Alumiinioksidin johtavuuteen vaikuttavat tekijät

Alumiinioksidi on olennainen ainesosa alumiinin tuotannossa, ja alumiiniseoksen tuotanto kasvaa nopeasti siirryttäessä kohti vähähiilistä taloutta. Lisäksi sillä on monia keraamisia sovelluksia.

Bauksiittimalmia käsitellään vedettömän alumiinioksidihydraatin kiteiden erottamiseksi liuottamalla ne natriumhydroksidiin, minkä jälkeen ne saostetaan vedettömän alumiinioksidihydraatin kiteillä, jotka saostuvat punalietteenä, suodatetaan epäpuhtauksien poistamiseksi ja lähetetään saostussäiliöiden kautta varastoitavaksi.

Se johtaa hyvin sähköä

Alumiinioksidi on erinomainen sähkönjohdin, koska sen atomimassa on pieni ja koska siinä on kolme vapaata elektronia, jotka ovat helposti liikuteltavissa sen ristikkorakenteessa, mikä tekee siitä sähköisesti aktiivisemman kuin metalleista, kuten kuparista tai magnesiumista. Koska alumiinioksidi on vähemmän tiheää, sen lämmön- ja sähkönjohtavuus on parempi kuin muiden metallien, kuten magnesiumin, lämmön- ja sähkönjohtavuus.

Alumiinioksidin johtavuus mitataan Siemens-yksikköinä metriä kohden (m) riippuen sen koostumuksesta ja valmistusprosessista. Teollisissa sovelluksissa käytettävän alumiinioksidin puhtaus on yleensä korkea - esimerkiksi 95% tai korkeampi puhtaus - jotta se voidaan helposti muotoilla sähköteknisissä sovelluksissa käytettäviksi johdoiksi, ja se on samalla tehokas lämpöjohdin, joka pitää elektroniset komponentit viileinä haihduttamalla lämpöä nopeasti; tämä on välttämätöntä, kun käytetään laitteita, kuten tehotransistoreja tai katkaisijoita.

Bauksiitteja louhitaan ja jalostetaan puhtaaksi alumiinioksidiksi, jota käytetään erilaisissa sovelluksissa, erityisesti sähköjohdoissa ja -komponenteissa. Alumiinikeraamit suojaavat myös kemiallisilta hyökkäyksiltä tai tulipalolta; näitä käyttötarkoituksia varten siihen voidaan lisätä zirkoniumoksidia tai piikarbidiviiksiä sitkeyden ja kulutuskestävyyden lisäämiseksi.

Alumiinikeraamilla on erinomaiset sähköeristysominaisuudet, jotka estävät sähkövirran kulkemisen niiden kappaleiden läpi, minkä vuoksi ne soveltuvat käytettäviksi eristeinä, sähköliittiminä ja tulenkestävinä materiaaleina. Lisäksi näistä keraameista valmistetut suuret ja kestävät osat kestävät hyvin kemikaaleja, ja niillä on korroosiota ja hankausta vähentäviä ominaisuuksia.

Alumiinioksidi on mukautuva keraaminen oksidi, jonka ominaisuuksia voidaan parantaa valmistusmenetelmillä ja lisäaineilla, mukaan lukien sen kulutuskestävyys, korroosionkestävyys sekä lämmön- ja lämpöshokkien kestävyys. Alumiinikeraamit kestävät erinomaisesti kulutusta, kun niitä käytetään putkien ja säiliöiden vuoraukseen, ja niiden lämpöshokkikestävyys tekee niistä sopivia sellaisten venttiilien ja tiivisteiden valmistukseen, joiden on kestettävä voimakkaita kemiallisia hyökkäyksiä, kuten fluorivetyhappoa tai sulan emäksen syöpymistä niiden läpi.

Se johtaa hyvin lämpöä

Alumiinioksidi johtaa hyvin lämpöä, vaikkakaan ei yhtä tehokkaasti kuin kupari. Sen lämmönjohtavuus riippuu lämpötilasta ja seosaineista; kun lämpötila nousee, sen lämmönjohtavuus laskee. Alumiiniseoksessa olevat epäpuhtaudet voivat myös vaikuttaa sen lämmönjohtavuuteen, samoin kuin elektronien ja fononien siroaminen lämpötilan muuttuessa, joten kaikkien sen lämmönjohtavuuteen vaikuttavien tekijöiden ymmärtäminen on erittäin tärkeää.

Alumiinin tuotanto alkaa alumiinimalmin, bauksiitin, louhinnalla. Bauksiitti sisältää erilaisia mineraaleja, jotka vaikuttavat sen koostumukseen; gibbsiitti (Al(OH)3), böhmiitti (AlO(OH)2) ja diaspori (AlO(OH). Louhinta käsittää yleensä murskatun ja pestyn bauksiitin kuivaamisen ennen liuottamista natriumhydroksidiin ja sen jälkeen kiintoaineen erottamisen nestemäisestä liuoksesta ennen sen pumppaamista saostussäiliöihin, jotta kiinteät alumiinihydroksidikiteet voivat muodostua.

