Alumiinioksidin rakenne ja sovellukset

Alumiinioksidi on kehittynyt tulenkestävä materiaali, jolla on erinomaiset lujuus-, sitkeys- ja kulutuskestävyysominaisuudet. Se voidaan helposti muotoilla eri muotoihin ja kokoihin erilaisilla konsolidointi- ja sintrausprosesseilla.

Alumiinioksidi on inerttiä ja kestää happoja ja emäksiä korkeissa lämpötiloissa. Lisäksi se kestää hyvin kulutusta.

Se on kiteinen materiaali

Vaikka alumiinioksidin käyttökohteet vaihtelevat, sillä on useita yhteisiä ominaisuuksia, joiden ansiosta se soveltuu hyvin käytettäväksi useilla eri aloilla. Näitä ominaisuuksia ovat suuri mekaaninen lujuus, kemiallinen kestävyys ja sähköeristys. Alumiinioksidilla on myös erinomainen tulenkestävyys, kulumiskestävyys, hyvät dielektriset ominaisuudet ja alhaiset häviötangenttiarvot, ja se soveltuu käytettäväksi vaikeissa syövyttävissä ympäristöissä.

Alumiinioksidi on kemiallinen yhdiste, joka koostuu alumiini- ja happimolekyyleistä. Alumiini esiintyy luonnossa korundina, ja tietyissä olosuhteissa se muuttuu safiiriksi - ihanteellinen materiaali teollisiin ja lääketieteellisiin käyttötarkoituksiin, ja sen korkea sulamispiste ja kemiallinen inerttius tekevät siitä sopivan tulenkestävän materiaalin äärilämpötiloissa.

Alumiinioksidilla on monimutkainen kiderakenne, joka koostuu heksagonaalisesti tiiviisti pakatuista happi-ioneista ja kahdesta kolmasosasta oktaedrisiä alumiini-ioneja, jotka on sijoitettu heksagonaalisesti tiiviisti yhteen, sekä kahdesta kolmasosasta oktaedrisiä alumiini-ioneja, jotka muodostavat vahvoja vetysidoksia toistensa kanssa, mikä antaa tälle materiaalille äärimmäiset kestävyys-, lujuus-, jäykkyys- ja tulenkestävyysominaisuudet.

Kun alumiinioksidia käytetään keramiikan valmistukseen, se on jauhettava hienojakoiseksi, jotta kiderakenne olisi yhtenäinen ja suorituskyky parempi. Lisäksi tämä prosessi parantaa pinnanlaatua ja vähentää samalla epäpuhtauksien määrää lopullisessa keraamisessa tuotteessa.

Puhtaan alumiinioksidin tuottamiseksi on erittäin tärkeää minimoida g-Al2O3:n esiintyminen. Tämä vesiliukoinen faasi häiritsee sintrausprosesseja ja johtaa karkeutumiseen ja agglomeraatteihin; sen läsnäolo vähentää tehokkuutta ja aiheuttaa keraamisiin tuotteisiin tummia värejä.

Alumiinioksidilla on erinomainen mekaaninen lujuus ja lämmönkestävyys, ja sen korkea sulamispiste, hyvä kemiallinen inerttiys, kulutuskestävyys ja helppo muotoiltavuus tekevät siitä sopivan moniin erilaisiin sovelluksiin, tulenkestävistä sovelluksista ja pinnoitteista tulenkestäviin sovelluksiin ja pinnoitteisiin. Alumiinioksidin valmistuksessa voidaan myös käyttää mitä tahansa lisäaineita, jotta se täyttää tietyt suorituskykyvaatimukset - joko korroosionkestävyyttä parantaen tai antaen sille erottuvan värin tai optisia ominaisuuksia.

Se on hauras

Alumiinioksidi on erittäin kova ja vahva kiteinen materiaali, jota esiintyy luonnossa monissa muodoissa, kuten safiirissa. Lisäksi alumiinioksidia käytetään teollisuudessa hioma-aineena tai keraamisen tekniikan komponenttina. Alumiinioksidi erottuu oksidien joukosta siten, että se kestää hyvin lämpöä ja kemiallista kulumista sekä hajauttaa iskuenergiaa panssaritekniikan sovelluksissa.

