Faktorer, der påvirker ledningsevnen i aluminiumoxid

Aluminiumoxid er en vigtig ingrediens i produktionen af aluminium, en legering, der er klar til hurtig ekspansion, når vi bevæger os mod en kulstoffattig økonomi. Desuden har det mange keramiske anvendelser.

Bauxitmalm behandles for at udvinde vandfri aluminiumoxidhydratkrystaller gennem opløsning i kaustisk soda, før de udfældes med vandfri aluminiumoxidhydratkrystaller, der udfældes som rødt mudder, filtreres for at fjerne urenheder, før de sendes gennem udfældningstanke til opbevaring.

Det er en god leder af elektricitet

Aluminiumoxid er en fremragende leder af elektricitet på grund af sin lave atommasse og tilstedeværelsen af tre frie elektroner, der er let bevægelige i gitterstrukturen, hvilket gør det mere elektrisk aktivt end metaller som kobber eller magnesium. På grund af sin mindre massefylde har aluminiumoxid desuden en bedre varme- og elektricitetsledningsevne end andre metaller som magnesium.

Ledningsevnen for aluminiumoxid måles i Siemens pr. meter (m), afhængigt af sammensætningen og fremstillingsprocessen. Aluminiumoxid, der bruges i industrien, har typisk en høj renhed - f.eks. 95% eller højere - så det nemt kan formes til ledninger til elektriske formål, samtidig med at det er en effektiv varmeleder, der holder elektroniske komponenter kølige ved at sprede varmen hurtigt, hvilket er vigtigt, når man betjener enheder som effekttransistorer eller afbrydere.

Bauxit udvindes og forarbejdes til ren aluminiumoxid til brug i forskellige applikationer, især elektriske ledninger og komponenter. Der findes også aluminiumoxidkeramik, som beskytter mod kemiske angreb eller brand; til disse anvendelser kan det forbedres yderligere med zirkoniumoxid eller siliciumcarbid whiskers for at øge sejheden og slidstyrken.

Aluminiumoxidkeramik har fremragende elektriske isoleringsegenskaber, der hjælper med at forhindre elektrisk strøm i at passere gennem deres legemer, hvilket gør dem velegnede til brug som isolatorer, elektriske forbindelser og ildfaste materialer. Desuden er store, robuste dele fremstillet af disse keramer meget modstandsdygtige over for kemikalier med korrosions- og slibemiddelreducerende egenskaber.

Aluminiumoxid er et tilpasningsdygtigt keramisk oxid, hvis egenskaber kan forbedres ved hjælp af fremstillingsmetoder og tilsætningsstoffer, herunder dets modstandsdygtighed over for slid, korrosion og varme og termisk chok. Alumina-keramik giver fremragende slidstyrke, når det bruges til at beklæde rør og beholdere, mens dets modstandsdygtighed over for termisk chok gør det velegnet til fremstilling af ventiler og tætninger, der skal kunne modstå alvorlige kemiske angreb, herunder flussyre eller smeltede alkalier, der korroderer igennem dem.

Det er en god leder af varme

Aluminiumoxid er en god varmeleder, men ikke så effektiv som kobber. Dens ledningsevne afhænger af temperatur og legeringselementer; når temperaturen stiger, falder dens varmeledningsevne. Urenheder i aluminiumslegeringen kan også påvirke varmeledningsevnen, ligesom spredning af elektroner og fononer under temperaturændringer; så det er meget vigtigt at forstå alle de faktorer, der bidrager til varmeledningsevnen.

Produktionen af aluminiumoxid starter med udvinding af bauxit, den vigtigste aluminiummalm. Bauxit indeholder forskellige mineraler, der bidrager til dens sammensætning; gibbsit (Al(OH)3), boehmit (AlO(OH)2) og diaspore (AlO(OH)). Udvinding involverer typisk tørring af knust og vasket bauxit, før det opløses i kaustisk soda og derefter udskilles de faste stoffer fra den flydende opløsning, før det pumpes ind i udfældningstanke for at tillade dannelse af faste aluminiumhydroxidkrystaller.