Alumiinioksidi tunnetaan korkeasta sulamispisteestään, vahvasta mekaanisesta lujuudestaan, kemiallisesta kestävyydestään happoja ja emäksisiä liuoksia vastaan sekä erinomaisista eristysominaisuuksistaan, joiden ansiosta se kestää erittäin suuria virtoja. Alumiinioksidia käytetään monissa teollisissa sovelluksissa, kuten sähköeristyksessä ja valmistuksessa; lisäksi sitä käytetään raaka-aineena alumiinimetallin ja suurpainenatriumhöyryn katulamppujen valmistuksessa.

Ainutlaatuisten ominaisuuksiensa vuoksi alumiinioksidia käytetään laajalti teollisuudessa. Alumiinia käytetään keramiikassa, lasin ja korkealuokkaisten pinnoitteiden valmistuksessa sekä jauhetaan hienoksi jauheeksi, joka yhdistetään muihin materiaaleihin tulenkestävien aineiden valmistamiseksi. Lisäksi sitä käytetään jopa täyteaineena vahvistamaan betonirakenteita ja lisäämään niiden lujuutta ja kestävyyttä.

Huomaa, että liiallinen altistuminen alumiinioksidille voi olla myrkyllistä. Hengitettynä alumiinioksidi voi aiheuttaa keuhkojen ärsytystä ja tulehdusta sekä ruoansulatus- ja sydän- ja verisuonitauteja. Lisäksi krooninen altistuminen voi aiheuttaa rotilla keuhkoödeemaa ja lymfaattista hyperplasiaa.

Alumiinioksidi liukenee vain vähän rikkihappoon ja kuumaan HCl-liuokseen, mutta ei silti syövytä vettä. Alumiinioksidin korroosionkestävyys useimpien kemikaalien vaikutuksesta johtuu sen vähäisestä liukoisuudesta veteen; kestävyyttä voidaan lisätä lisäämällä siihen zirkoniumoksidihiukkasia tai piikarbidiviiksiä; läpikuultavien vaikutusten aikaansaamiseksi se voidaan jopa yhdistää magnesiumiin.

Se on hyvä äänenjohdin

Alumiinioksidi on laajalti käytetty materiaali laboratoriokromatografiassa. Sitä voidaan valmistaa happamilla, neutraaleilla tai emäksisillä pintaominaisuuksilla yhdisteiden helppoa erottamista varten erilaisissa vesipohjaisissa, orgaanisissa tai piipohjaisissa väliaineissa; se voidaan puristaa helmiksi, pelleteiksi, tiiliksi tai viipaleiksi käytettäväksi helmiä käyttävissä kokeissa; sillä on hyvät lämmönjohtavuusominaisuudet ja sähköiset eristysominaisuudet, jotka tekevät siitä korvaamattoman arvokkaan välineen, kun sitä käytetään monimutkaisten seosten erottamiseen, ja se soveltuu myös analyyttisiin tekniikoihin, jotka edellyttävät pieniä näytemääriä.

Alumiinioksidi tarjoaa ylivoimaisen sähkövastuksen ja virrankäsittelykyvyn, ja yhä suurempi puhtaus lisää sähkövirran kestävyyttä. Alumiinioksidia käytetään usein eristeenä tehoelektroniikkasovelluksissa, koska se kestää erittäin suuria virtoja ja pysyy samalla lämpötilaltaan vakaana valokaaren sisällä ja korroosionkestävänä.

Alumiinioksidin lämmönjohtavuus on erinomainen, ja sitä voidaan parantaa lisäämällä hiukkaskokoa ja pinta-alaa. Tämä ominaisuus tekee alumiinioksidista korvaamattoman arvokkaan materiaalin piirilevyille, joissa sen kyky johtaa lämpöä ja säilyttää samalla sähköpiirien eheys tekee siitä houkuttelevan ratkaisun. Alumiinioksidia sisältäviä piirilevysubstraatteja käytetään muun muassa tehoelektroniikan, puolijohdevalmistuksen ja LED-valaistuksen sovelluksissa.

Alumiinikeraaminen materiaali tunnetaan yleisesti kehittyneenä tai teknisenä keramiikkana, ja sitä voidaan käyttää eri teollisuudenalojen sovelluksissa, kuten sähkö-, kemian- ja lääketeollisuudessa. Ylivoimaisen kulutuskestävyytensä ja sähköeristysominaisuuksiensa ansiosta alumiinioksidi on erinomainen valinta käytettäväksi vaativissa ympäristöissä, kuten sairaaloissa tai vankiloissa. Alumiinioksidia voidaan myös muotoilla erilaisiin muotoihin ja päällystää lukuisilla materiaaleilla yksilöllisten tarpeiden mukaan.

