Alumínium-oxid Alumínium-oxid

Az alumínium-oxid (timföld) számos ipari kerámia alapanyaga. Kemény, rideg tulajdonságokkal rendelkezik, magas olvadásponttal, alacsony elektromos vezetőképességgel és kivételes hőstabilitási tulajdonságokkal.

A korundot elsősorban a korund-alumínium-dioxid (a-Al2O3) stabil, romboéderes kristályformái alkotják, amelyeknek stabil kristályos formáját korund-alumínium-dioxidnak nevezik, és nyomokban krómot tartalmaznak, amely a jellegzetes vörös árnyalatot biztosítja, míg a vas és a titán a kék zafír kék zafír minőségi fajták, például a rubinok kék zafír árnyalatát adja.

Fémek

Az alumínium-oxid timföld a fémek gyártásának szerves anyaga, és alumínium fémötvözetek előállítására használják. Magas olvadáspontja és kiváló hőállósági tulajdonságai miatt gyakran használják kemencékben, kerámiákban és kemencebélésekben. Az alumínium-oxid-alumínium-oxid szilárdsága, könnyűsége és ballisztikus tulajdonságai miatt a polgári és katonai páncélok gyártásában is fontos szerepet játszik.

Az alumínium-oxidot (timföldet) bauxitérc finomításával állítják elő timföldfinomítóban. Ez a folyamat általában nagy, téglalap alakú, becslések szerint egy kilométer hosszúságú épületekben zajlik, amelyek több száz redukciós cellát tartalmaznak, amelyek nagy kábelek segítségével kapcsolódnak az áramellátáshoz; ezek kombinációjával korundot vagy alumínium-oxidot állítanak elő végtermékként.

A korund az alumínium-oxid legelterjedtebb formája, és keménységét tekintve a gyémánt után a második. A korund drágakőminőségű formái közé tartoznak a rubinok és a zafírok, amelyek gazdag színüket olyan szennyeződéseknek köszönhetik, mint a króm-, vas- és titánatomok. A korund a vágószerszámok, valamint a felületén használt számos csiszolóanyag fő összetevőjeként szolgál; a korundnak egyéb felhasználási területei is léteznek.

A finomítók alumínium-oxid timföldet használnak az összetett termokémiai és termomechanikai folyamatokban használt ipari tűzálló anyagok alapanyagaként, például a szénhidrogének szintézisgázzá (szintézisüzemanyaggá) történő autotermikus reformálásához. A nagy tisztaságú alumínium-oxid kerámiák kiváló kémiai inertitást biztosítanak, amely az ilyen alkalmazások sikeres végrehajtásához szükséges.

Az alumínium-oxidot gyakran alkalmazzák katalizátorként a finomítókban, hogy megkönnyítsék az ott zajló reakciókat, beleértve a Claus-folyamat révén történő elemi kén előállításához vagy az alkénekké alakított alkoholok előállításához kapcsolódó reakciókat.

A timföldet gyakran adják a cement- és betontermékekhez, hogy növeljék szakítószilárdságukat, tartósságukat és korrózióállóságukat, valamint a környezeti tényezőkkel szembeni ellenállásukat. A timföldet ragasztókhoz és tömítőanyagokhoz is hozzá lehet adni a ragasztási szilárdság, a rugalmasság és a vegyi anyagokkal szembeni ellenállás növelése érdekében; emellett széles körben használják a fogászati implantátumok és protézisek gyártásánál.

Korund

Az alumínium-oxid (más néven Al2O3 kémiai képletű) egy sokoldalúan felhasználható vegyület, amelynek számos alkalmazási területe van. Kulcsfontosságú nyersanyagként szolgál a fémes alumínium, valamint az ipari kerámiák előállításához; emellett a természetben is előfordulhat olyan drágakövek formájában, mint a rubin és a zafír.

A korund egy alumínium-oxid, amelynek bonyolult hexagonális, szorosan pakolt szerkezete és bőséges oxigénionjai vannak; ezek kétharmada tölti ki a rendelkezésre álló oktaéderes réseket, míg a fennmaradó helyet Al3+ ionok töltik ki, amelyek más atomokhoz kötődnek, így semleges szerkezetet alkotnak, a stabilizálásához szükséges töltéskiegyenlítő kationok nélkül.

A természetes korund megtalálható vulkáni, metamorf és üledékes kőzetekben. Elsődleges forrása a bauxit, amelyből nagy tisztaságú timföldpor (>99,9% Al2O3) nyerhető; a korund a Bayer-eljárással nyerhető ki ebből a nyersanyagból; nagyobb lelőhelyek vannak Ausztráliában, Brazíliában, Indiában, Mianmarban (Burma).

A tiszta korundot csiszolóanyagként is széles körben használják az iparban és azon túl, különösen a nagy tisztaságú timföld gyártási folyamatainak részeként. Kemény és tartós felülete miatt a tiszta korund gyakran tartalmaz kis mennyiségű szenet, szilícium-dioxidot és mangán-oxidot a további kopásállóság érdekében.

A korund katalizátorként is felhasználható. A víz és más poláris molekulák elnyelése lehetővé teszi, hogy adszorpciós kromatográfiában használják; emellett katalitikus tulajdonságai lehetővé teszik a kén eltávolítását a hidrogén-szulfidból, az alkoholok dehidratálását és az olefinek izomerizálását.

A korund kristályszerkezete jelentősen változhat az összetételében jelen lévő szennyeződések miatt, beleértve a különböző színekhez hozzájáruló elemi szubsztituenseket is. A rubin és a zafír a színüket a bennük található Fe2+ és krómionok nyomnyi mennyiségének köszönheti.