Aluminiumoxid er kendt for sit høje smeltepunkt, stærke mekaniske styrke, kemiske modstandsdygtighed over for syrer og alkaliske opløsninger og fremragende isoleringsegenskaber, der gør det muligt at modstå ekstremt høje strømme. Aluminiumoxid findes i mange industrielle applikationer, herunder elektrisk isolering og fremstilling; desuden bruges det som råmateriale til fremstilling af aluminiummetal og højtryksnatriumdamplamper.

På grund af sine unikke egenskaber er aluminiumoxid meget udbredt i hele industrien. Det findes i keramik-, glas- og højtydende belægningsproduktion og bliver malet til fint pulver, der kombineres med andre materialer til ildfaste materialer; desuden bruges det endda som fyldstof til at styrke betonkonstruktioner og forlænge deres styrke og holdbarhed.

Bemærk, at overdreven eksponering for aluminiumoxid kan være giftig. Ved indånding kan aluminiumoxid føre til lungeirritation og -betændelse samt fordøjelses- og hjerte-kar-sygdomme. Desuden kan kronisk eksponering resultere i udvikling af lungeødem og lymfoid hyperplasi hos rotter.

Aluminiumoxid er kun let opløseligt i svovlsyre og varme HCl-opløsninger, mens det stadig ikke er ætsende for vand. Aluminiumoxidets modstandsdygtighed over for korrosion fra de fleste kemikalier skyldes dets lave opløselighed i vand; for at øge holdbarheden yderligere kan man tilføje zirkoniumoxidpartikler eller siliciumcarbid whiskers; for gennemsigtige effekter kan det endda kombineres med magnesium.

Det er en god leder af lyd

Aluminiumoxid er et meget anvendt materiale i laboratoriekromatografi. Det kan fremstilles med sure, neutrale eller basiske overfladeegenskaber til nem adskillelse af forbindelser i forskellige vandige, organiske eller silicabaserede medier; presse perler til perler, pellets, mursten eller skiver til brug i eksperimenter med perler; det har gode varmeledningsegenskaber og elektrisk isoleringsevne, der gør det til et uvurderligt værktøj, når det bruges til at adskille komplekse blandinger, og det er velegnet til analyseteknikker, der kræver små prøvevolumener.

Aluminiumoxid giver overlegen elektrisk modstand og strømhåndteringsevne, og med stigende renhed viser det sig, at det er endnu mere modstandsdygtigt over for elektricitet. Aluminiumoxid bruges ofte som isolator i kraftelektronik på grund af dets evne til at modstå ekstremt høje strømme, samtidig med at det forbliver temperaturstabilt i en elektrisk lysbue og korrosionsbestandigt.

Aluminiumoxid har en fremragende varmeledningsevne, som kan forbedres ved at øge partikelstørrelsen og overfladearealet. Denne egenskab gør aluminiumoxid til et uvurderligt materiale til printkort, hvor dets evne til at sprede varme og samtidig opretholde integriteten i det elektriske kredsløb gør det til en attraktiv løsning. PCB-substrater af aluminiumoxid bruges i applikationer, der spænder over effektelektronik, halvlederfremstilling, LED-belysning og meget mere.

Keramisk materiale af aluminiumoxid er almindeligt kendt som avanceret eller teknisk keramik og kan bruges i applikationer på tværs af industrier, herunder elektriske, kemiske og medicinske. På grund af sin overlegne slidstyrke og elektriske isoleringsegenskaber er aluminiumoxid et fremragende valg til brug i barske miljøer som hospitaler eller fængsler. Aluminiumoxid kan også formes i forskellige former og belægges med adskillige materialer efter individuelle behov.

