Varmekapacitet for aluminiumoxid

Varmekapacitet refererer til den energi, der kræves for at hæve et stofs temperatur med en grad Celsius, og måles i joule pr. kg materiale.

CoorsTek tilbyder adskillige aluminiumoxidprodukter med enestående modstandsdygtighed over for termisk chok. Macor er et avanceret materiale, der giver en enestående ydeevne ved højere temperaturer.

Temperatur

Varmekapacitet henviser til den energi, der kræves for at hæve et stofs temperatur med en grad Celsius, og kan også udtrykkes som dets specifikke varmekapacitet eller energi pr. masseenhed af stoffet. Metaller har typisk højere specifik varmekapacitet end polymerer eller keramik og har en tendens til at have store smeltepunkter med minimal termisk udvidelse - egenskaber, der gør dem velegnede til mange industrielle anvendelser.

Aluminiumoxid har en omtrentlig specifik varme på omkring 900 J/kg C, hvilket er højere end mange metaller som kobber og sølv på grund af deres tætpakkede atomer, som gør varmeledning let. På den anden side er dets specifikke varme lavere end mange mineraler som sand eller kalksten, da deres mindre pakkede atomer gør varmeoverførsel vanskelig.

Aluminiumoxid er en isolator og kan hjælpe med at sænke temperaturen i ethvert arbejdsområde, men for at bruge det sikkert skal det håndteres omhyggeligt med passende udstyr og sikkerhedsforanstaltninger på plads. Når det placeres i nærheden af varme overflader, skal det holdes langt væk fra dem for at beskytte brugerne, og ethvert varmeelement må aldrig berøres, når det er tændt; i tilfælde af hudforbrændinger skal der straks skylles med koldt vand for at hjælpe med at berolige de berørte områder.

Mange faktorer påvirker den specifikke varme i aluminiumoxid, herunder fraktion af g-fase og porøsitet. Med stigende temperatur falder den specifikke varme, hvilket fører til nedsat varmeledningsevne og diffusivitet som følge af faseomdannelse mellem a- og g-faser.

Da den specifikke varme i aluminiumoxid afhænger af kalcineringstemperaturen, har flere forskergrupper udført undersøgelser med prøver, der er kalcineret ved forskellige temperaturer, for at undersøge, hvordan temperaturen påvirker de termiske egenskaber og i sidste ende aluminiumoxidets specifikke varme og andre termodynamiske parametre. Som følge heraf har flere forskergrupper udført omfattende undersøgelser af prøver, der er kalcineret ved forskellige temperaturer for bedre at forstå dens indflydelse på termiske egenskaber og specifik varme. Det har resulteret i en bedre forståelse af temperaturens effekt på specifik varme og andre termodynamiske parametre for specifik varme og andre termodynamiske parametre generelt.

Tryk

Aluminiumoxid (Al2O3) er et teknisk keramisk materiale, der er meget udbredt på grund af dets fremragende ydeevne til en overkommelig pris. Aluminiumoxid har fremragende mekanisk styrke, trykstyrke, hårdhed, korrosions- og slidstyrke samt lave varmeudvidelseshastigheder; desuden er det kemisk inert og biokompatibelt med lave varmeudvidelseshastigheder. Aluminiums specifikke varmekapacitet betyder, at det absorberer store mængder energi ved enhver temperatur; desuden har det en relativt høj varmeledningsevne på 30-35 W/mK, hvilket gør det velegnet til mange formål inden for industrien.

Aluminas specifikke varmekapacitet afhænger af temperatur, tryk og antal atomer pr. volumenenhed. Formlen for dens specifikke varmekapacitet kan udtrykkes som Cp = H/N, hvor H er den latente fordampningsvarme, N er antallet af atomer i prøven og T dens temperatur; ved hjælp af denne tilgang estimerer Debye-modellen dens specifikke varme ved konstant volumen og temperatur.

Sammenlignet med sekskantet is har aluminiumoxid en lavere evne til at absorbere vand ved højere temperaturer på grund af den ru overflade og de større mellemrum på ionerne end på sekskantet is, og det tager længere tid for dem at diffundere fra det indre til overfladen og derefter ud igen. Ved temperaturer under nedbrydningstemperaturen for aluminiumoxid kan vand dog hurtigt absorberes i porerne.

For at bestemme aluminiumoxidets specifikke varmekapacitet er det bedst at bruge et elektrisk varmelegeme. Det gør du ved at placere et termometer i det midterste hul i en blok, tilslutte et amperemeter og et voltmeter, tænde for varmelegemet, lade det opvarme blokken i 10 minutter og derefter måle temperaturen og registrere resultaterne; brug Cp = H/N-ligningen til at udregne materialets specifikke varmekapacitet.

Tilsætning af nanopartikler kan øge væskers varmeledningsevne, men der er ikke opnået enighed om dens effekt på deres specifikke varmekapacitet. Derfor bør ingeniører undersøge, hvordan aluminiumoxidets specifikke varmekapacitet ændrer sig med temperaturen, så de kan designe systemer, der fungerer effektivt under forskellige omstændigheder og mindsker risikoen for temperaturgradienter i køle-/opvarmningsapplikationer.

