Onko alumiinioksidi johtavaa?

Alumiinioksidi on tekninen keramiikka, jolla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, kuten lujuus, tulenkestävyys ja kemiallinen vakaus. Lisäksi sen lämmönjohtavuusominaisuudet ja kestävyys korkeissa lämpötiloissa tekevät siitä houkuttelevan materiaalin.

Matalammissa lämpötiloissa alumiinioksidin ionisidokset tekevät siitä elektronisen eristeen, mutta korkeammissa lämpötiloissa se muuttuu ionijohtajaksi.

Johtavuus

Alumiinioksidi, yleisemmin alumiinioksidi, on kovaa kulutusta kestävä tekninen keraaminen materiaali, jolla on lukuisia elämää ja yhteiskuntaa rikastuttavia sovelluksia. Alumiinioksidia tuotetaan teollisessa mittakaavassa luonnossa esiintyvistä bauksiittiesiintymistä, joilla on erilaiset fysikaaliset, kemialliset ja termiset ominaisuudet.

Alumiinioksidi on poikkeuksellisen kestävä materiaali, jolla on korkea mekaaninen lujuus, kemiallinen stabiilisuus ja lämmönjohtavuus - ominaisuudet, joiden ansiosta se soveltuu erinomaisesti käytettäväksi vaativissa ympäristöissä, joissa lämpötilat nousevat äärimmäisiin korkeuksiin. Lisäksi sen alhainen lämpölaajenemiskerroin antaa lisäsuojaa lämpöshokkeja vastaan.

Alumiinioksidin sähkönjohtavuus johtuu sen metallisesta koostumuksesta; kaikki metallit ovat erinomaisia sähkönjohtimia. Alumiinioksidi on yksi maailman neljänneksi johtavimmista metalleista, joten se on houkutteleva komponentti elektroniikan valmistus- ja pakkaussovelluksissa.

Alumiinioksidin ionijohtokyky on erinomainen. Sen koostumus koostuu alumiinikationeista Al3+, joita ympäröivät happianionit O2-, mikä luo säännöllisen kuusikulmaisen ristikkorakenteen ja tarjoaa runsaasti pinta-alaa ionien absorboinnille ja sitomiselle, mikä johtaa parempaan ionijohtokykyyn kuin mitä monilla muilla keraamisilla materiaaleilla voidaan saavuttaa.

Alumiinioksidin sähkönjohtavuus vaihtelee sen puhtausasteen ja käytettyjen lisäaineiden mukaan, ja saatavilla on erilaisia laatuja, jotka vaihtelevat puhtaasta 1000-sarjan alumiinioksidista aina 8000-sarjan alumiinioksidiin, jolla on parannettuja ominaisuuksia, kuten parannettu johtavuus (EC-luokan sähkönjohtavuus on erinomainen 61% IACS); tämä jää kuitenkin vielä huomattavasti alle kuparin johtavuuden (noin 385W/mK).

Alumiinioksidin puhtausasteet vaikuttavat sen johtavuuteen, mekaanisiin ja tulenkestäviin ominaisuuksiin, joten valmistajat valmistavat alumiinioksidia yleensä tiettyjen puhtausvaatimusten mukaisesti. Centerline valmistaa 99,5%:n puhtaudesta 98%:n puhtausasteeseen asti alumiinia erikoissovelluksiin; ota yhteyttä ja kerro vaatimuksesi, jotta voimme löytää sinulle parhaiten sopivan alumiinin.

Lämpötila

Alumiinioksidi (Al2O3) on erittäin kestävä tekninen keramiikka, jota käytetään monissa eri sovelluksissa. Se on kemiallisesti stabiili, kestää korkeita lämpötiloja ja on biologisesti kestämätön sekä kestää hyvin korroosiota happamia ja emäksisiä kemikaaleja vastaan korkeissa lämpötiloissa. Lisäksi sen lämmönjohtavuus on hyvä verrattuna grafiittiin, mikä antaa erinomaiset sähköiset eristysominaisuudet ja tekee Al2O3:sta erinomaisen materiaalin lämpöparien suojaamiseen korkeissa lämpötiloissa tehtävissä mittauksissa.

