Kaca Alumina

Kaca alumina adalah bahan kaca yang sangat tahan terhadap bahan kimia dan panas dengan kekuatan tinggi, tingkat konduktivitas listrik yang rendah, dan kekerasan yang ekstrem (skala 9 Mohs). Alumina sering ditemukan sebagai bagian dari komposisi produk keramik canggih seperti perangkat penglihatan malam atau kerucut hidung rudal pencari panas.

Terbuat dari aluminium oksida

Alumina adalah bahan yang sangat keras, nomor dua setelah berlian dalam hal kekerasan. Karena daya tahannya, alumina menjadi bahan yang sangat baik dalam pembuatan kaca dan produksi keramik, terutama keramik teknis atau keramik canggih yang dirancang untuk lingkungan yang keras dan membutuhkan ketahanan tekanan yang unggul serta ketahanan aus. Alumina juga dapat dikombinasikan dengan bahan lain untuk menghasilkan berbagai jenis produk kaca dan keramik.

Para ilmuwan telah melakukan penelitian untuk meningkatkan daya tahan aluminium oksida. Mereka telah mencoba mencampurkannya dengan oksida logam seperti tungsten dan skandium untuk menambah kekuatan dan keuletan; pada akhirnya menciptakan jenis kaca yang sama sekali baru yang telah terbukti tahan terhadap bahan kimia dan juga tahan goncangan termal - sehingga cocok untuk jendela lapis baja, perangkat penglihatan malam dan kerucut hidung rudal pencari panas.

Para peneliti menemukan bahwa kaca alumina dapat dibuat dengan teknik yang mirip dengan kaca silika tradisional, namun memiliki plastisitas yang lebih besar karena merupakan bahan amorf dengan celah pada struktur atomnya yang memungkinkan pembuangan energi dengan cara bergerak tanpa retak; sebaliknya, kaca silika tradisional cenderung rapuh karena atom-atomnya tidak dapat bergerak bebas saat tertekan dan malah pecah menjadi beberapa bagian.

Sebagai bagian dari proses pembuatannya, bubuk alumina digranulasi dengan polivinil alkohol untuk membentuk butiran berwarna hijau yang kemudian dapat ditransformasikan menjadi berbagai jenis kaca dan keramik. Butiran kemudian menjalani perlakuan panas baik melalui pengepresan kering atau pengecoran injeksi dan kemudian dapat diproses lebih lanjut melalui pengamplasan dan pencetakan untuk langkah pemrosesan tambahan sebelum akhirnya menjalani perlakuan anil yang meningkatkan kekerasan dan ketangguhan pada produk kaca alumina.

Alumina adalah bahan tambahan yang semakin populer dalam produksi kaca karena kemampuannya untuk meningkatkan kekuatan mekanis dan ketahanan terhadap guncangan termal. Selain itu, sifatnya yang tidak mudah larut berarti alumina tetap bebas dari kondisi asam, sementara ketahanan terhadap keausan membuatnya cocok untuk wadah atau lampu pelepasan intensitas tinggi.

Ini rapuh

Kaca terkenal rapuh karena energi mekanisnya tidak dapat menghilang secara efektif ketika berubah bentuk, sebaliknya terkonsentrasi pada cacat mikroskopis dan menciptakan konsentrasi tegangan lokal dan retakan tajam yang menyebar dengan cepat dan menyebabkan pecah. Kaca alumina menawarkan solusi potensial dengan menumpulkan perambatan ujung retakan saat menyebar, mengurangi kemungkinan patah dan pada akhirnya menghasilkan kekuatan kaca yang lebih baik dan ketahanan terhadap pecahan.

Alumina menawarkan banyak sifat yang diinginkan yang membuatnya menjadi komponen yang diinginkan dalam produksi kaca, termasuk keuletannya. Alumina meningkatkan kekuatan tarik, tegangan permukaan dan kilau serta memperpanjang jangkauan kerja, mengurangi kecenderungan devitrifikasi dan meningkatkan ketahanan terhadap serangan asam. Selain itu, alumina memiliki tekanan uap yang rendah, tingkat ekspansi dan relatif bebas dari pengotor dibandingkan dengan bahan alternatif yang digunakan.

Meskipun mahal, menambahkan alumina ke dalam formulasi gelas karena banyak keuntungannya membuatnya layak untuk dilakukan. Namun, karena alumina tidak larut dalam gelas silikat, alumina biasanya harus ditambahkan sebagai sumber alkali dalam soda-kapur-silikat (SLS) dan borosilikat sebagai sumber alkali untuk meningkatkan suhu leleh sekaligus meningkatkan sifat bubur fisik seperti kontrol penyusutan adhesi suspensi, serta membantu proses sintering.

Keramik alumina, yang merupakan bahan isolasi yang sangat tahan panas dan kimia, memiliki banyak aplikasi di berbagai bidang - seperti lensa dan jendela optik, perangkat penglihatan malam, kerucut hidung untuk rudal pencari panas, dan pelindung tubuh dengan dukungan UHMWPE untuk memberikan perlindungan balistik yang memadai dari ancaman senapan. Keramik alumina juga memainkan peran penting dalam beberapa desain pelindung tubuh; kombinasinya dengan dukungan serat aramid menawarkan perlindungan balistik yang memadai.

Alumina dapat digunakan dalam berbagai produk, termasuk refraktori, keramik, dan bahan abrasif. Alumina adalah salah satu bentuk aluminium oksida yang paling sering diproduksi di industri manufaktur dengan lebih dari 115 juta ton diproduksi setiap tahun. Alumina juga berfungsi sebagai bahan baku dalam banyak proses metalurgi serta penggunaan industri kimia termasuk memproduksi senyawa pemoles pelumas dan produksi kaca.