Korotetuissa lämpötiloissa useimmat alumiinioksidin muodot palaavat takaisin heksagonaaliseen alfa-faasiinsa, jolloin ne saavat aikaan maksimaalisen lujuuden ja jäykkyyden, virumiskestävyyden, hyvät dielektriset ominaisuudet (DC-taajuuksista GHz-taajuuksiin muuntamiseen) ja alhaisen häviötangentin. Alumiinioksidin rakenne koostuu happi- ja alumiiniatomeista toisiinsa lukittuneessa kuutiomatriisissa, jossa alumiiniionit täyttävät kaksi kolmasosaa oktaedristen väleistä, kun taas happi täyttää vain yhden kolmasosan. Molekyylien välisten vahvojen ionisten atomien välisten sidosten ansiosta alumiini on lisäksi erittäin luja ja jäykkä, kun se altistuu korkeammille lämpötiloille. Tämä antaa sille kaikkien kiteisten alumiinioksidien joukossa vertaansa vailla olevan lujuuden ja jäykkyyden sekä sen, että se on erittäin tulenkestävä hiukkasten välisten vahvojen atomien välisten sidosten vuoksi.

Vaikka alumiinioksidi on haurasta, se on uskomattoman sitkeä materiaali, jolla on monia käyttökohteita. Kovuutensa ja kemiallisen kulutuksen kestävyytensä ansiosta se soveltuu erinomaisesti hiomateollisuuteen, ja sen matala sulamispiste ja lämpötilan vakaus ovat olennainen osa keraamisten tuotteiden valmistusprosesseja. Alumiinioksidin sähköinen vakaus tekee siitä myös houkuttelevan materiaalivalinnan eristeisiin ja kondensaattoreihin.

Alumiinikationit esiintyvät vesiliuoksissa heksaakationina, ja kun ne kuivataan, ne voivat muodostaa alumiinihydroksidisakkaa, jota voidaan käyttää veden kirkastamiseen, kun taas sen liukoista muotoa, alumiinioksidihydroksidisakkaa, voidaan käyttää myös lasitavaroiden puhdistamiseen. Alumiini on luonnossa niin yleinen, ettei sillä ole myrkyllisiä vaikutuksia eläimiin tai kasveihin.

Tutkijat osoittivat hiljattain, että alumiinioksidi on huomattavasti sitkeämpää kuin kvartsilasi. He havaitsivat, että rakenteet, joissa paksujen seinämien suhde putken halkaisijaan oli yli 2:1, hajosivat puristettaessa, kun taas ohuemmat rakenteet selvisivät puristuksesta. Transmissioelektronimikroskopian avulla tutkijat pystyivät analysoimaan tätä eroa; atomien tiivis pakkautuminen alumiinioksidiverkostossa mahdollisti sen paikkojen vaihtumisen helpommin kuin virheettömillä piilasilla.

Se on kemiallisesti inertti

Alumiinioksidi on erittäin kova ja kemiallisesti inertti materiaali, jolla on monia käyttötarkoituksia sen äärimmäisen kovuuden ja kemiallisen inerttiyden ansiosta. Alumiinioksidi toimii erinomaisena eristeenä lämpöshokkeja vastaan, sillä on korroosionkestävyysominaisuuksia ja se on riittävän monipuolinen muotoillakseen sitä eri muotoihin ja kokoihin.

Alumiinioksidi on poikkeuksellinen hioma-aine, jota käytetään hiomalaikoissa, hiekkapapereissa ja kiillotusaineissa metallien ja muiden materiaalien tarkkaan hiontaan ja tasoitukseen. Alumiinioksidipigmentin pidennysaineet lisäävät myös maalattujen pintojen värin pysyvyyttä ja kestävyyttä.

Alumiinikeraamiset materiaalit ovat maailmanmarkkinajohtaja. Sillä on korkea sähkönjohtavuus, mekaaniset ja lämpöominaisuudet, jotka säilyvät korkeissa lämpötiloissa, korroosionkestävyys, kemiallinen kestävyys ja kulumiskestävyys sekä laajat sovellukset monilla teollisuuden aloilla.

Alumiinioksidi koostuu alumiinista ja hapesta, ja sen sulamispiste on 2 050 celsiusastetta, mikä tekee siitä erittäin lämmönkestävää. Alumiinioksidia voidaan valmistaa suulakepuristamalla ja jauhesintraamalla, mutta sen tuotantotulos on suhteellisen alhainen, koska erittäin puhtaan alumiinin hankkiminen ja puhtaiden oksidien tuottaminen on vaikeaa.

Alumiinioksidi on pitkäikäinen ja kemiallisesti inertti materiaali, joka kestää happoja ja emäksiä. Lisäksi sen sähköä eristävät ominaisuudet tekevät siitä sopivan sähköjohtojen eristyssovelluksiin ja sen korkeat lujuus-/jäykkyysominaisuudet tekevät siitä sopivan ballististen panssarien valmistussovelluksiin. Alumiinioksidituotteita käytetään muun muassa kemikaalipumpuissa käytettäviin venttiileihin, tiivisterenkaisiin ja komponentteihin sekä venttiileihin, jotka on suunniteltu erityisesti kemikaalien käsittelyä varten, sekä näissä pumpuissa käytettäviin kulutusta kestäviin komponentteihin.

