Oxidul de aluminiu, cunoscut și ca alumină Al2o3, și aplicațiile sale

Alumina este un material inert din punct de vedere chimic, cu o rezistență excelentă la coroziune, ceea ce îl face un material potrivit pentru aplicații medicale, cum ar fi consolidarea țesuturilor, protezele și rulmenții de înlocuire a șoldului. Datorită durității și bio-inertanței sale, acest material biocompatibil reprezintă o alegere excelentă.

Alumina se mândrește cu o colecție impresionantă de proprietăți datorită structurii sale cristaline. Aceasta îi permite să fie transformată în diverse produse ceramice de înaltă tehnologie pentru utilizare în industrie sau în producția de bunuri de consum.

Inerție chimică

Oxidul de aluminiu (alumina al2o3) este un compus inert și inodor care se găsește în mod natural în structurile cristaline ale corindonului și bauxitei. Alumina are numeroase aplicații care îmbunătățesc viața în știința medicală și în războiul modern; în plus, este o componentă neprețuită în crearea rubinelor și safirelor cu culorile lor roșu/albastru intens datorită impurităților de crom care se găsesc în ele. Formele pure ale acestui compus servesc ca materiale de umplutură în producția de mase plastice/brichete, precum și ca abraziv pentru producția de șmirghel - servind ca alternative cu costuri reduse la diamantele industriale.

Datorită punctelor sale ridicate de topire și de fierbere, alumina este un excelent izolator electric cu disipare redusă și rezistență dielectrică, ceea ce o face potrivită pentru bujiile de aprindere, pachetele de circuite integrate și alte componente electrice care necesită niveluri ridicate de protecție împotriva fluxului de curent, căldurii și vibrațiilor. În plus, proprietățile sale de izolare termică o fac potrivită și pentru cuptoare sau echipamente industriale de încălzire.

Datorită inerției sale chimice, alumina a găsit numeroase utilizări medicale, de la implanturi osoase și dentare la acoperiri și placări ale instrumentelor chirurgicale. Alumina poate fi, de asemenea, utilizată ca material de electrod în baterii, deoarece particulele de litiu o acoperă în mod pozitiv; duritatea, inodoritatea și inerția sa biologică o fac perfectă pentru echipamente de protecție precum vestele antiglonț și sticla antiglonț.

Alumina albă poate fi produsă fie prin fuziunea directă a bauxitei într-un cuptor Higgins cu răcire cu apă, fie prin procedeul Bayer, care presupune dizolvarea boehmitei, gibbsitei și diasporei în sodă caustică înainte de extragerea aluminiului din impurități cu sodă caustică și precipitarea soluției sale de aluminat de sodiu pentru a produce căptușeli refractare pentru cuptoare industriale, granule de șmirghel și măcinișuri.

Alumina poate fi găsită în diferite procese de fabricație pentru producerea de substanțe chimice precum fenol, acetonă, toluen, butirat și cumen; utilizată ca catalizator în reacțiile de sinteză organică; utilizată pentru adsorbția substanțelor organice și anorganice, inclusiv a metalelor grele; eficientă la filtrarea compușilor organici volatili din sursele de apă; dar nu trebuie să intre niciodată în contact direct cu pielea sau cu ochii, deoarece ar putea provoca iritații grave; de fiecare dată când se întâmplă acest lucru, trebuie spălată imediat cu apă curentă și trebuie solicitată asistență medicală cât mai curând posibil.

Izolație electrică

Alumina se mândrește cu o valoare excelentă de izolare electrică, ceea ce o face o componentă integrală în numeroase aplicații. Printre acestea se numără furnizarea de substraturi pentru plăcile de circuite care le protejează de interacțiunea dintre componentele lor constitutive; protejarea personalului și a echipamentelor împotriva scurgerilor accidentale de electricitate în zone neintenționate și împiedicarea scurgerilor de electricitate în mod inconștient în zone care prezintă amenințări potențiale pentru sănătate și siguranță.

Proprietățile izolatoare ale aluminei pot fi îmbunătățite prin acoperirea acesteia cu particule de zirconiu sau mustăți de carbură de siliciu și prin adăugarea unor cantități mici de magnezie. Pulberea de alumină este adesea utilizată pentru lustruirea pietrelor prețioase, cum ar fi safirele, rubinele și smaraldele, datorită suprafeței sale dure; alte aplicații includ fabricarea de instrumente de tăiere industriale, precum și producția de materiale refractare și ceramică.

Rezistența la coroziune, stabilitatea termică ridicată și tangenta de pierdere scăzută sunt alte proprietăți importante care fac din titan un material neprețuit în aplicații la temperaturi ridicate, cum ar fi cuptoarele industriale și elementele de încălzire. În plus, titanul servește drept material de acoperire pentru pigmenții de titan, servind în același timp drept substanțe ignifuge sau supresoare de fum.

Alumina își poate combina puritatea ridicată cu proprietățile mecanice remarcabile pentru a crea ceramică tehnică avansată, făcând posibile aplicații avansate în componente precum unelte de prelucrare, discuri de tăiere și rectificare, rotoare de pompe rezistente la uzură, teci de termocuplu și materiale abrazive din alumină.

Ceramica este, de asemenea, potrivită pentru temperaturi ridicate și medii corozive, precum cele din cuptoare și furnale, cum ar fi cele întâlnite la încălzirea produselor din oțel într-un furnal de fier. International Syalons furnizează plăci ceramice din alumină concepute special pentru a fi utilizate pentru căptușirea conductelor de combustibil din centralele electrice pe bază de cărbune, ca un scut anticoroziv împotriva zonelor cu uzură ridicată care apar din cauza coroziunii.

