Τι είναι η ικανοποιητική αλουμίνα;

Η αλουμίνα (οξείδιο του αργιλίου) είναι το κύριο υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή αλουμινίου, ενός αναδυόμενου μετάλλου με οικονομία χαμηλών εκπομπών άνθρακα που αναμένεται να αναπτυχθεί σημαντικά παγκοσμίως. Η αλουμίνα διαθέτει έναν απαράμιλλο συνδυασμό χαρακτηριστικών.

Η αλουμίνα μπορεί να αυξήσει τη θερμοκρασία τήξης, να δημιουργήσει μεταξένια ματ φινιρίσματα και να μειώσει τις ρωγμές όταν χρησιμοποιείται ως μέρος της χημείας του υαλώματος. Οι βάτες αλουμίνας - είτε στην ενυδατωμένη τους κατάσταση είτε μετά την πύρωση - βρίσκονται συνήθως μέσα σε κλιβάνους για χρήση ως υλικό για βάτες κλιβάνου.

Σκληρότητα

Η σκληρότητα της ικανοποιητικής αλουμίνας μετριέται με βάση την αντοχή της στην τριβή. Όντας τόσο σκληρή, μπορεί να αντέξει χρόνια φθοράς χωρίς να ραγίσει ή να σπάσει, καθιστώντας την ιδανική για ένθετα και προϊόντα ανθεκτικά στη φθορά, καθώς και για την παροχή μόνωσης έναντι χημικών ουσιών όπως οξέα ή αλκάλια σε σκληρά περιβάλλοντα.

Η αλουμίνα έχει γίνει γρήγορα ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα τεχνικά κεραμικά υλικά για χύτευση με έγχυση λόγω του ευρέος φάσματος των ευεργετικών ιδιοτήτων της, το οποίο περιλαμβάνει την αξιοσημείωτη σκληρότητα και αντοχή στην τριβή, τις χαμηλές διηλεκτρικές απώλειες και τη θερμική σταθερότητα, ενώ επιτρέπει στους χρήστες να σχεδιάζουν εξαρτήματα με πολύπλοκες γεωμετρίες με ωραία επιφανειακά φινιρίσματα.

Το οξείδιο του αλουμινίου (αλουμίνα) είναι ένα φυσικό ορυκτό με ισχυρούς διατομικούς δεσμούς και πολλές επιθυμητές ιδιότητες. Ενώ υπάρχουν διάφορες κρυσταλλικές φάσεις του σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, σε υψηλές θερμοκρασίες επανέρχεται στην πιο σταθερή εξαγωνική φάση άλφα, γεγονός που το καθιστά ιδιαίτερα επιθυμητό για δομικές εφαρμογές.

Λόγω της ανώτερης μηχανικής αντοχής και σκληρότητάς της, οι οποίες αυξάνονται περαιτέρω μέσω της σκλήρυνσης με κατεργασία, η αλουμίνα παραμένει δημοφιλής λόγω των εξαιρετικών μηχανικών ιδιοτήτων και της συγκολλησιμότητάς της. Δυστυχώς, η ζιρκονία εισάγει σημαντική μείωση της σκληρότητας όταν προστίθεται σε κεραμικά σύνθετα υλικά με βάση την αλουμίνα- ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να κατανοηθεί πώς η σκληρότητα σχετίζεται με άλλες ιδιότητες, όπως η αντίσταση στη διάβρωση ή η συγκολλησιμότητα της αλουμίνας.

Η αλουμίνα προσφέρει εξαιρετικές ηλεκτρομονωτικές ιδιότητες και μπορεί εύκολα να διαμορφωθεί σε διάφορα σχήματα για την κάλυψη συγκεκριμένων εφαρμογών. Μια δημοφιλής χρήση της είναι ως υπόστρωμα για ολοκληρωμένα κυκλώματα πυριτίου σε ζαφείρι- μπορεί επίσης να χρησιμεύσει ως αποτελεσματικό φράγμα σήραγγας σε υπεραγώγιμες διατάξεις, συμπεριλαμβανομένων των τρανζίστορ μονού ηλεκτρονίου και των υπεραγώγιμων διατάξεων κβαντικής παρεμβολής.