A korund egy rendkívül rugalmas anyag, amely a felhasználástól függően különböző formájú és méretűre alakítható. Megmunkált koptató termékekhez, valamint olyan alkalmazásokhoz, amelyek magas hőmérséklet-ellenállást és jó elektromos szigetelő tulajdonságokat igényelnek. Kötési és alakítási technikák révén kiváló kopásállósági tulajdonságokkal rendelkező, finom szemcsés alumínium-oxid anyagot is előállíthat, amely kiváló kopásállósági jellemzőkkel rendelkezik.

Lángmentesítő anyagok

Az alumínium-oxid számos alkalmazásban megtalálható égésgátlóként, és gyakran alkalmazzák szigetelőanyagként az elektronikus berendezésekhez használt nyomtatott áramköri lapokon (PCB). Az alumínium-oxid azon képessége, hogy képes blokkolni az alkatrészek közötti elektromos áramáramlást, biztosítja az elektromos rendszerek biztonságát és szigetelését, míg szigetelő tulajdonságai csökkentik a rövidzárlatok és a termékkárosodás kockázatát.

Az égésgátló tulajdonságai abból erednek, hogy képes lassan elnyelni és leadni a hőt, így segítve a termékeket abban, hogy ne váljanak gyúlékonnyá. A szerves és halogénezett égésgátlók helyettesítésére való felhasználása fokozatosan megszűnik, mivel ezek negatív környezeti hatásai miatt fokozatosan kivonásra kerülnek.

Az alumínium-trihidroxid, közismertebb nevén ATH, egy hatékony alumínium-hidroxid égésgátló, amelyet manapság széles körben használnak. Hatékony alternatívát kínál a halogénezett vegyi anyagokkal szemben, amelyek lebomlásukkor mérgező füstöt bocsátanak ki, és bomlásuk során környezeti problémákat okoznak. A fémhidroxid vegyületek nem mérgezőek, és melegítéskor vízre és inert oxidokra bomlanak; továbbá környezetbarátabbak, mint a szerves brómvegyületek, például a polibrómozott bifenil-éterek (PBDE). Ezek váltak az elmúlt évek során a tűzgátló vegyi anyagok fő támaszává.

Az alumínium-oxid alumínium-oxidot a gyártás során számos kezelésnek vetik alá, hogy fokozzák égésgátló képességét. A felületén szilánokat alkalmaznak a durva részecskék kiszűrése és az egyenletes részecskeméret-eloszlás biztosítása érdekében; ez segít a különböző anyagokkal való diszperzió javításában és a diszperziós eljárásokban. Végül a termikus sokkolásos kezelés tovább növeli az égésgátló képességeket.

Az ATH az égésgátló tulajdonságai mellett kiváló oxidatív stabilitást is mutat, ami meghosszabbíthatja a vele érintkező polimerek és egyéb termékek élettartamát. Ezenkívül a mérsékelt hő- vagy nedvességtartalmú öregedési körülmények közötti migrációval szembeni ellenállása és nagy felülete hozzájárul a mechanikai tulajdonságok javításához, amikor polimerekhez keveredik.

Műanyagok

A timföld egy inert anyag, amelyet üveggyártáshoz vagy fémek hőszigetelésére szolgáló bevonathoz használnak, valamint olvasztják és formába öntik. Az alumínium-oxid hőszigetelőként is szolgálhat kemencékben és gyújtógyertyákban, magas olvadáspontja, alacsony fajsúlya, tűzálló tulajdonságai lehetővé teszik a kerámiagyártást.

A kemény és bioinert kerámia a csípőprotézisek, fogászati implantátumok és szövetmegerősítések csapágyainak választott anyaga. Kerámia található továbbá olyan orvosi eszközökben, mint a műtérd és a stentek, valamint laboratóriumi berendezésekben, mint a tégelykemencék és egyéb szerszámok.

A korund egy alumínium-oxid alumínium-oxid formája, amely a drágakő minőségű, mély színű rubinokban és zafírokban található, például a Brazíliából és Srí Lankáról származó rubinokban és zafírokban. Színeik azonban nem tiszta alumínium-oxidból származnak, hanem olyan szennyeződéseket tartalmaznak, mint a vas vagy a titán, amelyek a színek jellegzetes árnyalatait adják. Keménységének köszönhetően vágószerszámok csiszolóanyagai is formálhatók belőle.

Amint a timföld vízben feloldódik, hidroxilcsoportok képződnek, amelyek kölcsönhatásba lépnek a fehérjékkel, és a különböző fémötvözetekhez képest növelik a nedvesíthetőségét, és a timföldet ideális korrózióvédő bevonatanyaggá teszik. Az alumínium-oxidot gyakran használják agyagadalékként is a kemencékben, hogy kemény mázakat állítsanak elő, amelyeket kerámiadíszítésre és alumínium alkatrészek eloxálására használnak.

Az alumínium-oxidot csiszolóanyagok, kerámiák és egyes műanyagok gyártásához használják. Ezenkívül megolvasztható és alakítható, hogy kemencék szigetelésére, fémöntvények vagy hőelemek (hőmérsékletmérő műszerek) burkolataként használják. Ezek a műszerek a Seebeck-effektus alkalmazásával működnek: két különböző hőmérsékletű fémhuzalt forrasztott kötéssel összekötnek az egyik végén, mielőtt a másik végüket egy kerámiadarabhoz vagy tűzálló anyaghoz rögzítik, amely megakadályozza a hidegebb fém hőveszteségét a melegebb végén, ezáltal elektromos potenciálkülönbséget hozva létre, amely elektronikusan mérhető egy elektronikus eszközzel.