Je oxid hlinitý vodivý?

Hliník je technická keramika s vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami, ako je pevnosť, lámavosť a chemická stabilita. Okrem toho je vďaka svojej tepelnej vodivosti a odolnosti voči vysokým teplotám atraktívnym materiálom.

Pri nižších teplotách sa iónová väzba v oxidu hlinitom mení na elektronický izolant, ale pri vyšších teplotách sa mení na iónový vodič.

Vodivosť

Oxid hlinitý, častejšie označovaný ako oxid hlinitý, je odolný technický keramický materiál s mnohými aplikáciami, ktoré zlepšujú život a obohacujú spoločnosť. Výroba oxidu hlinitého sa uskutočňuje v priemyselnom meradle z prirodzene sa vyskytujúcich ložísk minerálu bauxitu; má rôzne fyzikálne, chemické a tepelné vlastnosti.

Oxid hlinitý je výnimočne odolný materiál, ktorý sa vyznačuje vysokou mechanickou pevnosťou, chemickou stabilitou a tepelnou vodivosťou - vlastnosti, vďaka ktorým je ideálny na použitie v náročných prostrediach, kde teploty dosahujú extrémne vysoké hodnoty. Okrem toho jeho nízky koeficient tepelnej rozťažnosti dodáva ďalšiu úroveň ochrany pred tepelnými šokmi.

Elektrická vodivosť oxidu hlinitého vyplýva z jeho kovového zloženia; všetky kovy sú vynikajúcimi elektrickými vodičmi. Ako jeden zo štvrtých najvodivejších kovov na svete je oxid hlinitý atraktívnym komponentom pre výrobu elektroniky a balenie.

Hliník sa vyznačuje vynikajúcou iónovou vodivosťou. Jeho zloženie pozostáva z hliníkových katiónov Al3+ obklopených kyslíkovými aniónmi O2-, ktoré vytvárajú mriežkovú štruktúru s pravidelnými šesťuholníkovými vzormi a poskytujú dostatočný povrch na absorpciu a viazanie iónov - čo vedie k lepšej iónovej vodivosti, než akú možno dosiahnuť s mnohými inými keramickými materiálmi.

Elektrická vodivosť oxidu hlinitého sa líši v závislosti od úrovne jeho čistoty a použitých prísad a k dispozícii sú rôzne triedy od čistého oxidu hlinitého série 1000 až po sériu 8000 so zlepšenými vlastnosťami, ako je zvýšená vodivosť (trieda EC má vynikajúcu elektrickú vodivosť 61% IACS); stále však nedosahuje vodivosť medi (približne 385 W/mK).

Úrovne čistoty oxidu hlinitého ovplyvňujú jeho vodivosť, mechanické a žiaruvzdorné vlastnosti, preto ho výrobcovia zvyčajne vyrábajú podľa konkrétnych noriem čistoty. Spoločnosť Centerline vyrába hliníky s čistotou 99,5% až 98% pre špeciálne aplikácie; obráťte sa na nás so svojimi požiadavkami, aby sme vám mohli nájsť ten najvhodnejší.

Teplota

Oxid hlinitý (Al2O3) je mimoriadne odolná technická keramika, ktorá sa používa na rôzne aplikácie. Vyznačuje sa chemickou stabilitou, vysokou teplotnou odolnosťou a biologickou inertnosťou, ako aj dobrou odolnosťou proti korózii voči kyslým a zásaditým chemikáliám pri zvýšených teplotách. Okrem toho je jeho tepelná vodivosť porovnateľná s grafitom a poskytuje vynikajúce elektroizolačné vlastnosti, takže Al2O3 je vynikajúci materiál na ochranu termočlánkov pri meraniach pri vysokých teplotách.

Oxid hlinitý je mimoriadne obľúbený materiál pre priemyselné aplikácie vďaka svojej vynikajúcej mechanickej pevnosti, odolnosti proti opotrebovaniu a úrovni erózie. Vďaka vlastnostiam odolným voči oderu je oxid hlinitý vhodný na výrobu vložiek a výrobkov odolných voči opotrebovaniu. Okrem toho jeho elektrické izolačné vlastnosti pri vysokých teplotách zohrávajú kľúčovú úlohu v elektrotechnických aplikáciách, pričom triedy vyššej čistoty ponúkajú zvýšený elektrický odpor.