Alumiinioksidi on erittäin suosittu materiaalivalinta teollisiin sovelluksiin sen erinomaisen mekaanisen lujuuden, kulutuskestävyyden ja eroosiotason vuoksi. Kulutusta kestävien ominaisuuksiensa ansiosta alumiinioksidi soveltuu kulutusta kestäviin insertteihin ja tuotteisiin. Lisäksi sen korkean lämpötilan sähköeristysominaisuudet ovat keskeisessä asemassa sähköteknisissä sovelluksissa, sillä korkeamman puhtauden laatuluokat tarjoavat suuremman sähkövastuksen.

Alumiinioksidin suotuisat ominaisuudet johtuvat alumiinimetallin ja happi-ionien välisestä vahvasta atomien välisestä sidoksesta, jonka ansiosta se saa aikaan toivottuja materiaaliominaisuuksia, kuten korkean sulamispisteen, kovuuden, dielektriset ominaisuudet ja tulenkestävyyden. Alumiinioksidilla on useita eri kidefaaseja, jotka kaikki palautuvat palautumattomasti takaisin heksagonaaliseen alfa-faasiin korkeissa lämpötiloissa, mikä on edullinen tila rakenteellisissa sovelluksissa.

Alumiinioksidi on luonnollinen, runsas ja ehtymätön materiaali, jota esiintyy yli 15 prosentissa maankuorta, joten sitä on helposti saatavilla kohtuullisin kustannuksin suuria määriä. Alumiinioksidin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet riippuvat sen mineraalikoostumuksesta ja puhtaudesta; kiteisempi materiaali on yleensä vahvempaa ja sillä on paremmat tulenkestävyysominaisuudet.

Alumiinioksidin sähkönjohtavuus saavuttaa huippunsa 80 K:ssa, toisin kuin kuparin, jonka huippu on 100 K:ssa. Alhaisemman lämmönjohtavuuden vuoksi tästä materiaalista ei pitäisi rakentaa jatkuvasti johtavia polkuja, koska ne voivat aiheuttaa kohinaa poimintakäämeihin ja ongelmia poimintakäämeihin.

Sähkönjohtavuus mittaa nopeutta, jolla vapaat elektronit liikkuvat materiaalin läpi. Se voidaan määrittää mittaamalla lämpötilaa ja sähkökenttävastusta; alumiinioksidissa tätä ilmiötä edistävät kideruudukon värähtelyt korkeissa lämpötiloissa, jolloin vapaat elektronit voivat liikkua helpommin kideruudukon läpi, mikä mitataan virtana. Alumiinioksidin johtavuus riippuu sen mineraalikoostumuksesta ja käytetystä käsittelymenetelmästä.

Kosteus

Alumiinikeraamisten ja muiden materiaalien kosteuspitoisuus vaikuttaa olennaisesti niiden ominaisuuksiin, sillä se vaikuttaa kaikkeen kiteiden muodostumiseen ja morfologiaan, johtavuuteen ja kokonaisjohtavuuteen. Kosteusanalysaattorit, kuten LECO Corporationin AMH43-kosteusanalysaattori, ovat tarkka tapa mitata kosteutta tällä tavoin; tarkkuusvaakoja, korkean lämpötilan kuivausprosesseja ja kehittyneitä ohjelmistoja käyttäen ne tarjoavat tarkat kosteudenmittausominaisuudet keraamisissa materiaaleissa sekä muissa materiaalianalyysin muodoissa.

Alumiinioksidin tiheys on oksidikeramiikaksi poikkeuksellisen alhainen, mikä tekee siitä erinomaisen materiaalin sähkösovelluksiin. Alumiinioksidi kestää myös erinomaisesti kulutusta ja kemiallisia hyökkäyksiä, joten se soveltuu korkean suorituskyvyn käyttökohteisiin, kuten moottoriurheiluun.

Toisin kuin muut metallit, alumiinioksidi ei reagoi happojen kanssa. Se reagoi kuitenkin fluorivetyhapon kanssa ja tuottaa alumiinikloridia, minkä vuoksi sen korkea korroosionkestävyys ja kovuus takaavat erinomaiset kulutuskestävyysominaisuudet.

Alumiinioksidi-ionit esiintyvät vesiliuoksissa heksaakvaattikationeina (Al3+). Ne luovuttavat protoneja vesimolekyyleille aiheuttaen hydrolyysiä, kunnes liuokseen muodostuu alumiinihydroksidisaostuma. Lisäksi heksaakakationit auttavat kirkastamaan vettä.

