Alumiinioksidin tiheys ja ominaisuudet

Alumiinioksidi (Al2O3) on kehittynyt keraaminen materiaali, jolla on lukuisia hyödyllisiä ominaisuuksia. Se on kovaa ja kulutusta kestävää, kestää äärimmäisiä lämpötiloja, on sähköeriste ja kemiallisesti täysin inertti.

Alumiinioksidia löytyy monessa muodossa, jauheesta pelletteihin ja kappaleisiin sputterointikohteita varten, ja valmistusprosesseihin kuuluvat yksiakselinen ja isostaattinen puristus, ruiskuvalupuristus, liukuvalu sekä vihreät ja keksien työstötekniikat.

Kovuus

Kovuus on alumiinioksidikeramiikan olennainen ominaisuus, joka tekee siitä sopivan moniin erilaisiin sovelluksiin. Alumiinikeraamisella on Mohsin kovuusluokitus 9, mikä tekee siitä paljon kovemman kuin ruostumattomasta teräksestä tai timantista, ja se tarjoaa poikkeuksellisen hyvän kulutuskestävyyden - sitä käytetään laajalti tekstiiliohjaimissa, pumppujen männissä, kourujen vuorauksissa, poistoaukoissa jne.

Alumiinioksidi kestää hyvin kulutusta kovuutensa ansiosta, ja se kestää korkeita lämpötiloja menettämättä lujuutta tai rakenteellista eheyttä. Lisäksi sillä on alhainen kitkakerroin, joka rajoittaa muiden pintojen aiheuttamaa kulumista, joten alumiinioksidi on ihanteellinen materiaali ympäristöissä, joissa kuluminen on jatkuva ongelma.

Alumiinioksidin kovuus auttaa sitä vastustamaan happojen ja emästen kemiallisia hyökkäyksiä, joten se on erinomainen valinta sovelluksiin, joissa tarvitaan korkean lämpötilan tulenkestäviä materiaaleja, kuten sähkö- ja jänniteeristimet, metallurgiset laboratoriolaitteet, kaasulaserputkien tiivisterenkaat ja laboratoriolaitteet.

Alumiinioksidilla on paitsi erinomaiset tulenkestävät ominaisuudet myös erittäin hyvät mekaaniset ominaisuudet. Alumiinioksidi tarjoaa poikkeuksellisen lujuuden, jäykkyyden ja sitkeyden sekä korkean vetolujuuden ja iskunkestävyyden, minkä vuoksi se on käyttökelpoinen esimerkiksi teollisuuskoneiden komponenteissa, tulenkestävästi vuoratuissa säiliöissä, ballistisissa panssareissa ja ballistisissa panssareissa. Lisäksi sen poikkeuksellinen kulutuksen- ja korroosionkestävyys tekee siitä ihanteellisen materiaalin vaativiin käsittelysovelluksiin.

Kovuutensa vuoksi alumiinioksidia voi olla vaikea työstää, mutta karbidista tai titaanista valmistetuilla tavallisilla työkaluilla sitä voidaan helposti leikata ja kiillottaa viimeistelyä varten. Koska alumiinioksidi on kemiallisesti inerttiä eikä reagoi useimpien valmistussovelluksissa käytettävien kemikaalien kanssa, tästä materiaalista valmistetut hammaskruunut, kirurgiset implantit ja stentit eivät saastuta potilaita, ja se soveltuu hyvin myös telekommunikaatiokomponentteihin, autojen komponentteihin ja prosessilaitteiden komponentteihin.

Tiheys

Alumiinioksidi on suhteellisen pehmeä materiaali, jonka ansiosta sitä voidaan taivuttaa erilaisiin muotoihin, joten se soveltuu monien erilaisten tuotteiden ja rakenteiden, kuten lentokoneiden osien, valmistukseen. Joustavuutensa ansiosta alumiinioksidia voidaan helposti muotoilla erilaisiksi tuotteiksi ja rakenteiksi, kuten lentokoneiden osiksi. Alumiinioksidin lujuus ja sitkeys tekevät siitä myös sopivan teollisuuden hioma-aineeksi, eristeeksi ja tulenkestäviksi materiaaleiksi; lisäksi sillä on suuri sähkön- ja lämmönjohtavuus sekä erinomaiset kemialliset kestävyysominaisuudet, minkä vuoksi se soveltuu sähköjohtimeksi ja lämpöä johtaviksi elementeiksi, mikä tekee alumiinioksidista erittäin monipuolisen, sillä se toimii hyvänä sähköjohtimena ja antaa sähkö- ja lämpöjohtimelle hyvät kemialliset kestävyysominaisuudet; lisäksi sen ohut alumiinioksidipinnoite suojaa sitä korroosiolta, mikä tekee siitä läpäisemättömän sekä ilman että veden pintoja vastaan.