Žiaduce vlastnosti oxidu hlinitého vyplývajú z jeho silnej medziatómovej väzby medzi kovovým hliníkom a iónmi kyslíka, čo vedie k žiaducim vlastnostiam materiálu, ako je vysoká teplota topenia, tvrdosť, dielektrické vlastnosti a lámavosť. Hliník existuje vo viacerých kryštálových fázach, ktoré sa pri zvýšených teplotách nezvratne vrátia do hexagonálnej alfa fázy, čo je výhodný stav pre konštrukčné aplikácie.

Oxid hlinitý je prírodný, hojný a nevyčerpateľný materiál, ktorý sa nachádza vo viac ako 15 % zemskej kôry, vďaka čomu je ľahko dostupný vo veľkých množstvách za rozumnú cenu. Fyzikálne a chemické vlastnosti oxidu hlinitého závisia od jeho minerálneho zloženia a čistoty; kryštalickejší materiál býva pevnejší a má vyššie lomové vlastnosti.

Elektrická vodivosť oxidu hlinitého dosahuje maximum pri 80 K, na rozdiel od medi, ktorá dosahuje maximum pri 100 K. Vzhľadom na nižšiu tepelnú vodivosť by sa v tomto materiáli nemali budovať kontinuálne vodivé cesty, pretože by mohli vnášať šum do zberných cievok a spôsobovať problémy so zbernými cievkami.

Elektrická vodivosť meria rýchlosť, akou sa voľné elektróny pohybujú materiálom. Možno ju určiť meraním teploty a odporu voči elektrickému poľu; v prípade oxidu hlinitého je tento jav podporovaný vibráciami v jeho kryštálovej mriežke pri vysokých teplotách, ktoré umožňujú ľahší pohyb voľných elektrónov cez jeho kryštálovú mriežku, meraný ako prúd. Vodivosť oxidu hlinitého závisí od jeho minerálneho zloženia a použitej metódy úpravy.

Vlhkosť

Obsah vlhkosti v keramike z oxidu hlinitého a iných materiáloch má zásadný vplyv na ich vlastnosti, od tvorby a morfológie kryštálov až po vodivosť a celkovú vodivosť. Analyzátory vlhkosti, ako napríklad analyzátor AMH43 spoločnosti LECO Corporation na stanovenie vlhkosti, predstavujú presný spôsob merania vlhkosti týmto spôsobom; pomocou presných váh, vysokoteplotných sušiacich procesov a pokročilého softvéru ponúkajú presné možnosti merania vlhkosti v keramických materiáloch, ako aj iných formách analýzy materiálov.

Oxid hlinitý má na oxidickú keramiku výnimočne nízku hustotu, čo z neho robí vynikajúci materiál pre elektrické aplikácie. Oxid hlinitý má tiež vynikajúcu odolnosť proti oderu a chemickým vplyvom, vďaka čomu je vhodný na vysoko výkonné použitie, napríklad v motoristickom športe.

Na rozdiel od iných kovov oxid hlinitý nereaguje s kyselinami. Reaguje však s kyselinou fluorovodíkovou a vytvára chlorid hlinitý; preto má vysokú odolnosť proti korózii a tvrdosť, čo zaručuje vynikajúce vlastnosti odolnosti proti oderu.

Ióny oxidu hlinitého sa vo vodných roztokoch vyskytujú ako hexakva katióny (Al3+). Darujú protóny molekulám vody, čo spôsobuje hydrolýzu, až kým sa v roztoku nevytvorí zrazenina hydroxidu hlinitého. Okrem toho hexakva katióny pomáhajú čistiť vodu.

So zvyšujúcou sa teplotou oxidu hlinitého klesá jeho elektrická vodivosť. Je to spôsobené oslabením iónovej väzby medzi atómami hliníka, ktorá umožňuje voľnejší pohyb elektrónov a vznik vodivých ciest.