Aluminiumoxid bruges i vid udstrækning til slibeprocesser og kombineres med zirkoniumoxidpartikler til at danne skæreværktøjer, der bruges til metalfremstilling. Alumina kan også bruges i slibe- og ætsningsprocesser til glas, keramik og mineralprøver samt poleres til at producere meget glatte overflader. Desuden fremstilles teknisk keramik, der er udviklet af aluminiumoxid til højtydende anvendelser, der kræver øget slidstyrke og termisk stabilitet, af denne komponent - f.eks. udstyr til halvlederproduktion, hvor aluminiumoxidstøtter og varmelegemer håndterer varmen fra varmeelementer af siliciumcarbid eller molybdæn.

Det er en god leder af fugt

Aluminiumoxid er et ideelt materiale til elektriske isolatorer på grund af dets fugt- og varmeledningsevne, hvilket gør det velegnet til effektelektronik, LED-belysning og temperaturregulering i bilens motorrum. Desuden gør dets korrosionsbestandighed det til en nyttig tilføjelse til at modstå korrosion i havmiljøer og holde temperaturerne inden for rækkevidde til effektelektronik, LED-belysning og temperaturstyring i bilens motorrum samt glasproduktion og fremstillingsprocesser for sandpapir.

Aluminiumoxidkeramik er usædvanligt stærke materialer med en trykstyrke på 250.000 psi og en hårdhed, der kan måle sig med diamant og siliciumcarbid. Deres trykstyrke på 250.000 psi kan kun overgås af diamant og siliciumcarbid med hensyn til trykstyrke, og deres hårdhed overgås kun af diamant og siliciumcarbid. Aluminiumoxidkeramik har også fremragende modstandsdygtighed over for slid, oxidation, strålingseksponering og høje temperaturer, hvilket gør dem velegnede til forskellige former og størrelser til forskellige anvendelser, mens deres egenskaber kan forbedres yderligere gennem specifikke fremstillingsmetoder eller tilsætningsstoffer, der anvendes under produktionsprocesser, eller ved at anvende tilsætningsstoffer eller fremstillingsmetoder/additiver, der anvendes under fremstilling eller efter forarbejdningstrin/behandlingsmetoder/tilsætningsstoffer/behandling/additivitet/additivitet/etc.

Industriel produktion af aluminiumoxid bruger Bayer-processen, hvor kaustisk sodaopløsning opløser aluminiumholdige mineraler i bauxit for at danne natriumaluminatkrystaller, som derefter kan krystalliseres for at give ren aluminiumoxid. Et sidste trin involverer termisk behandling for at fjerne bundet fugt, før man producerer rødt mudder som et tiltalende biprodukt - noget, som mange virksomheder har fundet gavnlige anvendelser til genbrug og genvinding.

Aluminas krystalstruktur er sekskantet med oxygenatomer pakket i seksleddede ringe arrangeret sekskantet. Dette arrangement giver det fremragende elektriske og optiske egenskaber; rubin- og safirkrystaller af ædelstenskvalitet har deres farver bestemt af små spor af urenheder i deres sammensætning. Aluminiumoxid har også et lavt damptryk, hvilket gør det meget uopløseligt over for syrer og baser.

I modsætning til metaller har aluminiumoxid en lavere varmeudvidelseskoefficient, hvilket gør det velegnet til anvendelser ved høje temperaturer. Desuden hjælper dets fremragende varmeledningsevne med at minimere varmetab på printkort, mens dets fremragende elektriske isoleringsegenskaber overgår polymerer som FR4-epoxy. Desuden forenkler den termiske isotropi termisk analyse og design, samtidig med at den er meget modstandsdygtig over for kemikalier og korrosion, og den kan endda bruges i tændrørsproduktion og brændstofledninger uden at revne eller lække, samtidig med at den er uigennemtrængelig over for organiske kemikalier og slibemidler sammenlignet med polymerer som FR4-epoxy.