur

Aluminiumoxid (Al2O3) er en ekstremt slidstærk teknisk keramik, der anvendes til en lang række formål. Det har kemisk stabilitet, modstandsdygtighed over for høje temperaturer og biologisk inerti samt god korrosionsbestandighed over for sure og basiske kemikalier ved høje temperaturer. Desuden kan dets varmeledningsevne sammenlignes med grafit, hvilket giver overlegne elektriske isoleringsegenskaber og gør Al2O3 til et fremragende materiale til beskyttelse af termoelementer ved højtemperaturmålinger.

Aluminiumoxid er et ekstremt populært materialevalg til industrielle anvendelser på grund af dets overlegne mekaniske styrke, slidstyrke og erosionsniveauer. Slidbestandige egenskaber gør aluminiumoxid velegnet til slidstærke skær og produkter. Desuden spiller dets elektriske isoleringsevne ved høje temperaturer en central rolle i elektrotekniske anvendelser, hvor højere renhedsgrader giver øget elektrisk resistivitet.

Aluminas ønskværdige egenskaber stammer fra den stærke interatomare binding mellem aluminiummetal og oxygenioner, hvilket giver anledning til ønskværdige materialeegenskaber som højt smeltepunkt, hårdhed, dielektriske egenskaber og ildfasthed. Aluminiumoxid findes i flere krystalfaser, som alle irreversibelt vender tilbage til den hexagonale alfa-fase ved høje temperaturer - en fordelagtig tilstand til strukturelle anvendelser.

Aluminiumoxid er et naturligt, rigeligt og uudtømmeligt materiale, der findes i mere end 15 procent af jordskorpen, hvilket gør det let tilgængeligt til rimelige priser i store mængder. Aluminas fysiske og kemiske egenskaber afhænger af dets mineralsammensætning og renhed; mere krystallinsk materiale har tendens til at være stærkere med højere ildfasthedsegenskaber.

Den elektriske ledningsevne for aluminiumoxid når sit højdepunkt ved 80 K, i modsætning til kobber, der når sit højdepunkt ved 100 K. På grund af den lavere varmeledningsevne bør der ikke konstrueres kontinuerligt ledende baner i dette materiale, da de kan introducere støj i pick-up-spoler og forårsage problemer med pick-up-spoler.

Elektrisk ledningsevne måler den hastighed, hvormed frie elektroner bevæger sig gennem et materiale. Den kan bestemmes ved at måle temperatur og modstandsdygtighed over for elektriske felter; i aluminiumoxid fremmes dette fænomen af vibrationer i krystalgitteret ved høje temperaturer, som gør det muligt for frie elektroner at bevæge sig lettere på tværs af krystalgitteret, målt som strøm. Aluminiumoxids ledningsevne afhænger af mineralsammensætningen og den anvendte behandlingsmetode.

Fugt

Fugtindholdet i aluminiumoxidkeramik og andre materialer er afgørende for deres egenskaber og påvirker alt fra krystaldannelse og morfologi til ledningsevne og den samlede ledningsevne. Fugtanalysatorer som LECO Corporations AMH43 Moisture Determination Analyzer er en nøjagtig måde at måle fugt på; ved hjælp af præcisionsvægte, højtemperaturtørringsprocesser og avanceret software giver de mulighed for præcis fugtmåling i keramiske materialer samt andre former for materialeanalyse.

Aluminiumoxid har en usædvanlig lav massefylde for en oxidkeramik, hvilket gør det til et fremragende materiale til elektriske anvendelser. Alumina har også en overlegen modstandsdygtighed over for slid og kemiske angreb, hvilket gør det velegnet til højtydende anvendelser som motorsport.

I modsætning til andre metaller reagerer aluminiumoxid ikke med syrer. Det reagerer dog med flussyre og producerer aluminiumklorid; derfor giver dets høje korrosionsbestandighed og hårdhed fremragende slidstyrkeegenskaber.

