Fattori che influenzano la conduttività dell'allumina

L'allumina è un ingrediente essenziale per la produzione di alluminio, una lega destinata a una rapida espansione con il passaggio a un'economia a basse emissioni di carbonio. Inoltre, ha molte applicazioni ceramiche.

Il minerale di bauxite viene lavorato per estrarre i cristalli di allumina anidra idrata attraverso la dissoluzione in soda caustica prima di farli precipitare con cristalli di allumina anidra che precipitano sotto forma di fango rosso, filtrando per rimuovere le impurità prima di essere inviati attraverso vasche di precipitazione per lo stoccaggio.

È un buon conduttore di elettricità

L'allumina è un eccellente conduttore di elettricità grazie alla sua bassa massa atomica e alla presenza di tre elettroni liberi che si muovono facilmente all'interno della sua struttura reticolare, rendendola più attiva elettricamente rispetto a metalli come il rame o il magnesio. Inoltre, essendo meno densa, l'allumina offre una conducibilità termica ed elettrica superiore a quella di altri metalli come il magnesio.

La conduttività dell'allumina si misura in Siemens per metro (m), a seconda della composizione e del processo di produzione. L'allumina utilizzata nelle applicazioni industriali ha in genere un'elevata purezza (95% o superiore, ad esempio), in modo da poter essere facilmente formata in fili per applicazioni elettriche, oltre a essere un efficace conduttore termico per mantenere i componenti elettronici freschi, dissipando rapidamente il calore; essenziale quando si azionano dispositivi come transistor di potenza o interruttori automatici.

Le bauxiti vengono estratte e lavorate per produrre allumina pura da utilizzare in varie applicazioni, in particolare nei cablaggi e nei componenti elettrici. Esistono anche ceramiche di allumina che offrono protezione dagli attacchi chimici o dal fuoco; per questi usi può essere ulteriormente migliorata con baffi di zirconia o carburo di silicio per aumentare la tenacità e la resistenza all'usura.

Le ceramiche di allumina vantano eccellenti proprietà di isolamento elettrico che impediscono il passaggio della corrente elettrica attraverso i loro corpi, rendendole adatte all'uso come isolanti, connettori elettrici e materiali refrattari. Inoltre, i pezzi grandi e robusti fabbricati con queste ceramiche sono altamente resistenti agli agenti chimici, con proprietà di riduzione della corrosione e dell'abrasione.

L'allumina è un ossido ceramico adattabile le cui proprietà possono essere migliorate attraverso metodi di produzione e additivi, tra cui la resistenza all'abrasione, alla corrosione e agli shock termici e termici. La ceramica di allumina offre un'eccezionale resistenza all'abrasione quando viene utilizzata per rivestire tubi e recipienti, mentre la sua resistenza agli shock termici la rende adatta alla produzione di valvole e guarnizioni che devono resistere a gravi attacchi chimici, come l'acido fluoridrico o gli alcali fusi che le corrodono.

È un buon conduttore di calore

L'allumina è un buon conduttore di calore, anche se non efficiente come il rame. La sua conducibilità dipende dalla temperatura e dagli elementi di lega; quando le temperature aumentano, la sua conducibilità termica diminuisce. Anche le impurità presenti nella lega di alluminio possono influenzare la sua conducibilità termica, così come la dispersione di elettroni e fononi in presenza di variazioni di temperatura; pertanto, la comprensione di tutti i fattori che contribuiscono alla sua conducibilità termica è di vitale importanza.

La produzione di allumina inizia con l'estrazione della bauxite, il principale minerale di alluminio. La bauxite contiene diversi minerali che contribuiscono alla sua composizione: gibbsite (Al(OH)3), boehmite (AlO(OH)2) e diaspora (AlO(OH)). L'estrazione prevede tipicamente l'essiccazione della bauxite frantumata e lavata prima di scioglierla in soda caustica e quindi di separare i solidi dalla soluzione liquida prima di pomparla in vasche di precipitazione per consentire la formazione di cristalli solidi di idrossido di alluminio.