Alumiinioksidi heijastaa erinomaisesti valoa aallonpituuksilla 500-2000 nanometriä, joten se on erinomainen komponentti laserheijastimissa. Heijastavuutensa lisäksi alumiinioksidi tuottaa myös vähän hiukkasia ja on tyhjiötiivis - ominaisuudet, joiden ansiosta se soveltuu hyvin puolijohdekammioihin ja -kiinnikkeisiin sekä käytetään salamalamppujen tai jatkuva-aaltolasereiden pumppukammioiden valmistukseen.

Koska alumiinioksidin natriumkontaminaatio on tärkein halkeilun ja tiivistymisen aiheuttaja, sitä lisätään usein valmistuksen aikana, jotta sintraus tapahtuisi alhaisemmassa lämpötilassa. Myös gallium on tärkeä alumiinioksidin sisältämä epäpuhtaus; sen käyttö Bayerin liuoksen keskeisenä ainesosana on johtanut sen kertymiseen materiaaliin sintrauksen aikana, mikä on vaikuttanut materiaalin korkeisiin galliumipitoisuuksiin.

Se on tulenkestävä

Korkealaatuiset tulenkestävät tiilet tarjoavat erinomaiset lämpöominaisuudet ja kestävät kovia olosuhteita, joten ne soveltuvat moniin sovelluksiin, kuten keraamisiin uuneihin, masuuneihin ja lasisäiliöihin. Niiden kemiallinen kestävyys tekee niistä erittäin kestäviä; nämä tiilet kestävät monien happojen ja emästen, kuten fluorivetyhapon, natriumhydroksidin ja ammoniumperkloraatin aiheuttamaa korroosiota. Alumiinikivien valmistuksessa käytetään hienoksi murskattua, kalsinoitua materiaalia, joka on sitten sidottu yhteen korkeapaineisella sintrausprosessilla, jotta se olisi mahdollisimman suorituskykyinen.

Tulenkestävät tiilet valmistetaan käyttämällä raaka-aineena erimuotoisia neliöitä, suorakaiteita ja pyöreitä tiiliä, jotka sintrataan pyörivässä sintrausrummussa lämpötiloissa, jotka vaihtelevat 1500-1800 asteen välillä. Sintraus on olennainen osa korkealaatuisten alumiinioksidipitoisten tulenkestävien tiilien valmistusta, sillä sen lämpötila ja kesto vaikuttavat valmiiden tuotteiden hiukkaskokoon, muotoon ja kemialliseen koostumukseen.

Näissä tulenkestävissä materiaaleissa on tyypillisesti korkea alumiinioksidipitoisuus, yli 45%, ja ne voidaan valmistaa eri muodoissa, kuten liukuvalussa ja ruiskuvalussa, ennen kuin ne poltetaan kaasukäyttöisissä uuneissa. Kun tuotteet on poltettu, ne voidaan testata ASTM-testien mukaisesti avoimen huokoisuuden, veden imeytymisen, näennäistiheyden ja mekaanisten ominaisuuksien, kuten nelipistetaivutuslujuuden, osalta.

Korkea-alumiinisia tulenkestäviä tiiliä käytetään laajalti lämpöeristystä vaativilla teollisuudenaloilla. Yleisiä käyttökohteita ovat masuunit, keraamiset uunit ja säiliöuunit sekä sovellukset, joissa vaaditaan suurta kulutuskestävyyttä ja lämpöshokkien kestävyyttä.

Tulenkestävät oksidit koostuvat erilaisista yksikäsitteisistä, kaksikäsitteisistä ja kolmikäsitteisistä keraamisista yhdisteistä, jotka on valmistettu pääasiassa alumiinioksidista. Tulenkestävät keraamiset aineet ovat erittäin kestäviä materiaaleja, joita käytetään laajalti rakenne- ja eristyssovelluksissa, ja ne kestävät äärimmäisiä lämpötiloja sekä kemikaaleja tai hankaavia aineita hajoamatta.

Fosforihapolla on erittäin alhainen sulamispiste, ja se vuorovaikuttaa hitaasti alumiinioksidin kanssa muodostaen alumiinioksidihydroksidia ja alumiinihydroksidia, ennen kuin se dehydratoituu korkeassa lämpötilassa alumiinioksidiortofosfaatiksi, joka muistuttaa piidioksidin ja kvartsin rakenteita ja josta syntyy berliini-, tridymiitti- ja kristobaliittitulehduskiviaineita, jotka kestävät erinomaisesti kuonan tunkeutumista ja ovat erittäin kestäviä.