Η σκληρότητα της αλουμίνας είναι ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματά της και ένας λόγος για τον οποίο οι μεταλλουργοί στρέφονται σε αυτήν στην εργασία τους. Επιπλέον, η ανθεκτικότητα αυτού του υλικού σημαίνει ότι μπορεί να αντέξει σε σκληρά περιβάλλοντα, καθιστώντας το έτσι κατάλληλο ως υλικό θωράκισης για στρατιωτικά οχήματα, λόγω της αντοχής του στην τριβή και τα ωστικά κύματα στα οχήματα μάχης.

Πυκνότητα

Το οξείδιο του αργιλίου (αλουμίνα) έχει πολλά επιθυμητά χαρακτηριστικά που το καθιστούν χρήσιμο σε διάφορες εφαρμογές. Οι ιδιότητές του να είναι σκληρό, σταθερό, μονωτικό και ανθεκτικό στη διάβρωση το καθιστούν εξαιρετικό συστατικό για λειτουργικά υλικά όπως τα κεραμικά. Επιπλέον, λόγω του χαμηλού συντελεστή τριβής και των υψηλών ιδιοτήτων σκληρότητας που διαθέτει, αποτελεί έναν εξαιρετικό υποψήφιο για χρήση ως μεταλλουργικές επιστρώσεις ως εξαρτήματα φθοράς, μονωτές ή ακόμη και χωνευτήρια.

Το αλουμίνιο μπορεί να παραχθεί με την εξόρυξή του από τον βωξίτη, ένα μετάλλευμα που βρίσκεται σε πολλές χώρες. Μόλις εξαχθεί, μπορεί να εξευγενιστεί σε ράβδους αλουμινίου και φύλλα αλουμινίου Alclad μέσω μιας εκτεταμένης και πολύπλοκης διαδικασίας που χρησιμοποιεί πολυάριθμα μηχανήματα - εμπλέκονται τόσο ο φυσικός εμπλουτισμός όσο και η χημική επεξεργασία προκειμένου να αυξηθεί η καθαρότητα, ενώ ελέγχεται το σχήμα και το μέγεθος των σωματιδίων. Μια εναλλακτική μέθοδος για την παραγωγή αλουμινίου μπορεί να περιλαμβάνει την καταβύθισή του απευθείας από την πρόδρομη ένυδρη μορφή του, αλλά αυτή η επιλογή μπορεί να είναι δαπανηρή και χρονοβόρα.

Η ανάλυση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης αποκάλυψε ότι τα σωματίδια αλουμίνας που υπάρχουν σε ένα σύνθετο υλικό PDMS/αλουμίνας/CF θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως γεφυρωτικός παράγοντας και να προωθήσουν τη συνδεσιμότητα των οδών θερμικής αγωγιμότητας τόσο οριζόντια όσο και κάθετα, μειώνοντας έτσι τη θερμική αντίσταση της διεπιφάνειας και βελτιώνοντας παράλληλα την ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Τα αποτελέσματα αυτά καταδεικνύουν τις δυνατότητες ενός σύνθετου υλικού αλουμίνας/CF με μια ιδιαίτερα προσανατολισμένη δομή CF/αλουμίνας για την αύξηση της ηλεκτρικής και θερμικής αγωγιμότητας της αλουμίνας, που χρησιμεύει ως ένα εξαιρετικό υλικό για την κατασκευή κεραμικών-μετάλλων, την παραγωγή εξοπλισμού υψηλού κενού, ως μονωτές για ανιχνευτές/αισθητήρες, στόχους σπατουλαρίσματος ή ακόμη και εξαρτήματα ακτίνων Χ.

Η αλουμίνα αποτελεί επίσης αναπόσπαστο υλικό για την κατασκευή οδοντιατρικών προϊόντων και ιατρικών εμφυτευμάτων, χάρη στη βιοσυμβατότητά της, την αντοχή της σε ισχυρά οξέα, τη σκληρότητα και την αντοχή της - συχνά χρησιμοποιείται ως εναλλακτική του κασσίτερου στην οδοντιατρική - για την κατασκευή τεχνητών δοντιών, στεφανών και όψεων, τη δημιουργία χειρουργικών εργαλείων, την κατασκευή χειρουργικών διαστολέων, καθώς και για την κατασκευή οδοντιατρικών τρυπανιών από αυτήν, η οποία μάλιστα αντιστέκεται στη χάραξη με υδροφθορικό οξύ! Η αλουμίνα διαθέτει επίσης μεγάλη αντοχή στην τριβή που της επιτρέπει να αντέχει στις χαράξεις με υδροφθορικό οξύ!