Alumiinioksidia voidaan valmistaa erilaisista raaka-aineista, mutta suosituin lähde on bauksiitti. Bauksiitti on runsaasti alumiinia sisältävä malmi, joka louhitaan ja käsitellään natriumhydroksidilla, jolloin muodostuu vesiliuos, jota kutsutaan "bauksiitti-alumiinaksi", ja joka pumpataan saostussäiliöihin, joissa muodostuu kiinteitä alumiinihydroksidikiteitä, jotka kerätään talteen ja suodatetaan pois, jotta ne voidaan käyttää alumiinioksidina.

Alumiinioksidin tiheysvaihtelut vaihtelevat suuresti sen tuotantomenetelmästä riippuen, ja alempien aukkojen keramiikan tiheydet ovat suurempia, mikä viime kädessä määrittää soveltuvuuden tiettyihin sovelluksiin.

Huomaa, että monia alumiinioksidin erinomaisia ominaisuuksia voidaan parantaa valmistuksen ja lisäaineiden avulla. FEECO Innovation Centerin tiimillämme on kokemusta erilaisista alumiinioksidin koostumuksista, ja voimme kehittää ja testata näitä tuotteita erämittakaavassa sen määrittämiseksi, sopivatko ne sovellukseen.

Erittäin puhdas alumiinioksidikeramiikka, joka voidaan räätälöidä tietyn partikkelikoko- ja jakaumamäärittelyn mukaisesti, on erinomainen materiaalivalinta teollisiin sovelluksiin, jotka vaativat tinkimättömiä materiaaleja. Ne kestävät erilaisten kemikaalien, kuten fluorivetyhapon ja sulan emäksen sekä niiden höyryjen aiheuttamaa korroosiota ja pysyvät kovina ja jäykkinä myös säteilylle ja korkeille lämpötiloille altistuessaan - täydellisiä keramiikka-metalli-läpivienneille, röntgenkomponenttien läpivienneille ja korkeajänniteholkeille sekä tulenkestäville erikoistuotteille, kuten jännityksenpoistohelmille ja sputterointikohteille.

Lämmönjohtavuus

Alumiinioksidi on erittäin kova ja tiivis materiaali, jolla on erinomainen kulumisen ja korroosionkestävyys ja jonka lämmönjohtavuus on oksidikeraamiseksi materiaaliksi korkea (noin 30-35 W/mK).

Nämä ominaisuudet tekevät alumiinioksidista korvaamattoman arvokkaan materiaalin teollisuudessa, kuten alumiinimetallien tuotannossa ja tulenkestävissä aineissa. Alumiinioksidia voidaan myös yhdistää muihin alkuaineisiin erilaisten ominaisuuksien aikaansaamiseksi - esimerkiksi sen reaktiivisuuden vähentämiseksi tai lujuuden lisäämiseksi - tai sitä voidaan käyttää muiden kehittyneiden keraamisten tuotteiden, kuten boorinitridin ja zirkoniumoksidin valmistuksen perustana.

Valmistetaan bauksiittimalmista Bayer-prosessilla, jossa alumiinia sisältävien mineraalien liuottamiseksi käytetään lämpöä ja painetta sisältävää natriumhydroksidia yhdessä natriumhydroksidin kanssa. Kiteytyksen jälkeen kiertouunissa poistetaan sitoutunut vesi ja natriumaluminaattikiteet, jolloin syntyy puhdasta alumiinioksidia, joka voidaan sitten kalsinoida, jolloin se muuttuu alfa-faasiksi, joka on eri sovelluksissa suositeltava muoto.