Aluminiumoxid-ioner i vandige opløsninger findes som hexaqua-kationer (Al3+). De donerer protoner til vandmolekyler og forårsager hydrolyse, indtil der dannes et bundfald af aluminiumhydroxid i opløsningen. Desuden hjælper hexaquakationerne med at klargøre vand.

Når aluminiumoxidets temperatur stiger, falder dets elektriske ledningsevne. Det skyldes, at ionbindingen mellem aluminiumatomerne svækkes, hvilket gør, at elektronerne kan bevæge sig mere frit, så der kan dannes ledende baner.

Aluminiumoxidkeramik er inerte materialer, der er modstandsdygtige over for kemiske reagenser, hvilket gør det sikkert og ideelt til biomaterialer. Aluminiumoxid har mange anvendelser som kunstige led, knogleafstandsholdere og cochlear-implantater; dets formbarhed gør det også velegnet til fremstilling af rør og til bearbejdning af videnskabelige produkter. Desuden gør bearbejdeligheden alumina-keramik til en fremragende mulighed, når man skal udskifte dele af menneskekroppen.

Aluminiumoxid er en fremragende isolator og kan modstå ekstremt høje strømme uden at blive påvirket. Derudover er dets slidstyrke høj og modstår mekaniske slidskader godt. Desuden forbliver aluminiumoxid inert ved høje temperaturer, hvilket gør det velegnet til kemiske fremstillingsprocesser og vakuumanvendelser.

Korrosion

I modsætning til rent aluminium, som spontant oxiderer i luft og bliver pyroforisk med tiden, har aluminiumoxid et uigennemtrængeligt oxidlag, som beskytter det mod yderligere oxidering og beskytter dets metalkerne mod yderligere oxidering. Det uigennemtrængelige oxidlag gør også aluminiumoxid modstandsdygtigt over for de fleste syrer, mens dets fremragende mekaniske egenskaber omfatter høj hårdhed og brudstyrke, der gør det til et overlegent materialevalg til kemisk og elektrokemisk procesudstyr; de elektriske isoleringsegenskaber bevares selv ved høje temperaturer, og derfor gør det høje smeltepunkt og de slidstærke egenskaber aluminiumoxid til et fremragende materialevalg!

Aluminiumoxid kan bruges til at fremstille forskellige produkter, f.eks. elektriske isolatorer, keramik, glas og brændselsceller. Det bruges også i vid udstrækning som ingrediens i foringsrør til ovne og rør til laboratorieinstrumenter; dets oxidlag modstår syrekorrosion og er ofte belagt med krom eller nikkel for at øge slidstyrken yderligere. Desuden er aluminiumoxid et effektivt slibemiddel, som kan bearbejdes med diamantværktøj.

Korrosion af aluminiumoxid kan antage forskellige former afhængigt af miljøet og eksponeringsforholdene. Erosionskorrosion er en af disse former, som ofte opstår, når aluminiumlegeringer udsættes for vand i barske kemiske miljøer; virkningerne accelereres af vandets hastighed, pH-værdi, indhold af silica og karbonat.

Galvanisk korrosion (eller korrosion af forskelligt metal) er en betydelig trussel mod aluminium, da det svækker dets styrke og øger modtageligheden for spændingsrevnedannelse. For at afbøde virkningerne bør aluminium undgå direkte kontakt med andre metaller eller installere en isolerende barriere omkring sig selv.

Spaltekorrosion er en anden form for aluminiumskorrosion, der ofte opstår i smalle udmattelsesrevner mellem dele af en aluminiumskonstruktion. Spaltekorrosion lever af ilt, udvider udmattelsesrevner og fører i sidste ende til svigt af en aluminiumskonstruktion.

Korrosionsforskere kan overvåge aluminiumoxidkeramikkens ydeevne mere præcist end med traditionelle testmetoder for vægttab ved at måle elueringsioner under nedsænkning i forskellige koncentrationer af syreopløsninger. Atomabsorptionsspektrometri giver forskerne mulighed for at analysere den mængde, der er udvasket fra prøverne, ved at teste Al3+, Mg2+, Ca2+, Na+ og Si4+, der er udvasket.