Взаимосвязь между пористостью и плотностью алюминия

Алюминий (Al) - это серебристо-белый металл, встречающийся в природе и являющийся незаменимым сырьем во многих отраслях промышленности. Алюминий обладает многими замечательными свойствами, включая прочность, пластичность, растяжимость, термостойкость, коррозионную стойкость и изоляционные качества - качества, которые делают его одним из самых востребованных металлов в соответствующих областях.

Плотность глинозема зависит от таких факторов, как материал-предшественник, температура прокаливания и программа нагрева, а также структура пор и кислотность/основность поверхности.

Пористость

Пористость - это доля пустот в общем объеме материала; обычно выражается в процентах от 0% до 100%. Понимание того, как пористость связана с другими свойствами, такими как плотность или проницаемость, очень важно; все эти три параметра могут изменяться в зависимости от пористости материала.

Объект с высокой пористостью может содержать воздушные карманы или другие пустоты в своей структуре, что приводит к различиям в механических и тепловых свойствах. Пористость также может использоваться для описания того, насколько эффективно горные породы хранят под землей такие жидкости, как нефть или природный газ. Геологи и инженеры по разработке пластов часто используют пористость таких пород, как песчаник и карбонаты, при определении того, сколько каждой жидкости они могут хранить под землей. Для бурения скважин с повышенной пористостью требуются инструменты, специально разработанные для измерения пористости до начала бурения и создания цементных уплотнений между стволом скважины и окружающими породами для предотвращения утечки углеводородов или жидкостей за пределы предполагаемых мест.

Высокая пористость глинозема делает его отличным материалом для поддержки промышленных катализаторов. Большая площадь поверхности позволяет проводить различные реакции; например, поддерживать катализаторы на основе Fe в реакциях гидроксилирования фенола пероксидом водорода, в результате которых образуются такие ценные органические соединения, как гидрохинон и катехол.

Эта реакция особенно выгодна для нефтяной промышленности, так как увеличивает выход сырой нефти и одновременно снижает загрязнение окружающей среды за счет уменьшения количества отходов, образующихся в процессе производства.

При производстве глинозема необходимо учитывать его пористость во время спекания. Могут образовываться трещины и пористость, которые снижают прочность, проницаемость и другие физические свойства глинозема, поэтому тщательный контроль этого этапа позволит получить высококачественные, но низкопористые глиноземные изделия.

Глинозем получают путем переработки бокситов, богатых алюминием латеритов. После добычи он подвергается рафинированию по технологии Байера, которая включает в себя растворение его оксида в каустической соде и последующее отфильтровывание насыщенного раствора Байера для получения мелкого белого порошка, напоминающего сахар, но способного царапать стеклянные поверхности; этот порошок служит сырьем для различных керамических изделий и компонентов.

Удельная площадь поверхности

Площадь поверхности глинозема - важный параметр, играющий неотъемлемую роль в приложениях, связанных с адсорбцией, гетерогенным катализом и поверхностными реакциями. Кроме того, на его характеристики влияют теплопроводность, усадка керамики при прокаливании и структура пор, поэтому производители должны уделять особое внимание контролю этого параметра, чтобы выпускать высококачественную глиноземную продукцию.

По сравнению с обычным аналогом, глинозем, полученный этим методом, демонстрирует значительно более равномерное распределение пор и более высокую удельную поверхность, чем в предыдущих процессах. Кроме того, его производство позволяет поддерживать удовлетворительную удельную поверхность даже при повышенных температурах.

Глинозем встречается в природе в виде корунда или a-Al2O3, твердого и химически инертного материала с низкой химической реактивностью. Глинозем также может быть получен путем термической обработки гиббсита и боэмита гидроксидом кальция с получением пористого, менее компактного глинозема g-типа с приблизительным значением площади по БЭТ (N2) 5м2г-1; эти материалы широко используются в качестве опор катализаторов.

Активированный глинозем может быть получен путем контролируемого нагрева гидратированного глинозема до высоких температур, в результате чего молекулы воды вытесняются через плоскости структурной слабости в четко очерченные поры со средним диаметром пор 4 нм, образуя активированный глинозем с приблизительной площадью по БЭТ (N2) 300-400 м2г-1.

Для эффективного производства глинозема необходимо получать его с высокими показателями площади поверхности БЭТ и плотности скелета, так как это обеспечивает оптимальные характеристики в различных областях применения, таких как огнеупоры, абразивные материалы, мембраны для литиевых батарей, свечи зажигания, катализаторы и другие. К сожалению, высокая удельная поверхность и плотность значительно увеличивают стоимость производства, а свойства зависят от таких факторов, как осаждающий агент, условия синтеза и сушки, которые влияют на его свойства.