L'allumina è nota per l'elevato punto di fusione, la forte resistenza meccanica, la resistenza chimica agli acidi e alle soluzioni alcaline e le eccellenti proprietà isolanti che le consentono di sopportare correnti estremamente elevate. L'allumina può essere utilizzata in molte applicazioni industriali, tra cui l'isolamento elettrico e la produzione; inoltre, serve come materia prima per la produzione di alluminio metallico e di lampioni a vapore di sodio ad alta pressione.

Grazie alle sue proprietà uniche, l'allumina è ampiamente utilizzata nell'industria. Si trova nella produzione di ceramiche, vetro e rivestimenti ad alte prestazioni, ma viene anche macinata in polvere fine per essere combinata con altri materiali per la produzione di refrattari; inoltre, viene persino utilizzata come riempitivo per rafforzare le strutture in calcestruzzo ed estenderne la resistenza e la durata.

Si noti che un'esposizione eccessiva all'allumina può essere tossica. Se inalato, l'allumina può causare irritazione e infiammazione polmonare, nonché disturbi digestivi e cardiovascolari. Inoltre, l'esposizione cronica può provocare lo sviluppo di edema polmonare e iperplasia linfoide nei ratti.

L'allumina è solo leggermente solubile in soluzioni di acido solforico e HCl caldo, pur rimanendo non corrosiva per l'acqua. La resistenza dell'allumina alla corrosione da parte della maggior parte delle sostanze chimiche deriva dalla sua bassa solubilità in acqua; per aumentarne ulteriormente la durata, si possono aggiungere particelle di zirconia o baffi di carburo di silicio; per ottenere effetti traslucidi, si può anche combinare con il magnesio.

È un buon conduttore di suono

L'allumina è un materiale ampiamente utilizzato nella cromatografia di laboratorio. Può essere prodotta con caratteristiche superficiali acide, neutre o basiche per facilitare la separazione dei composti in vari mezzi acquosi, organici o a base di silice; può essere pressata in perline, mattoncini o fette da utilizzare negli esperimenti che prevedono l'uso di perline; ha buone proprietà di conducibilità termica e capacità di isolamento elettrico che la rendono uno strumento prezioso quando viene utilizzata per separare miscele complesse, oltre ad essere adatta alle tecniche analitiche che richiedono piccoli volumi di campione.

L'ossido di alluminio offre una resistenza elettrica e una capacità di gestione della corrente superiori, con una purezza crescente che dimostra una resistenza ancora maggiore contro il flusso di elettricità. L'allumina è spesso utilizzata come isolante nelle applicazioni dell'elettronica di potenza, grazie alla sua capacità di sopportare correnti estremamente elevate, rimanendo stabile in temperatura all'interno di un arco elettrico e restando resistente alla corrosione.

L'allumina vanta un'eccellente conduttività termica, che può essere migliorata aumentando le dimensioni delle particelle e l'area superficiale. Questa caratteristica rende l'allumina un materiale prezioso per i circuiti stampati, dove la sua capacità di dissipare il calore mantenendo l'integrità dei circuiti elettrici la rende una soluzione interessante. I substrati per circuiti stampati in allumina sono utilizzati in applicazioni che spaziano dall'elettronica di potenza alla produzione di semiconduttori, all'illuminazione a LED e altro ancora.

Il materiale ceramico di allumina è comunemente noto come ceramica avanzata o tecnica e può essere utilizzato in applicazioni in diversi settori, tra cui quello elettrico, chimico e medico. Grazie alla sua superiore resistenza all'abrasione e alle proprietà di isolamento elettrico, l'allumina è una scelta eccellente per l'uso in ambienti difficili come ospedali o prigioni. L'allumina può anche essere modellata in varie forme e rivestita con numerosi materiali in base alle esigenze individuali.

