Konduktivitas Alumina

Alumina (Al2O3) adalah keramik teknis canggih yang menawarkan banyak sifat fisik yang menarik, seperti konduktivitas termal yang sangat baik, kekuatan, dan stabilitas kimiawi pada suhu tinggi.

Alumina menawarkan tingkat ketahanan korosi yang tinggi saat terpapar bahan kimia yang keras, sehingga cocok untuk digunakan di seluruh industri.

Konduktivitas Termal

Konduktivitas termal yang unggul dari keramik alumina adalah salah satu alasan mengapa keramik ini digunakan secara luas, menjadikannya pilihan populer dalam berbagai aplikasi. Ikatan ionik dan kovalen antara aluminium (Al3+) dan ion oksigen memungkinkan perpindahan panas yang cepat. Sayangnya, suhu dan tingkat pengotor dapat mengubah tingkat konduktivitas termalnya, sehingga untuk menentukan konduktivitas termalnya secara akurat, sangat penting untuk berkonsultasi dengan data teknis yang disediakan oleh produsen atau melakukan pengujian khusus untuk mengukur tingkat konduktivitas termal keramik alumina secara akurat.

Unsur-unsur paduan yang ada dalam matriks alumina membantu menurunkan konduktivitas termalnya. Efeknya tergantung pada spesies, kondisi yang ada, dan interaksi dengan kisi aluminium; elemen paduan yang ditambahkan melalui larutan padat memiliki dampak negatif langsung sementara aditif yang diendapkan hanya memiliki hasil yang kecil [23].

Tembaga umumnya memiliki dampak negatif terhadap konduktivitas termal alumina; keberadaannya sebagai Al2Cu, dengan nilai konduktivitas termal 126 Wm-1K-1 pada suhu kamar, memberikan pengaruh yang merugikan. Sebaliknya, titik leleh nikel yang rendah dan panas spesifik yang lebih tinggi memiliki dampak yang menguntungkan.

Sebagai bagian dari proses pengecoran aluminium, laju pendinginan dapat memiliki dampak yang cukup besar pada struktur mikro dan konduktivitas termalnya. Laju pendinginan yang lebih lambat sering kali menghasilkan Si eutektik yang lebih seragam dan konduktivitas termal yang lebih rendah daripada proses pengecoran dengan pendinginan yang lebih cepat.

Konduktivitas termal alumina dipengaruhi oleh porositas dan fraksi fasa g; biasanya sampel dengan fraksi fasa g yang lebih tinggi dan porositas yang lebih rendah menawarkan konduktivitas termal yang lebih baik.

Yang juga perlu diperhatikan adalah konduktivitas termal alumina meningkat seiring dengan temperatur penuaannya karena transformasi kimiawi dari g ke a selama perawatannya seiring bertambahnya usia.

Produk Alumina ZIRCAR Ceramics Tipe AL-30 memiliki kerapatan curah yang optimal dan porositas terbuka dengan tetap mempertahankan kekuatan panas yang baik hingga 1600 derajat Celcius, menjadikannya pilihan yang sangat baik untuk aplikasi suhu tinggi yang menuntut konduktivitas termal dan kemampuan mesin.

Konduktivitas Listrik

Alumina (Al2O3) adalah bahan keramik yang sangat keras dan padat. Pada suhu tinggi, alumina berfungsi sebagai konduktor elektronik karena ikatan ionik yang kuat di antara atom-atom penyusunnya, menjadikannya konduktor elektronik yang baik juga. Alumina terjadi secara alami di seluruh kerak bumi dalam berbagai fase metastabil yang akhirnya berubah menjadi alfa-alumina (-Al2O3) melalui pemanasan; alfa-alumina memiliki stabilitas kimia yang unik dan sifat kekerasan yang membuatnya menjadi bahan yang menarik untuk aplikasi seperti mahkota gigi, instrumen bedah, dan baju besi balistik.