Alfa-alumiinin vahvat ioniset ja kovalenttiset sidokset vaikuttavat sen erinomaisiin fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin, mikä antaa tälle korkean suorituskyvyn keraamiselle erinomaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Tämä materiaali kestää jopa voimakkaiden epäorgaanisten happojen, kuten ortofosfori- ja fluorivetyhapon, hyökkäyksiä! Alfa-alumiinioksidirakenteella on korkea lujuus, kovuus ja tulenkestävyys sekä erinomaiset sähköeristysominaisuudet ja dielektriset ominaisuudet; lisäksi se kestää hyvin korroosiota ja kulutusta.

Alumiinioksidi on myrkytöntä ja vähemmän myrkyllistä kuin muut teollisuusmateriaalit. Koe-eläimillä ja ihmisillä tehdyt tutkimukset ovat vahvistaneet tämän tosiasian ja osoittaneet, ettei alumiinioksidipölyn suurten pitoisuuksien hengittämisestä aiheudu haittavaikutuksia; ihmisillä tehdyt tutkimukset eivät myöskään näytä aiheuttavan keuhkofibroosia tai pahentavan olemassa olevia silikoosioireita.

Alumiinioksidi voidaan helposti työstää vihreänä ja keksipohjaisena, ja se voidaan sintteröidä pienin vaikeuksin tiukan toleranssin omaaviksi osiksi. Täysin tiivistyneiden osien valmistaminen vaatii erikoistyökaluja, jotta voidaan ottaa huomioon kutistuminen sintrauksen aikana; parhaiden tulosten saavuttamiseksi tässä prosessissa olisi käytettävä korkealaatuisia timanttityökaluja, jotta vältetään materiaalin vahingoittuminen ja saavutetaan haluttu geometria.

Sähkönjohtavuus

Alumiinioksidi erottuu oksidipohjaisten teknisten keraamisten tuotteiden joukosta suhteellisen korkealla sähkönjohtavuudellaan, mikä tekee siitä hyödyllisen eristeen korkeajännitteisissä sähkönsiirtolinjoissa, kuten vaihtovirtaverkossa, joka syöttää virtaa koteihin. Lisäksi kondensaattoreissa ja muuntajien käämeissä käytetään usein tätä materiaalia. Jotta sen johtavuutta voitaisiin parantaa entisestään, siihen voidaan lisätä zirkoniaa tai hiilinanoputkia.

Alumiinin sähkönjohtavuuteen vaikuttavat happi ja muut epäpuhtaudet, jotka pienentävät sen kideristikon energiaa, kun taas bulkkijohtokyky määräytyy elektronihyppelyn perusteella Co2+- ja Co3+-ioneissa. Ionien johtavuus riippuu diffuusiokertoimesta n, ionien konsentraatiosta, niiden välisestä etäisyydestä ja kemiallisesta potentiaalierosta; se on arvioitu diffuusioyhtälöstä Nernst-Einsteinin suhteen avulla, jossa johtavuus, diffuusiokerroin D, konsentraatio, ionien valenssiarvot z, alkeisvaraus, Boltzmannin vakio Kb ja lämpötila T ovat kaikki muuttujia.

Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että jauhemaisten alumiinioksidihiukkasten hengittäminen voi aiheuttaa hengitysteiden ärsytystä ja keuhkovaurioita, mukaan lukien lipoidinen keuhkokuume. Liiallinen altistuminen on yhdistetty myös sepelvaltimotautiin ja munuaissairauksiin.

Alumiinipohjaisten komposiittien reologista käyttäytymistä eri vahvuisten tasavirtasähkökenttien vaikutuksesta tutkittiin värähtelevän leikkauksen avulla. G'(o)/o kasvoi merkittävästi kentän voimakkuuden myötä. G'(o) kasvoi alumiinihiukkasten ionisen polarisaation ja niiden dipolimomenttien aktivoitumisen vuoksi luonnonkumi XL -matriisissa. Tämä aiheuttaa ketjujen vapaan liikkeen loppumisen, mikä johtaa jäykempiin ketjuihin, joiden kimmomoduuli kasvaa lähes kaksi kertaluokkaa. Alumiinioksidipohjaisilla komposiiteilla on erinomainen sähkönjohtavuus, jota voidaan käyttää lääketieteellisissä, teollisissa ja autoteollisuuden sovelluksissa, ja niiden sulamispisteet ovat alhaisemmat kuin puhtaalla alumiinioksidilla, mikä helpottaa työstöprosesseja.