L'allumina è ampiamente utilizzata nei processi di abrasione e combinata con particelle di zirconia per formare utensili da taglio utilizzati per la fabbricazione di metalli. L'allumina può anche essere utilizzata nei processi di macinazione e incisione di campioni di vetro, ceramica e minerali e può essere lucidata per produrre superfici molto lisce. Inoltre, da questo componente vengono prodotte ceramiche ingegnerizzate sviluppate a partire dall'allumina per applicazioni ad alte prestazioni che richiedono una maggiore resistenza all'usura e stabilità termica, come nel caso delle apparecchiature per la produzione di semiconduttori, dove i supporti e i riscaldatori in allumina gestiscono il calore generato da elementi riscaldanti in carburo di silicio o molibdeno.

È un buon conduttore di umidità

L'allumina è un materiale ideale per gli isolanti elettrici grazie alle sue proprietà di conduttività termica e di umidità, che la rendono adatta all'elettronica di potenza, all'illuminazione a LED e alla regolazione della temperatura del vano motore dell'auto. Inoltre, la sua resistenza alla corrosione lo rende un utile complemento per resistere alla corrosione in ambienti marini e per mantenere le temperature all'interno della gamma per l'elettronica di potenza, l'illuminazione a LED e la gestione della temperatura del vano motore dell'auto, nonché per i processi di produzione del vetro e della carta vetrata.

Le ceramiche di allumina sono materiali eccezionalmente resistenti, con una resistenza alla compressione di 250.000 psi e una durezza che rivaleggia con quella del diamante e del carburo di silicio. La loro resistenza alla compressione di 250.000 psi può essere superata solo dal diamante e dal carburo di silicio in termini di resistenza alla compressione, mentre la loro durezza è superata solo dal diamante e dal carburo di silicio. Le ceramiche di allumina vantano anche un'eccellente resistenza all'abrasione, all'ossidazione, all'esposizione alle radiazioni e alle alte temperature, che le rende adatte a varie forme e dimensioni per diverse applicazioni; le loro proprietà possono essere ulteriormente migliorate grazie a specifici metodi di fabbricazione o agli additivi utilizzati durante i processi di produzione o all'applicazione di additivi o metodi di fabbricazione/additivi utilizzati durante la fabbricazione o dopo le fasi di lavorazione/modalità di trattamento/additivi/trattamento/additività/ecc.

La produzione industriale di allumina utilizza il processo Bayer, in cui una soluzione di soda caustica dissolve i minerali di alluminio presenti nella bauxite per formare cristalli di alluminato di sodio che possono poi essere cristallizzati per ottenere allumina pura. Una fase finale prevede un trattamento termico per eliminare l'umidità legata prima di produrre fango rosso come interessante sottoprodotto, per il quale molte aziende hanno trovato utili applicazioni di riutilizzo e recupero.

La struttura cristallina dell'allumina è esagonale, con gli atomi di ossigeno impacchettati in anelli a sei membri disposti esagonalmente. Questa disposizione le conferisce eccellenti proprietà elettriche e ottiche; i cristalli di rubino e zaffiro di qualità gemmologica hanno colori determinati da minime tracce di impurità presenti nella loro composizione. L'allumina vanta anche una bassa pressione di vapore, che la rende altamente insolubile agli acidi e agli alcali.

A differenza dei metalli, l'allumina ha un coefficiente di espansione termica inferiore, che la rende adatta alle applicazioni ad alta temperatura. Inoltre, la sua eccellente conducibilità termica aiuta a ridurre al minimo le perdite di calore sui circuiti stampati, mentre le sue eccellenti proprietà di isolamento elettrico superano quelle di polimeri come l'epossidico FR4. Inoltre, essendo termicamente isotropo, semplifica l'analisi termica e la progettazione e, essendo altamente resistente agli agenti chimici e alla corrosione, può essere utilizzato anche nella produzione di candele e nelle linee di alimentazione, senza incrinature o perdite, ed è impermeabile agli agenti chimici organici e agli abrasivi rispetto a polimeri come l'epossidico FR4.