Wärmekapazität von Tonerde

Die Wärmekapazität bezieht sich auf die Energie, die erforderlich ist, um die Temperatur eines Stoffes um ein Grad Celsius zu erhöhen, und wird in Joule pro Kilogramm Material gemessen.

CoorsTek bietet zahlreiche Aluminiumoxidprodukte mit außergewöhnlicher Temperaturwechselbeständigkeit an. Macor ist ein fortschrittliches Material, das eine hervorragende Leistung bei höheren Temperaturen bietet.

Temperatur

Die Wärmekapazität bezieht sich auf die Energie, die erforderlich ist, um die Temperatur eines Stoffes um ein Grad Celsius zu erhöhen, und kann auch als spezifische Wärmekapazität oder Energie pro Masseneinheit des Stoffes ausgedrückt werden. Metalle haben in der Regel höhere spezifische Wärmekapazitäten als Polymere oder Keramiken und weisen in der Regel hohe Schmelzpunkte bei minimaler Wärmeausdehnung auf - Eigenschaften, die sie für viele industrielle Anwendungen geeignet machen.

Tonerde hat eine ungefähre spezifische Wärme von etwa 900 J/kg C, was höher ist als bei vielen Metallen wie Kupfer und Silber, da ihre dicht gepackten Atome die Wärmeleitung erleichtern. Andererseits ist seine spezifische Wärme niedriger als die vieler Mineralien wie Sand oder Kalkstein, da ihre weniger dicht gepackten Atome die Wärmeübertragung erschweren.

Tonerde ist ein Isolator und kann dazu beitragen, die Temperatur in jedem Arbeitsbereich zu senken. Um es jedoch sicher zu verwenden, muss es sorgfältig mit geeigneter Ausrüstung und Sicherheitsvorkehrungen gehandhabt werden. Wenn es in der Nähe von heißen Oberflächen platziert wird, muss es zum Schutz der Benutzer weit davon entfernt gehalten werden, und ein Heizelement sollte niemals berührt werden, wenn es eingeschaltet ist; im Falle von Hautverbrennungen sollte sofort mit kaltem Wasser gespült werden, um die betroffenen Bereiche zu beruhigen.

Zahlreiche Faktoren wirken sich auf die spezifische Wärme von Aluminiumoxid aus, darunter der Anteil der g-Phase und die Porosität. Mit steigender Temperatur nimmt die spezifische Wärme ab, was zu einer geringeren Wärmeleitfähigkeit und Diffusionsfähigkeit infolge der Phasenumwandlung zwischen a- und g-Phase führt.

Da die spezifische Wärme von Aluminiumoxid von der Kalzinierungstemperatur abhängt, haben mehrere Forschungsgruppen Studien mit Proben durchgeführt, die bei verschiedenen Temperaturen kalziniert wurden, um zu erforschen, wie sich die Temperatur auf die thermischen Eigenschaften und letztlich auf die spezifische Wärme von Aluminiumoxid und andere thermodynamische Parameter auswirkt. Infolgedessen haben mehrere Forschungsgruppen umfangreiche Untersuchungen an Proben durchgeführt, die bei verschiedenen Temperaturen kalziniert wurden, um den Einfluss der Temperatur auf die thermischen Eigenschaften und die spezifische Wärme besser zu verstehen. Dies hat zu einem besseren Verständnis der Auswirkungen der Temperatur auf die spezifische Wärme und andere thermodynamische Parameter im Allgemeinen geführt.

Druck

Tonerde (Al2O3) ist ein keramisches Material, das aufgrund seiner hervorragenden Leistung zu erschwinglichen Kosten weit verbreitet ist. Aluminiumoxid zeichnet sich durch hervorragende mechanische Festigkeit, Druckfestigkeit, Härte, Korrosions- und Verschleißbeständigkeit sowie niedrige thermische Ausdehnungsraten aus; darüber hinaus ist es chemisch inert und biokompatibel mit ebenfalls niedrigen thermischen Ausdehnungsraten. Die spezifische Wärmekapazität von Aluminiumoxid bedeutet, dass es bei jeder Temperatur große Mengen an Energie absorbieren kann; außerdem hat es eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit von 30 - 35 W/mK, was es für zahlreiche Anwendungen in der Industrie geeignet macht.