Alumina este un material adaptabil, capabil să fie format și unit prin diverse procese de consolidare și sinterizare, cum ar fi lipirea sau tehnicile de formare pentru a produce forme aproape nete cu un control strict asupra granulometriei lor. Alumina este un excelent material de substrat pentru circuitele integrate din siliciu pe safir, deoarece acționează ca barieră tunel în dispozitivele supraconductoare de interferență cuantică (SQUID). Alumina are, de asemenea, niveluri ridicate de toleranță la căldură, fiind ușor de prelucrat și rectificat. În plus, prezintă o inerție chimică excelentă, precum și rezistență la problemele legate de uzură.

Conductivitate termică

Aluminiul este un conductor termic excepțional, ceea ce îl face materialul ideal pentru izolarea suprafețelor expuse la temperaturi ridicate. Ceramica de alumină este frecvent utilizată pentru căptușirea cuptoarelor. Duritatea lor ridicată și rezistența la coroziune le fac, de asemenea, atractive ca inele de etanșare pentru rulmenți; iar rezistența lor la uzură este ideală pentru operațiunile miniere, precum și pentru blindajul vehiculelor militare și al personalului.

Alumina este un material extrem de robust și poate fi modelat în aproape orice formă imaginabilă, având o rezistență puternică la tracțiune și duritate pentru procesele de șlefuire, tăiere și găurire, precum și rezistență la condiții extreme, cum ar fi atacul chimic prin presiune termică - ceea ce îl face potrivit pentru componentele de înaltă presiune din industriile de petrol și gaze și plăcuțele de uzură pentru utilaje.

Proprietățile termice ale aluminei sunt utilizate în fabricarea ceramicii și a altor materiale avansate, inclusiv alumina transparentă, care este utilizată pe scară largă pentru producerea lămpilor cu sodiu de înaltă presiune și a ferestrelor de detecție în infraroșu. Alumina este, de asemenea, un excelent izolator electric cu o pierdere dielectrică redusă; punctul său ridicat de topire și rezistența la șocurile termice o fac potrivită pentru creuzetele de laborator, mortarele și pisoarele utilizate pentru măcinarea substanțelor chimice în laboratoare, precum și pentru acoperirea uneltelor din carbură pentru a crește longevitatea și performanța.

Studiile au demonstrat că alumina este biocompatibilă la concentrații de până la 7 mM în apa potabilă (Fimreite et al, 1997) datorită interacțiunilor electrostatice dintre particulele de alumină încărcate pozitiv și celulele bacteriene încărcate negativ, precum și punților polimerice dintre particulele încărcate pozitiv și componentele celulelor. Această forță de legare întărește și mai mult formarea punților polimerice între particule și componentele celulelor.

Experimentele de mutageneză in vitro folosind fibroblaste pulmonare de hamster V79 demonstrează că aluminiul provoacă aberații cromozomiale rapide în celulele epiteliale mamare ale fibroblastelor pulmonare de hamster V79. Experimentul a fost conceput în conformitate cu protocoalele Organizației pentru Cooperare și Dezvoltare Economică (OCDE) pentru testarea genotoxicității, inclusiv doze multiple, două perioade de incubare, eșantioane de dimensiuni mari și statistici exacte. Aceste rezultate sugerează că efectele aluminiului sunt cauzate în principal de adițiile ADN, mai degrabă decât de mutații sau modificări ale expresiei genelor.

Duritate

Duritatea ceramicii de alumină îi permite să funcționeze bine în condiții industriale dificile, ceea ce o face populară ca abraziv și polizor în procesele de șlefuire și lustruire pentru materiale precum metalul și sticla. Rezistența aluminei la șocuri termice și la impact protejează utilajele și echipamentele împotriva deteriorării, în timp ce capacitatea sa de a rezista la temperaturi ridicate o face potrivită ca izolator electric în medii de prelucrare dificile.

Alumina al2o3 se distinge de alte materiale datorită structurii sale cristaline unice: ionii de aluminiu sunt dispuși octaedral în jurul ionilor de oxigen într-un aranjament octaedral, creând o rețea extrem de densă de cristale care conferă acestui material duritatea sa excepțională. În plus, această configurație unică contribuie și la proprietățile sale impresionante, cum ar fi rezistența superioară la uzură și stabilitatea chimică.

Alumina este foarte rezistentă la substanțe chimice și la temperaturi extreme, rezistând la medii acide fără să se degradeze sau să reacționeze - chiar și la contactul cu lichide precum apa. Stabilitatea aluminei îi permite să reziste la medii de prelucrare corozive, cum ar fi cele întâlnite în cuptoare și furnale pe liniile de producție dificile, fără să se degradeze sau să reacționeze, rămânând puternică și dură chiar și în condiții de prelucrare dificile, cum ar fi acestea.

Oxidul de aluminiu este disponibil în diferite forme și structuri. Cea mai des întâlnită pentru utilizarea în materiale refractare este alumina alfa (a-Al2O3), care prezintă cristale hexagonale incolore cu o densitate de 3,9 g/cm3 și o duritate de 9 Mohs. Se pot găsi și alumine gamma și beta (a- și b-Al2O3), precum și forme activate și hidratate.

Atunci când se selectează un material de alumină, trebuie să se ia în considerare inerția chimică, temperatura refractară, conductivitatea și duritatea acestuia pentru aplicația prevăzută. Atunci când se ia în considerare utilizarea dioxidului de zirconiu (ZrO2) ca alternativă la alumină, acesta trebuie să respecte reglementările OSHA privind manipularea în condiții de siguranță, deoarece temperatura sa refractară mai scăzută îl face mai puțin adecvat pentru mediile de prelucrare la temperaturi ridicate, precum și potențialul de oxidare ușoară care îl face neadecvat pentru anumite aplicații.