Αντοχή στη διάβρωση

Η αλουμίνα είναι το βασικό συστατικό των βιομηχανικών κεραμικών και η κύρια χρήση της έγκειται στα πυρίμαχα υλικά. Επιπλέον, αυτή η ευπροσάρμοστη ουσία βρίσκει πολλές άλλες χρήσεις, συμπεριλαμβανομένων των μέσων στίλβωσης και των λειαντικών. Το κεραμικό χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή πλακιδίων τα οποία τοποθετούνται στο εσωτερικό των γραμμών κονιοποιημένου καυσίμου και των αγωγών καυσαερίων σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα για την προστασία των περιοχών υψηλής φθοράς από τη φθορά. Αυτό εξοικονομεί τόσο ενέργεια όσο και χρήματα σε σύγκριση με τις εναλλακτικές λύσεις από χάλυβα. Τα πλακίδια αλουμίνας μπορεί να χρειάζονται αντικατάσταση κάθε λίγα χρόνια- χρησιμεύει ως ηλεκτρικός μονωτής, χρησιμοποιείται ως υπόστρωμα σε πυρίτιο για ολοκληρωμένα κυκλώματα και για την κατασκευή υπεραγώγιμων συσκευών, όπως τρανζίστορ μονών ηλεκτρονίων και υπεραγώγιμων διατάξεων κβαντικής παρεμβολής. Επιπλέον, το οξείδιο του αλουμινίου χρησιμοποιείται για την παραγωγή πλακιδίων πυριτίου με επικάλυψη αλουμίνας που χρησιμοποιούνται ως υποστρώματα ηλιακών κυψελών- αυτό παρέχει σημαντική αύξηση της απόδοσης σε σχέση με τα παραδοσιακά πλακίδια με επικάλυψη χαλκού.

Το οξείδιο του αλουμινίου καταλύει μια σειρά αντιδράσεων στη βιομηχανία. Χρησιμεύει ως καταλύτης στη διεργασία Claus, η οποία μετατρέπει το υδρόθειο απόβλητο αέριο από τα διυλιστήρια σε στοιχειακό θείο, καθώς και για τη μετατροπή αλκοολών σε αλκένια σε διεργασίες σύνθεσης. Επιπλέον, το οξείδιο του αλουμινίου χρησιμεύει ως στήριγμα σε πολλούς βιομηχανικούς καταλύτες, συμπεριλαμβανομένων εκείνων για τις αντιδράσεις υδρογονοαποθείωσης και Ziegler-Natta, καθώς και χρησιμοποιείται ως απορροφητικό μέσο κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων, όπως η αφυδάτωση της αιθανόλης σε διεργασίες αφυδάτωσης διαιθυλενογλυκόλης.

Αν και αδιάλυτη στο νερό, η τριυδρική αλουμίνα (ATH) παίζει δύο διαφορετικούς ρόλους όταν χρησιμοποιείται ως συστατικό σε πολυμερή συστήματα: αποτελεσματικό πληρωτικό και επιβραδυντικό φλόγας. Με τέσσερις πολυμορφισμούς που όλοι περιέχουν αλουμίνιο ως υλικό πυρήνα και τρεις ομάδες υδροξυλίου που το περιβάλλουν. Επιπλέον, αυτή η σκόνη διαθέτει εξαιρετικά πυκνή πυκνότητα 2,4g/cm3 που μπορεί να αντέξει θερμοκρασίες έως και 200degC.