Die spezifische Wärmekapazität von Aluminiumoxid hängt von der Temperatur, dem Druck und der Anzahl der Atome pro Volumeneinheit ab. Die Formel für die spezifische Wärmekapazität kann wie folgt ausgedrückt werden: Cp = H/N, wobei H die latente Verdampfungswärme, N die Anzahl der Atome in der Probe und T die Temperatur ist; mit diesem Ansatz schätzt das Debye-Modell die spezifische Wärme bei konstantem Volumen und konstanter Temperatur.

Ähnlich wie hexagonales Eis kann Aluminiumoxid bei höheren Temperaturen weniger Wasser aufnehmen, da seine Ionen eine rauere Oberfläche und größere Zwischenräume haben als die des hexagonalen Eises, so dass es länger dauert, bis sie aus dem Inneren in die Oberfläche und wieder hinaus diffundieren. Bei Temperaturen, die unter der Zersetzungstemperatur von Aluminiumoxid liegen, kann das Wasser jedoch schnell in die Poren des Eises eindringen.

Um die spezifische Wärmekapazität von Aluminiumoxid zu bestimmen, eignet sich am besten ein elektrischer Tauchsieder. Dazu wird ein Thermometer in das mittlere Loch eines Blocks gesteckt, ein Amperemeter und ein Voltmeter angeschlossen, das Heizgerät eingeschaltet, der Block 10 Minuten lang erhitzt, dann die Temperatur gemessen und die Ergebnisse aufgezeichnet; mit der Gleichung Cp = H/N wird die spezifische Wärmekapazität des Materials berechnet.

Die Zugabe von Nanopartikeln kann die Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten erhöhen, aber es wurde noch kein Konsens über die Auswirkungen auf die spezifische Wärmekapazität erzielt. Daher sollten Ingenieure untersuchen, wie sich die spezifische Wärmekapazität von Aluminiumoxid mit der Temperatur ändert, um Systeme zu entwerfen, die unter verschiedenen Umständen effektiv funktionieren und die Risiken von Temperaturgradienten bei Kühl-/Heizanwendungen verringern.

Porosität

Tonerde ist ein keramisches Material mit einer hohen spezifischen Wärmekapazität. Aufgrund seiner chemischen und thermischen Stabilität wird es in vielen Industriezweigen verwendet, und seine Beständigkeit gegenüber vielen Chemikalien und Reagenzien macht es widerstandsfähig. Aluminiumoxid besitzt außerdem eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, die es für Isolieranwendungen geeignet macht. Seine Leitfähigkeit hängt von der Mikrostruktur und der Porosität ab, da ein großer Anteil der g-Phase mit geringerer Porosität eine höhere spezifische Wärmekapazität hat als andere; daher ist es wichtig, die Sintertemperatur vor dem Einsatz in einer Anwendung oder einem Projekt zu bestimmen.

Luftplasma-gespritzte (APS) Aluminiumoxid-Beschichtungen sind weithin für ihre Beständigkeit gegen Temperaturwechsel bei niedrigen Temperaturen bekannt, sind jedoch aufgrund ihrer komplexen Strukturen und der Rauheit der Grenzflächen anfällig für Delamination und Rissausbreitung. In vielen Studien wurden diese Aspekte untersucht; die meisten konzentrierten sich jedoch auf flache Proben oder mathematisch modellierte Rauheit und nicht auf reale Beschichtungsmorphologien.

In dieser Studie werden die Auswirkungen verschiedener Sintertemperaturen auf die spezifische Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit von zwei handelsüblichen Aluminiumoxidsorten mit unterschiedlicher Schüttdichte untersucht, wobei zwei handelsübliche Sorten als Fallstudien dienen. Die Ergebnisse der Charakterisierung zeigen, dass ein enger Zusammenhang zwischen der Energiespeicherkapazität und dem Anteil der g-Phase zusätzlich zur Porosität besteht, um die Energiespeicherkapazität und die mechanischen Eigenschaften von Aluminiumoxid zu erhöhen.