Alumina dapat ditingkatkan sifat kelistrikannya melalui doping dengan ion Ca, Fe, Na, dan K; dopan ini meningkatkan konduktivitas massal dengan mengisi situs kisi yang kosong di dalam struktur kristalnya dan meningkatkan konduktivitas massal. Doping dapat dilakukan melalui perlakuan panas seperti anodisasi dan kejut termal atau dengan menambahkan zirkonia atau tabung nano karbon ke dalam struktur kristalnya.

Konduktivitas listrik alumina bergantung pada kemurnian, orientasi kristal, dan struktur kristalografinya. Pengotor multivalen seperti kromium dapat menghalangi nilai konduktivitas curah; dan nilai konduktivitasnya bahkan dapat menurun dengan bertambahnya ukuran kristal karena mobilitas elektron didistribusikan secara bebas ke seluruh strukturnya - meskipun suhu meningkatkan mobilitas ini dari waktu ke waktu. Alumina diklasifikasikan sebagai tipe-p karena fitur ini - yang berarti elektron bergerak bebas di dalam batas butir yang meningkat dengan suhu sementara nilainya menurun seiring dengan ukuran kristalnya.

Memodifikasi sifat permukaan juga dapat membantu meningkatkan konduktivitas listrik alumina. Perlakuan pelapisan bubuk, anodisasi, dan pelapisan plastik semuanya memengaruhi konduktivitasnya dengan berbagai cara; perlakuan pelapisan bubuk, anodisasi, dan pelapisan plastik memiliki kekuatan untuk mengubah ketahanan terhadap korosi serta mendispersikan ion secara efektif dan ketahanannya terhadap radiasi seperti radiasi gamma atau neutron.

Konduktivitas listrik alumina dapat diubah oleh beberapa variabel: besaran dan durasi tegangan yang diberikan; konsentrasi tegangan berlebih dari larutan elektrolit, tegangan berlebih reaksi, penurunan tegangan antar komponen sel, geometri/ketebalan/jenis elektroda yang digunakan/energi permukaan partikel yang digunakan dalam komposisi, dan lain-lain. Untuk memodelkan efek kehilangan dielektriknya secara lebih tepat, seseorang dapat menggunakan model kegagalan tautan terlemah di mana kekuatan kerusakan tergantung pada jumlah lubang permukaan yang dibuat selama proses ionisasi;

Konduktivitas Elektrokimia

Konduktivitas listrik alumina ditentukan oleh interaksi elektrostatis dan interaksi antar partikelnya, yang dikenal sebagai interaksi elektrostatis. Elemen logam, seperti tembaga (Cu), memiliki konduktivitas yang berhubungan langsung dengan panjang, sementara luas penampang memainkan peran terbalik; mengukur fenomena ini dalam satuan siemens per meter. Ketika diterapkan pada elemen non-logam seperti alumina (R = L/S).

Alumina menonjol sebagai konduktor termal yang luar biasa dengan kapasitas panas sedang dan sifat insulasi listrik yang sangat baik, serta sifat ketahanan terhadap korosi dan keausan. Keunggulan berat alumina membuatnya sangat cocok untuk aplikasi yang memerlukan pertimbangan berat, seperti saluran listrik jarak jauh di atas kepala; tembaga memiliki resistivitas rendah tetapi beratnya melarang penggunaannya di sini, sementara produk dengan kepadatan resistansi rendah dari perak dan sifat beracun membuatnya tidak cocok; aluminium menawarkan kombinasi terbaik antara konduktivitas dan kepadatan yang sesuai dengan peran ini.

Berlawanan dengan banyak keramik, alumina menonjol karena strukturnya yang hampir murni dan luas permukaannya yang relatif besar. Kekuatan mekanisnya yang tinggi membuatnya ideal untuk digunakan dalam perangkat isolasi dan penyegelan, sementara tingkat ekspansi termal yang rendah dan kekakuan lenturnya membantu membuat papan sirkuit film tipis. Alumina juga memiliki sifat listrik yang sangat baik yang membuatnya menjadi alternatif yang menarik untuk bahan tembaga dan timah yang lebih mahal.