Alumiinioksidia käytetään laajalti hankausprosesseissa ja yhdistettynä zirkoniumoksidihiukkasiin metallinvalmistuksessa käytettävien leikkaustyökalujen muodostamiseen. Alumiinioksidia voidaan käyttää myös lasin, keramiikan ja mineraalinäytteiden hionta- ja syövytysprosesseissa sekä kiillotuksessa erittäin sileiden pintojen tuottamiseksi. Alumiinioksidista valmistetaan myös teknisesti suunniteltua keramiikkaa korkean suorituskyvyn sovelluksiin, joissa vaaditaan parempaa kulutuskestävyyttä ja lämpöstabiilisuutta. Tällaisia ovat esimerkiksi puolijohteiden tuotantolaitteet, joissa alumiinioksidista valmistetut kannattimet ja lämmittimet hallitsevat piikarbidi- tai molybdeenilämmityselementtien tuottamaa lämpöä.

Se johtaa hyvin kosteutta

Alumiinioksidi on ihanteellinen materiaali sähköeristeisiin kosteus- ja lämmönjohtavuusominaisuuksiensa ansiosta, joten se soveltuu tehoelektroniikkaan, LED-valaistukseen ja auton moottoritilan lämpötilan säätöön. Lisäksi sen korroosionkestävyys tekee siitä hyödyllisen lisäaineen korroosionkestävyyteen meriympäristöissä ja lämpötilojen pitämiseen rajoissa tehoelektroniikassa, LED-valaistuksessa ja autojen moottoritilan lämpötilan säätelyssä sekä lasinvalmistuksessa ja hiekkapaperin valmistusprosesseissa.

Alumiinikeraamiikka on poikkeuksellisen vahvaa materiaalia, jonka puristuslujuus on 250 000 psi ja kovuus vastaa timantin ja piikarbidin kovuutta. Niiden puristuslujuuden (250 000 psi) ylittävät puristuslujuudessa vain timantti ja piikarbidi, ja niiden kovuus on vain timantin ja piikarbidin veroinen. Alumiinikeraamit kestävät myös erinomaisesti kulutusta, hapettumista, säteilyaltistusta ja korkeita lämpötiloja, minkä vuoksi ne soveltuvat eri muotoisiksi ja kokoisiksi tuotteiksi erilaisiin sovelluksiin, ja niiden ominaisuuksia voidaan edelleen parantaa erityisillä valmistusmenetelmillä tai tuotantoprosessien aikana käytetyillä lisäaineilla tai soveltamalla lisäaineita tai valmistusmenetelmiä/lisäaineita, joita käytetään valmistuksen aikana tai käsittelyvaiheiden jälkeen/käsittelymenetelmillä/lisäaineilla/lisäaineilla/käsittelyllä/lisäaineilla/lisäaineilla/lisäaineilla/lisäaineilla/lisäaineilla/lisäaineilla/lisäaineilla/lisäaineilla/lisäaineilla/lisäaineilla/ jne.

Alumiinioksidin teollisessa tuotannossa käytetään Bayer-prosessia, jossa natriumhydroksidiliuos liuottaa alumiinia sisältäviä mineraaleja bauksiitissa muodostaen natriumaluminaattikiteitä, jotka voidaan sitten kiteyttää puhtaaksi alumiinioksidiksi. Loppuvaiheeseen kuuluu lämpökäsittely, jossa sidottu kosteus poistetaan, minkä jälkeen saadaan houkuttelevana sivutuotteena punalietettä, jolle monet yritykset ovat löytäneet hyödyllisiä uudelleenkäyttö- ja talteenottosovelluksia.

Alumiinioksidin kiderakenne on heksagonaalinen, ja happiatomit on pakattu kuusirenkaisiin renkaisiin, jotka on järjestetty kuusikulmaisesti. Tämä järjestely antaa sille erinomaiset sähköiset ja optiset ominaisuudet; jalokivilaatuisten rubiini- ja safiirikiteiden värit määräytyvät niiden koostumuksessa olevien epäpuhtauksien pienien jäämien perusteella. Alumiinioksidin höyrynpaine on myös alhainen, joten se on erittäin liukenematon happoihin ja emäksiin.

Toisin kuin metalleilla, alumiinioksidin lämpölaajenemiskerroin on alhaisempi, minkä vuoksi se soveltuu korkean lämpötilan sovelluksiin. Lisäksi sen erinomainen lämmönjohtavuus auttaa minimoimaan lämpöhäviöt piirilevyissä, ja sen erinomaiset sähköeristysominaisuudet ovat paremmat kuin polymeerien, kuten FR4-epoksin. Lämpöisotrooppisuus yksinkertaistaa lämpöanalyysiä ja suunnittelua, ja koska se kestää hyvin kemikaaleja ja korroosiota, sitä voidaan käyttää jopa sytytystulppien valmistuksessa ja polttoainelinjasovelluksissa ilman halkeilua tai vuotoja, ja se on samalla läpäisemätön orgaanisille kemikaaleille ja hankausaineille verrattuna FR4-epoksin kaltaisiin polymeereihin.