Поэтому производителям глинозема требуются быстрые и точные приборы для определения характеристик партий глинозема. Приборы Anton Paar AutoFlow BET+ и Ultrapyc обеспечивают быстрое определение характеристик, чтобы партии быстро соответствовали спецификациям; их метод адсорбции Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ) позволяет точно измерять SSA и плотность скелета образцов глинозема.

Теплопроводность

Теплопроводность глинозема зависит от его состава, морфологии и наличия или отсутствия вторичных фаз. Легирующие элементы, как правило, значительно снижают его теплопроводность - в частности, Cr > V > Mn > Ti > Zr > Si как ослабляющие агенты, причем последние оказывают большее влияние, когда присутствуют в виде твердых растворов (то есть их концентрация остается постоянной независимо от температуры) [6,23].

Глинозем обладает превосходной коррозионной стойкостью по отношению к различным кислотам и солям благодаря сильным ионным и ковалентным химическим связям между Al3+ и O2-. Кроме того, он обладает высокой температурой плавления и твердостью, что позволяет ему выдерживать воздействие многочисленных неорганических кислот, включая ортофосфорную и плавиковую.

Из-за сильных ионных связей между щелочами и хлорид-ионами он не так устойчив к коррозии под воздействием сильных оснований и соляной кислоты.

Полировка глинозема до чрезвычайно гладкой поверхности относительно проста, что делает его идеальным материалом для шлифования и фрезерования. Кроме того, его универсальные способности к приданию формы и размеров позволяют использовать его во многих промышленных процессах.

Помимо отличных механических свойств, глинозем обладает прекрасными электроизоляционными свойствами и высокой огнеупорностью. Он может выдерживать высокие температуры, не растрескиваясь под давлением. Глинозем давно используется в качестве материала подложки на нефтеперерабатывающих заводах для производства катализаторов, а также широко применяется в качестве изолятора.

Глинозем обладает исключительными теплоотводящими свойствами, что делает его незаменимым для многих промышленных применений. Он выдерживает температуру до 900 градусов Цельсия и обладает низким коэффициентом расширения, что облегчает работу с ним при более высоких температурах.

Глинозем - инертный материал, то есть он не вступает в реакцию с химическими веществами, вступающими с ним в контакт, защищая себя от повреждений и продлевая срок службы изделий. Это делает глинозем идеальным материалом для медицинских изделий, поскольку длительное использование или проглатывание не приведет к химической деградации керамической основы, а зубные имплантаты, изготовленные из этого материала, останутся неповрежденными при любом распространенном стоматологическом лечении.

Устойчивость к коррозии

Алюминий - нереактивный металл, что означает, что он может выдерживать воздействие агрессивных сред и химикатов без повреждения поверхности или структуры. Кроме того, его термостойкость позволяет использовать его в высокотемпературных приложениях. Кроме того, его низкая электропроводность служит изоляцией от электрического тока, а прочность увеличивается с ростом степени чистоты.

Оксид алюминия встречается в природе в виде элементарного соединения, содержащегося в боксите, который представляет собой соединение алюминия и кислорода. При контакте с кислородом реакция медленно образует защитную пленку оксида алюминия; со временем это вещество образует твердые сплавы с другими элементами, такими как магний и медь, обеспечивая прочность в качестве минерального легирующего компонента.

В процессе литья глинозем наносится в качестве защитного покрытия на металлические или другие субстраты, чтобы предотвратить коррозию путем прекращения их взаимодействия с окружающей средой. Это не только долговечное покрытие, но и тонкая структура, благодаря которой оно не мешает нормальному функционированию подложки под ним.

Коррозионная стойкость глинозема определяется его микроструктурой, в частности, распределением частиц CaO, Fe2O3, MgO и Na2O. Кроме того, сегрегация примесей по границам зерен в процессе спекания играет важную роль в его коррозионной стойкости, так же как и силикаты и другие добавки, используемые в качестве вспомогательных средств при спекании.

Исследования показали, что предварительное окисление может значительно повысить коррозионную стойкость глинозема. Керамика, содержащая 0,85 весовых процентов Al2O3, предварительно окисленная в нулевом воздухе при температуре 1050 градусов Цельсия в течение 4 часов, демонстрирует высокую стойкость к расплавленному хлориду благодаря плотному и равномерному образованию окалины, обеспечивающей защиту от воздействия минеральных кислот.

Еще один способ повысить коррозионную стойкость глинозема - добавить в него компоненты из благородных металлов, например магния. Это снижает скорость катодной реакции и повышает коррозионную стойкость - этот эффект становится еще сильнее, когда скорость охлаждения резко возрастает. Кроме того, присутствие хрома и никеля снижает риск коррозионного растрескивания под напряжением в глиноземной керамике.