Kun alumiinioksidin lämpötila nousee, sen sähkönjohtavuus laskee. Tämä johtuu alumiiniatomien välisen ionisidoksen heikkenemisestä, jolloin elektronit voivat liikkua vapaammin ja muodostaa johtavia polkuja.

Alumiinikeraamiikka on inerttiä materiaalia, joka kestää kemiallisia reagensseja, joten se on turvallista ja ihanteellista biomateriaalisovelluksiin. Alumiinioksidia käytetään moniin tarkoituksiin tekonivelissä, luun välikappaleissa ja sisäkorvaistutteissa. Alumiinioksidin muokattavuuden ansiosta se soveltuu myös putkien valmistukseen sekä tieteellisten tuotteiden työstämiseen. Lisäksi sen työstettävyys tekee alumiinioksidikeramiikasta erinomaisen vaihtoehdon korvattaessa ihmiskehon osia.

Alumiinioksidi on erinomainen eriste, ja se kestää erittäin suuria virtoja vahingoittumatta. Lisäksi sen kulutuskestävyys on korkea ja se kestää hyvin mekaanisia kulumisvaurioita. Lisäksi alumiinioksidi pysyy inertti korkeissa lämpötiloissa, joten se soveltuu kemiallisiin valmistusprosesseihin ja tyhjiösovelluksiin.

Korroosio

Toisin kuin puhdas alumiini, joka hapettuu itsestään ilmassa ja muuttuu ajan myötä pyroforiseksi, alumiinioksidilla on läpäisemätön oksidikerros, joka suojaa sitä hapettumiselta ja metalliydintä hapettumiselta. Tämän ansiosta alumiinioksidia voidaan käyttää monissa eri sovelluksissa ja estää korroosiota; sen läpäisemätön oksidikerros tekee alumiinioksidista myös vastustuskykyisen useimpia happoja vastaan, ja sen erinomaisiin mekaanisiin ominaisuuksiin kuuluvat korkea kovuus ja murtolujuus, jotka tekevät siitä erinomaisen materiaalivalinnan kemiallisiin ja sähkökemiallisiin käsittelylaitteisiin; sähköeristysominaisuudet säilyvät myös korkeissa lämpötiloissa; näin ollen sen korkea sulamispiste ja kulutuskestävyysominaisuudet tekevät alumiinioksidista erinomaisen materiaalivalinnan!

Alumiinioksidista voidaan valmistaa erilaisia tuotteita, kuten sähköeristeitä, keramiikkaa, lasia ja polttokennoja. Alumiinia käytetään myös laajalti uunien vuori- ja laboratoriolaitteiden putkien ainesosana; sen oksidikerros kestää hapon korroosiota, ja se on usein päällystetty kromilla tai nikkelillä kulutuskestävyyden lisäämiseksi. Lisäksi alumiinioksidi on tehokas hioma-aine, jota voidaan työstää timanttityökaluilla.

Alumiinioksidin korroosio voi ilmetä eri muodoissa riippuen ympäristöstä ja altistumisolosuhteista. Eroosiokorroosio on yksi tällainen muoto, jota esiintyy usein, kun alumiiniseokset altistuvat vedelle ankarissa kemiallisissa ympäristöissä; sen vaikutuksia kiihdyttävät nopeus, pH-taso, piidioksidipitoisuus ja karbonaattien esiintyminen vedessä.

Galvaaninen korroosio (tai erilaisten metallien korroosio) on merkittävä uhka alumiinille, sillä se heikentää sen lujuutta ja lisää alttiutta jännityssäröille. Sen vaikutusten lieventämiseksi alumiinin tulisi välttää suoraa kosketusta muiden metallien kanssa tai asentaa eristävä este ympärilleen.

Rakokorroosio on toinen alumiinikorroosion muoto, joka esiintyy usein alumiinirakenteen osien välisissä kapeissa väsymissäröissä. Rakokorroosio saa ravintonsa hapesta, laajentaa väsymissäröjä ja johtaa lopulta alumiinirakenteen pettämiseen.

Korroosiotieteilijät voivat seurata alumiinioksidikeramiikan suorituskykyä tarkemmin kuin perinteisillä painohäviötestausmenetelmillä mittaamalla eluutioioneja upottamisen aikana happoliuosten eri pitoisuuksiin. Atomiabsorptiospektrometrian avulla tutkijat voivat analysoida tämän näytteistä huuhtoutuneen määrän testaamalla huuhtoutuneen Al3+, Mg2+, Ca2+, Na+ ja Si4+.