Keramika z oxidu hlinitého je inertný materiál odolný voči chemickým činidlám, takže je bezpečný a ideálny na použitie v biomateriáloch. Hliník má mnoho využití ako umelé kĺby, kostné dištančné vložky a kochleárne implantáty; vďaka svojej tvarovateľnosti je vhodný aj na výrobu rúrok a na obrábanie vedeckých výrobkov. Okrem toho je vďaka svojej obrobiteľnosti keramika oxidu hlinitého vynikajúcou voľbou pri nahrádzaní častí ľudského tela.

Oxid hlinitý je vynikajúci izolant a odoláva extrémne vysokým prúdom bez toho, aby bol ovplyvnený. Okrem toho má vysokú odolnosť proti oderu a dobre odoláva mechanickému poškodeniu. Okrem toho zostáva oxid hlinitý pri vysokých teplotách inertný, vďaka čomu je vhodný pre chemické výrobné procesy a vákuové aplikácie.

Korózia

Na rozdiel od čistého hliníka, ktorý na vzduchu spontánne oxiduje a časom sa stáva pyroforickým, oxid hlinitý má nepriepustnú vrstvu oxidu, ktorá ho chráni pred ďalšou oxidáciou a chráni jeho kovové jadro pred ďalšou oxidáciou. Vďaka tomu sa oxid hlinitý môže používať v mnohých rôznych aplikáciách a zabraňuje korózii; nepriepustná vrstva oxidu hlinitého tiež robí oxid hlinitý odolným voči väčšine kyselín, zatiaľ čo jeho vynikajúce mechanické vlastnosti zahŕňajú vysokú tvrdosť a lomovú húževnatosť, ktoré z neho robia vynikajúcu voľbu materiálu pre zariadenia na chemické a elektrochemické spracovanie; elektrické izolačné vlastnosti zostávajú zachované aj pri vysokých teplotách; preto jeho vysoký bod tavenia a vlastnosti odolnosti voči oderu robia z oxidu hlinitého vynikajúcu voľbu materiálu!

Hliník sa môže používať na výrobu rôznych výrobkov, ako sú elektrické izolátory, keramika, sklo a palivové články. Široko sa používa aj ako zložka vymuroviek pecí a rúrok laboratórnych prístrojov; jeho oxidová vrstva odoláva korózii kyselinami, pričom je často pokrytá chrómom alebo niklom na ďalšie zvýšenie odolnosti proti oderu. Okrem toho je oxid hlinitý účinným brúsnym médiom, ktoré možno obrábať pomocou diamantových nástrojov.

Korózia oxidu hlinitého môže mať rôzne formy v závislosti od prostredia a podmienok vystavenia. Erózna korózia je jednou z takýchto foriem, ktorá sa často vyskytuje, keď sú hliníkové zliatiny vystavené pôsobeniu vody v náročných chemických prostrediach; jej účinky urýchľuje rýchlosť, úroveň pH, obsah oxidu kremičitého a prítomnosť uhličitanov vo vode.

Galvanická korózia (alebo korózia rozdielnych kovov) je pre hliník významnou hrozbou, pretože oslabuje jeho pevnosť a zvyšuje náchylnosť na vznik trhlín pod napätím. Na zmiernenie jej účinkov by sa mal hliník vyhýbať priamemu kontaktu s inými kovmi alebo by sa mal okolo seba nainštalovať izolačný kryt.

Štrbinová korózia je ďalšou formou korózie hliníka, ktorá sa často vyskytuje v úzkych únavových trhlinách medzi časťami hliníkovej konštrukcie. Štrbinová korózia sa živí kyslíkom, rozširuje únavové trhliny a v konečnom dôsledku vedie k poruche hliníkovej konštrukcie.

Vedci zaoberajúci sa koróziou môžu monitorovať výkonnosť keramiky s oxidom hlinitým presnejšie ako tradičnými metódami testovania úbytku hmotnosti meraním elučných iónov počas ponorenia do roztokov rôznych koncentrácií kyselín. Atómová absorpčná spektrometria umožňuje výskumníkom analyzovať toto množstvo vylúhované zo vzoriek testovaním Al3+, Mg2+, Ca2+, Na+ a Si4+, ktoré sa vylúhovali.