Bei 900 Grad Celsius wurden Aluminiumoxidproben mit unterschiedlichen Anteilen und Dichten von g-Phasen und Porositäten getestet, um ihre Leistung zu bewerten. Proben mit höheren Anteilen an g-Phasen und geringerer Porosität wiesen niedrigere massebezogene spezifische Wärmekapazitäten und Wärmeleitfähigkeiten auf als Proben mit geringerem g-Phasenanteil und höherer Porosität.

In dieser Studie wurde versucht, Aluminiumoxid mit hoher Porosität mit Hilfe des GS-Verfahrens (gelation of slurry) herzustellen. Die Ergebnisse zeigten, dass die hergestellten Aluminiumoxidschäume trotz geschlossener Zellen eine durchschnittliche Porengröße von 1,2 mm aufwiesen; Fotos der Zellstruktur für verschiedene Schüttdichten sind in Abbildung 4 dargestellt. Um diese durchschnittliche Porengröße zu ermitteln, wurden im Rahmen der Bestimmung auch Wanddicken- und Durchmessermessungen durchgeführt.

Reaktivität

Aluminiumoxid (auch als Tonerde bezeichnet) ist eine Oxidkeramik mit ausgezeichneten elektrischen Isolierungseigenschaften und mechanischen Eigenschaften wie Härte und Verschleißfestigkeit sowie einer für eine technische Keramik relativ hohen Wärmeleitfähigkeit. Es ist in einer Vielzahl von Partikelgrößen und -formen erhältlich, so dass sich daraus Gussmassen, feuerfeste Materialien und extrudierte Produkte herstellen lassen. Aluminiumoxid weist auch eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf und ist sehr hart, so dass es nicht nur bei der Herstellung von Aluminiummetall oder als Schleifmittel verwendet wird, sondern auch bei keramischen Anwendungen wie der Herstellung von Aluminiummetall oder bei anderen keramischen Anwendungen wie der Aluminiumherstellung.

Die Wärmekapazität von Aluminiumoxid wird durch seine Oberflächenchemie und das Vorhandensein von Defekten oder Versetzungen, wie z. B. Versetzungen, bestimmt. Die Reaktivität kann als die Fähigkeit definiert werden, Ionen oder Elektronen durch Oxidationsreaktionen freizusetzen. Aluminiumoxid ist sehr reaktiv, aber diese Reaktivität ist aufgrund einer schützenden passivierten Oxidschicht, die es umgibt und die eine direkte Reaktion mit dem Umgebungssauerstoff verhindert, begrenzt; dadurch kann die Wärmekapazität von Aluminiumoxid durch den Hall-Heroult-Prozess in Aluminiummetall umgewandelt werden.

Aufgrund seiner starken Energiefreisetzungseigenschaften bei Oxidationsreaktionen kann Aluminiumoxid als hervorragendes energetisches Material in Festbrennstoffen und Treibstoffen dienen. Um seine Reaktivität weiter zu steigern, muss es zunächst mit organischen oder anorganischen Verbindungen voraktiviert werden, damit das Material optimal funktioniert. Die Reaktivität kann auch durch Behandlung mit sauren oder basischen Lösungen erhöht werden; saure Lösungen machen das Material reaktiver, während basische Behandlungen Aluminiumoxid stabiler und weniger reaktiv machen.

Die Zugabe von Stickstoff kann die Reaktivität von Aluminiumoxid weiter erhöhen, wodurch es eine höhere Oxidstabilität erhält und die Ionenfreisetzung aus dem Oxid verringert wird. Diese Eigenschaften sind besonders wertvoll, wenn es als Substrat für integrierte Schaltungen und supraleitende Bauelemente wie Einzelelektronentransistoren und Quanteninterferenzbauelemente verwendet wird. Alternativ kann seine Reaktivität auch durch die Bildung eines Aluminiumoxid/Chrom-Verbundcermets verbessert werden, das aufgrund seiner Kriechfestigkeit und Zähigkeit sowie seiner hohen Reaktivität aus beiden Elementen als Wandauskleidungsmaterial in CSP-Anlagen verwendet wird.