Para peneliti Universitas Teknologi Tampere di Finlandia telah berhasil mensintesis film mikroskopis alumina yang sangat fleksibel, meregang sebanyak 8% sebelum putus. Angka ini melampaui batas kelenturan silika yang hanya 2-2% dan membuktikan bahwa alumina secara signifikan lebih ulet daripada yang diyakini sebelumnya.

Ini ulet

Berbeda dengan kualitas kaca silika yang rapuh, kaca alumina memiliki keuletan yang tinggi. Hal ini dapat dikaitkan dengan konsentrasi aluminium oksida yang lebih tinggi yang membuatnya lebih fleksibel. Selain itu, titik lelehnya yang lebih rendah daripada silika membuat pengerjaannya lebih sederhana, dan menjadikan pembentukan alumina menjadi berbagai bentuk sebagai aspek integral dalam pembuatan kaca.

Kaca alumina memiliki banyak aplikasi dalam bahan kedirgantaraan dan keramik kaca. Kaca ini memiliki sifat yang unik, termasuk koefisien muai yang rendah dan kekuatan tarik yang tinggi; ketahanan terhadap bahan kimia yang baik; kekerasan yang ekstrem; transparansi optik dan konduktivitas listrik yang rendah - fitur-fitur yang membuat bahan ini populer digunakan pada jendela pesawat/kaca depan mobil/perangkat penglihatan malam/kerucut hidung rudal pencari panas.

Kaca dapat diproses menjadi berbagai produk, mulai dari wadah dan botol hingga isolator dan lapisan film tipis. Kaca juga dapat dilebur untuk membentuk lempengan tebal atau pelapis film tipis; dan bahkan ditiup menjadi tabung untuk jaringan komunikasi serat optik dan aplikasi sel surya. Alumina juga digunakan sebagai bagian dari refraktori keramik atau bahan pemoles, sebagai bahan abrasif atau bahkan penghambat api.

Pembuatan kaca adalah proses yang rumit. Bahan-bahan harus dipilih dengan hati-hati untuk menghasilkan campuran ideal dari komponen tahan api dan non-tahan api. Pasir yang digunakan untuk membentuk kaca harus mengandung persentase magnesium, silika, titania, atau seng yang sesuai. Alkali dan soda juga harus dalam proporsi yang tepat karena penambahan ini dapat memengaruhi suhu leleh dan viskositas; akibatnya memengaruhi keuletannya.

Para peneliti pernah meyakini bahwa komposisi kimiawi kaca menentukan apakah kaca itu rapuh atau ulet; namun, eksperimen terbaru menunjukkan sebaliknya. Menurut Erkka Frankberg dari Tampere University of Technology di Finlandia dan rekan-rekannya, struktur memainkan peran yang lebih penting. Mereka menemukan bahwa kaca alumina dapat menjadi fleksibel di bawah kondisi pembebanan yang tidak terkendali; temuan ini dapat membantu para ilmuwan dalam menciptakan kacamata fleksibel yang tidak pecah saat terjadi benturan.

Ini amorf

Kaca alumina adalah jenis kaca amorf yang dibuat dari aluminosilikat yang mengandung aluminium oksida. Kaca alumina adalah bahan yang sangat tangguh dan dapat menahan tekanan yang signifikan. Ketangguhan ini disebabkan oleh struktur atomnya yang unik yang membuang energi melalui reformasi ikatan daripada retak, tidak seperti silika yang mengandung celah yang mencegah atom-atomnya bergeser saat terjadi tekanan.

Alumina amorf sulit untuk diproduksi, dan para ilmuwan telah berjuang untuk memahami sifat fisiknya. Namun, simulasi dinamika molekuler memberikan cara yang ampuh untuk mempelajari struktur dan sifatnya; simulasi dinamika molekuler memungkinkan para ilmuwan mempelajari fitur-fitur ini dengan sangat rinci - termasuk analisis getaran gugus kation di dalam strukturnya serta masalah stabilitas yang muncul selama proses pembentukan kaca - memberikan wawasan penting tentang mengapa zat-zat tersebut menunjukkan keuletan yang luar biasa.

Spektroskopi Raman dapat memberikan metode lain yang berguna untuk mengkarakterisasi alumina. Metode ini mengungkapkan pembentukan fase kristal di dalam gelas-keramik dan menjelaskan penggunaannya sebagai pengubah jaringan dan kompensator muatan, perubahan tingkat polimerisasi, kejadian pemisahan fase serta distribusi air di dalam gelas aluminosilikat.

Spektrum FTIR alumina berkisar antara 380 hingga 630 cm-1 tergantung pada fase dan metode persiapannya, dengan panjang gelombang puncak yang mengindikasikan ion oksigen terkoordinasi tiga kali lipat atau gerakan di luar bidang dalam molekulnya yang memiliki pengaruh pada sifat mekanik.

Para peneliti telah mengembangkan proses inovatif untuk memproduksi film alumina mikroskopis secara massal. Berdasarkan anodisasi aluminium dalam larutan asam, teknik ini memungkinkan mereka untuk menganodisasi dengan komposisi kimia yang berbeda, ukuran pori-pori, dan struktur mikro untuk aplikasi kimia yang berbeda; mulai dari pewarnaan dekoratif hingga layar anti pecah.

Alumina anodik berpori adalah bahan yang sangat diperlukan dalam aplikasi nanoteknologi dan ilmu kaca, menyediakan model yang tepat secara atomis untuk transisi kaca. Dengan mengubah spesies elektrolit dan voltase, sifat atomistiknya dapat diidentifikasi dan dipelajari lebih lanjut.