Η τριϋδρική αλουμίνα χρησιμοποιείται εδώ και πολύ καιρό σε προϊόντα από καουτσούκ τόσο ως αντιθραυστικός παράγοντας όσο και ως επιβραδυντικό φλόγας. Ως οικονομικό πληρωτικό υλικό, η τριυδρική αλουμίνα μπορεί εύκολα να αντικαταστήσει ακριβά πρόσθετα όπως το θειικό βάριο- επιπλέον, είναι εξαιρετικά βιοδιασπώμενο με χαμηλά επίπεδα τοξικότητας, γεγονός που το καθιστά ευρέως δημοφιλές σε εφαρμογές καλωδίων και συρμάτων.

Συγκολλησιμότητα

Παρόλο που η συγκόλληση αλουμίνας μπορεί να γίνει με επιτυχία, πρέπει να χρησιμοποιήσετε τις κατάλληλες τεχνικές και τον κατάλληλο εξοπλισμό για να το κάνετε με επιτυχία. Λόγω της ευαισθησίας της στη θερμότητα, μπορεί να εμφανιστούν ρωγμές ή σπασίματα κατά τη λανθασμένη συγκόλληση- επομένως, η επιλογή της τάσης και της έντασης του τόξου που ταιριάζει στην εργασία σας είναι ζωτικής σημασίας για την παραγωγή συγκολλήσεων κορυφαίας ποιότητας, προστατεύοντας παράλληλα τον εξοπλισμό από ζημιές.

Η συγκολλησιμότητα των κραμάτων αλουμινίου που κατασκευάζονται με ΑΜ εξαρτάται τόσο από τη διαδικασία ΑΜ που χρησιμοποιείται όσο και από τη μικροδομή αυτών των εξαρτημάτων που παράγονται κατά την κατασκευή. Επιπλέον, οι διάφορες διεργασίες συγκόλλησης παράγουν διαφορετικές μηχανικές ιδιότητες: για παράδειγμα, η συγκόλληση σύντηξης παράγει ισχυρές συγκολλήσεις, ενώ η συγκόλληση στερεάς κατάστασης δημιουργεί αδύναμες συγκολλήσεις- επιπλέον, η ποιότητα του βασικού υλικού επηρεάζει τη συγκολλησιμότητα.

Η συγκολλησιμότητα της ικανοποιητικής αλουμίνας εξαρτάται από το επίπεδο των κενών και των πόρων της- τα κενά μειώνουν την αντοχή, ενώ οι πόροι αυξάνουν την ολκιμότητα και την ανθεκτικότητα των υλικών- συνήθως η σκληρότερη αλουμίνα έχει λιγότερα κενά- αυτό καθιστά τη συγκόλλησή της δυσκολότερη από τη μαλακή αλουμίνα, αλλά εξακολουθεί να προσφέρει πολλές εφαρμογές.

Η αλουμίνα είναι εξαιρετικά ανθεκτική στα οξέα και τα αλκάλια, καθιστώντας την ιδανική επιλογή υλικού για βιομηχανικές χρήσεις όπως εναλλάκτες θερμότητας και φούρνους. Επιπλέον, ο χαμηλός συντελεστής θερμικής διαστολής της καθιστά το υλικό αυτό ελκυστικό.

Η χημική αδράνεια και η αντοχή της αλουμίνας στη διάβρωση την έχουν καταστήσει ελκυστική επιλογή υλικού για πολυάριθμες ιατρικές εφαρμογές, όπως η κατασκευή στεφανών. Η αλουμίνα αντέχει επίσης καλά στις ακραίες θερμοκρασίες - γεγονός που την καθιστά κατάλληλη για τη δημιουργία ιατρικών προσθετικών συσκευών, όπως οι οδοντιατρικές στεφάνες.

Η συγκόλληση κραμάτων αλουμινίου που κατασκευάζονται με AM είναι ένα περίπλοκο και δύσκολο έργο. Οι τρέχουσες βέλτιστες πρακτικές απαιτούν τη χρήση τόσο μεθόδων συγκόλλησης σύντηξης όσο και μεθόδων συγκόλλησης στερεάς κατάστασης- ωστόσο, πρέπει να γίνει περισσότερη δουλειά. Πρέπει να επιτευχθεί βαθύτερη κατανόηση των μικροδομών και των μηχανικών ιδιοτήτων των κατασκευασμένων με ΑΜ εξαρτημάτων αλουμινίου, καθώς και βελτιστοποιημένες παράμετροι για τη συγκόλληση αυτών των εξαρτημάτων.