Porøsitet

Aluminiumoxid er et keramisk materiale med en høj specifik varmekapacitet. Dets kemiske og termiske stabilitet gør det populært at bruge på tværs af industrier, mens dets modstandsdygtighed over for mange kemikalier og reagenser gør det resistent. Aluminiumoxid har også en fremragende varmeledningsevne, der gør det velegnet til isolering; dets ledningsevne afhænger af mikrostruktur og porøsitetsfaktorer, da en stor del af g-fasen med lavere porøsitet har højere specifik varmekapacitet end andre; derfor er det vigtigt at bestemme dets sintringstemperatur, før det bruges i en applikation eller et projekt.

Luftplasmasprøjtede (APS) aluminiumoxidbelægninger er bredt anerkendt for deres modstandsdygtighed over for termisk cykling ved lav temperatur, men er alligevel modtagelige for delaminering og revnedannelse på grund af deres komplekse strukturer og ruhed i grænsefladen. Mange studier har undersøgt disse aspekter, men de fleste har fokuseret på flade prøver eller matematisk modelleret ruhed i stedet for reelle belægningsmorfologier.

Dette studie undersøger virkningen af forskellige sintringstemperaturer på den specifikke varmekapacitet og varmeledningsevne for to kommercielle kvaliteter af aluminiumoxid med variabel bulkdensitet ved at bruge to kommercielle kvaliteter som casestudier. Karakteriseringsresultaterne viser et stærkt forhold mellem energilagringskapacitet og fraktion af g-faseindhold ud over porøsitet for øget energilagringskapacitet og mekaniske egenskaber af aluminiumoxid.

Ved 900 grader C blev aluminiumoxidprøver med forskellige andele og tætheder af g-faser og porøsitet testet for at evaluere deres ydeevne. De med højere andel af g-faser og lavere porøsitet viste lavere massebaseret specifik varmekapacitet samt varmeledningsevne end dem med mindre g-fasefraktion og højere porøsitet.

Denne undersøgelse havde til formål at skabe aluminiumoxid med høj porøsitet ved hjælp af gelering af opslæmning (GS). Resultaterne viste, at de producerede aluminiumoxidskum havde en gennemsnitlig porestørrelse på 1,2 mm på trods af, at de var lukkede celler; fotografier af cellestrukturen for forskellige massefylder er vist i figur 4. For at fastslå denne gennemsnitlige porestørrelse blev der foretaget målinger af vægtykkelse og diameter som en del af bestemmelsen.

Reaktivitet

Aluminiumoxid (også kaldet aluminia) er en oxidkeramik med fremragende elektrisk isolering og mekaniske egenskaber som hårdhed og slidstyrke samt en relativt høj varmeledningsevne for en teknisk keramik. Der findes en række forskellige partikelstørrelser og -former, som gør det muligt at fremstille støbegods, ildfaste materialer og ekstruderede produkter af det. Aluminiumoxid har også stærke korrosionsbestandige egenskaber og er meget hårdt, hvilket gør det populært at bruge til fremstilling af aluminiummetal eller som slibemateriale ud over at blive brugt til fremstilling af aluminiummetal eller til brug i keramiske anvendelser som fremstilling af aluminiummetal eller fremstilling af anvendelser som dem, der findes andre steder i keramiske anvendelser som f.eks. aluminiumsproduktion.

Varmekapacitet Aluminas reaktivitet bestemmes af dens overfladekemi og tilstedeværelsen af defekter eller forskydninger, som f.eks. forskydninger. Reaktivitet kan defineres som dets evne til at frigive ioner eller elektroner gennem oxidationsreaktioner; aluminiumoxid er meget reaktivt, men denne reaktivitet er begrænset på grund af et beskyttende passiveret oxidlag, der omgiver det og forhindrer direkte reaktion med omgivende ilt; Dette gør det muligt at omdanne aluminiumoxid med varmekapacitet til aluminiummetal gennem Hall-Heroult-processen.

På grund af dets kraftige energifrigørende egenskaber i oxidationsreaktioner kan aluminiumoxid tjene som et fremragende energimateriale i faste brændstoffer og drivmidler. For at øge reaktiviteten yderligere skal der først ske en præaktivering med organiske eller uorganiske forbindelser, for at dette materiale kan fungere optimalt. Reaktiviteten kan også øges gennem behandling med sure eller basiske opløsninger; sure opløsninger har en tendens til at skabe mere reaktive materialer, mens basiske behandlinger har en tendens til at gøre aluminiumoxid mere stabilt og mindre reaktivt.

Tilsætning af kvælstof kan øge aluminiumoxidets reaktivitet yderligere, give det øget oxidstabilitet og nedsætte hastigheden af ionfrigørelse fra det. Disse egenskaber er især værdifulde, når de bruges som substrat til integrerede kredsløb og superledende enheder som enkeltelektron-transistorer og kvanteinterferens-enheder. Alternativt kan dets reaktivitet også forbedres gennem dannelse af en aluminiumoxid/chrom-kompositcermet, der bruges som vægbeklædningsmateriale i CSP-anlæg på grund af både kryberesistens og sejhedsegenskaber og høj reaktivitet fra begge elementer.