Konduktivitas alumina bervariasi secara dramatis dengan pemrosesan, suhu, dan komposisi elektrolit yang digunakan dalam anodisasi. Variasi dapat disebabkan oleh transisi fase antara pembentukan aluminium oksida amorf dan kristal; emisi gas seperti CO2 dan SO2, atau perangkap ionik dalam matriks anodisasi. Proses oksidasi dengan bantuan pelepasan seperti oksidasi elektrolitik plasma menghasilkan proporsi yang jauh lebih besar dari pembentukan aluminium oksida kristal dibandingkan dengan anodisasi standar, yang sebagian besar menghasilkan bentuk amorf.

Alumina Durox dapat digunakan dalam berbagai bentuk: disk dan pelat yang dipres kering dapat dibuat, paket garis besar transistor dapat diproduksi secara langsung menggunakan proses tekan isostatik dingin Durox yang unik; tabung dan batang juga dapat diproduksi secara langsung menggunakan teknik pembentukan yang unik ini; bentuk khusus juga dapat dibuat dengan menggunakan metode pembentukan yang telah dipatenkan yang menjamin segel kedap udara pada titik-titik kontaknya untuk menjamin kualitas yang tinggi dan masa pakai yang lebih lama.

Konduktivitas Mekanis

Sifat mekanik alumina yang luar biasa - lebih keras daripada berlian dan memiliki rasio kekuatan-terhadap-berat tertinggi di antara keramik teknis - menjadikannya pilihan yang sangat baik untuk aplikasi berkinerja tinggi, seperti stabilitas kimiawi, ketahanan suhu tinggi, bioinertness, dan alat pemotong. Alumina juga memiliki ketahanan abrasi dan keausan yang luar biasa serta konduktivitas termalnya yang sebanding dengan grafit, tetapi memberikan sifat isolasi listrik yang lebih baik.

Perlu diketahui bahwa konduktivitas termal alumina bervariasi dengan suhu dan tingkat pengotor, dengan suhu yang lebih tinggi membuat fonon lebih efektif dalam menghantarkan panas melalui atom-atomnya, sementara kation yang dikemas lebih dekat dalam kisi Al2O3 mengurangi efisiensi lompatan elektron, yang menyebabkan konduktivitas termal yang lebih rendah.

Kelarutan padat dari elemen paduan yang berbeda juga memengaruhi konduktivitas termal aluminium; Mg dan Zn telah ditemukan meningkatkan resistivitas sementara Si tidak. Selain itu, permukaan akhir seperti pengecatan, pelapisan atau anodisasi memiliki dampak signifikan pada konduktivitas bahan alumina - dengan pengecatan mengurangi konduktivitas sementara pelapisan atau anodisasi meningkatkannya.

Karena alasan ini, sangat penting bahwa partikel alumina tersebar secara merata di dalam matriks poliuretan. Surfaktan seperti g-aminopropyltriethoxysilane (APTES) dapat membantu mencapai tujuan ini dan selanjutnya meningkatkan sifat mekanik dan konduktivitas termal struktur matriks poliuretan.

Penelitian ini menyelidiki pengaruh modifikasi permukaan APTES untuk meningkatkan konduktivitas termal dan elektrokimia permukaan alumina. Analisis XPS digunakan untuk membandingkan komposisi unsur antara sampel murni dan sampel yang dimodifikasi permukaannya; hasilnya menunjukkan bahwa sampel yang dimodifikasi permukaannya memiliki lebih banyak puncak N, O, dan C dibandingkan dengan sampel murni.

Alumina yang dimodifikasi permukaannya dengan APTES juga menunjukkan konduktivitas termal yang lebih baik dibandingkan dengan kondisi alaminya, yang menunjukkan bahwa lebih banyak APTES akan meningkatkan konduktivitas termalnya. Selain itu, menambahkan APTES mengurangi gangguan permukaan sekaligus meningkatkan struktur mikro yang menghasilkan sifat mekanik yang lebih baik untuk komposit poliuretan yang terdiri dari bahan kombinasi ini.