Strukturen i aluminiumoxid

Aluminiumoxid er en imponerende krystallinsk form for aluminiumoxid med enestående egenskaber. Det har lav elektrisk ledningsevne, høj styrke og ekstrem hårdhed på Mohs-skalaen, og så har det stor lagerkapacitet.

Selvom aluminiumoxidets egenskaber er imponerende, er dets mikrostruktur stadig omdiskuteret. Det skyldes uenighed om, hvor kationerne sidder i dens bulk-enhedscelle, og om der er interstitiel brint til stede.

g-Al2O3

Strukturen af g-Al2O3-aluminiumoxid er nøglen til at forklare dets reaktivitet. Det er kendetegnet ved et fuldt oxygentermineret overfladelag og 53%-kontraherede dobbelte Al-lag nedenunder, som begge er fuldt oxygenterminerede. Når det udsættes for fugt, kan det enten danne aktivt aluminiumoxid (g-Al(OH)3) eller delvist hydroxyleret aluminiumoxid som g-Al2O3-c, som har forskellige reaktive egenskaber på grund af strukturelle variationer mellem dem.

Undersøgelser af g-Al2O3-krystalstrukturen blev foretaget ved hjælp af selektiv elektrondiffraktion (SAED) og pulverrøntgendiffraktion (XRD). SAED-analyse indikerer, at de dominerende strukturdefekter er antifasegrænser, der findes på gitterplaner, som fører til undergitterforskydninger; deres nøjagtige natur er dog stadig uidentificeret.

En undersøgelse af g-Al2O3-strukturer har afsløret, at både konservative og ikke-konservative antifasegrænser (APB'er), afhængigt af deres type, kan forårsage forskydninger i placeringen af enten kationsteder eller tomme oktaedriske steder; derudover påvirker deres tilstedeværelse også stabiliteten af den krystallinske struktur af Alumina-krystallin.

Disse ikke-konservative APB'er har stor indflydelse på g-Al2O3's strukturelle egenskaber. De kan ændre kationpositioner med op til henholdsvis 0,2 og 0,45 for hver APB, og det er nødvendigt med yderligere APB'er for at producere specifikke skiftvektorer.

Ikke-konservative APB'er kan genereres ved hjælp af forskellige mekanismer, herunder simple glide- og rotationsgrænser. Disse mekanismer producerer forskellige mikrostrukturmodeller, som fører til forskellige reaktiviteter af aluminiumoxid; det er vigtigt at forstå dets struktur for effektivt at kunne manipulere dets reaktivitet og termiske stabilitet.

d-Al2O3

Aluminiumoxid (aluminium(III)oxid) er en forbindelse, der består af to aluminium- og tre oxygenatomer i et lige forhold, der bruges som slibemiddel og ildfast materiale og er afgørende for fremstilling af aluminiummetal. Aluminiumoxid har forskellige fysiske og kemiske egenskaber, som gør det nemt at fremstille forskellige produkter med varieret design, samtidig med at det er modstandsdygtigt over for korrosion og slid. Det er blevet en af de primære bestanddele i produktionen af dette elementære metal. Det kan også findes som en del af mange formuleringer, der bruges i produktionsprocessen til fremstilling af aluminiummetal. Det spiller også en vigtig rolle i produktionsprocessen, og produktionen af det er nøglen til at fremstille selve grundmetallet!

Ovne af Higgins-typen ved 1350-1550 grader producerer aluminiumoxidstrukturen, mens vandkølede stål- eller kulstofbelagte beholdere, der indeholder kølede stål- eller kulstofbelagte beholdere, tjener til hurtigt at afkøle og krystallisere det, før det smeltede materiale hældes ud til hurtig krystallisering og hurtig afkøling af smelten. Når afkølingen har fundet sted, knuses groft krystallinsk aluminiumoxid ned til sintrede anvendelser med høj densitet som grundlag for sintrede materialer med høj densitet, der er designet specielt til krævende miljøer eller anvendelser.

Aluminiumoxid har en enestående korrosions- og slidstyrke takket være dets unikke fysiske og kemiske egenskaber, hvilket gør det velegnet til anvendelse i barske miljøer som f.eks. olie- og gasefterforskning, bil- og rumfartsproduktion, kemiske forarbejdningsanlæg og kemiske lagertanke. Desuden kan disse materialer også bruges til at fremstille skære- og slibeværktøjer med øgede krav til slidstyrke.

Aluminiumoxid giver ikke kun fremragende korrosions- og slidstyrke, men dets lave varmeledningsevne og høje smeltepunkt gør det også ideelt til fremstilling af varmeisolering og andre varmebestandige komponenter. Desuden gør den lave massefylde produktionen enkel, da det er nemt at skabe forskellige former.

Aluminiumoxid har en atomar struktur, der ligner et tætpakket hexagonalt krystalsystem, hvor oxygenioner holdes sammen af kovalente bindinger, der dannes mellem deres oktaedriske centre. Aluminiumioner optager to tredjedele af disse mellemrum, mens deres egne centre optager en tredjedel. Som følge heraf er det et ekstremt ildfast materiale med lav elektrisk ledningsevne.

Aluminiummetal reagerer kraftigt med atmosfærisk ilt, så der dannes et tyndt lag aluminiumoxid på overfladen for at forhindre yderligere oxidering. Denne proces kaldes anodisering, og den bruges ofte i mange aluminiumslegeringer for at øge korrosionsbestandigheden og samtidig skabe en glattere og hårdere overflade, der øger trækstyrken.

th-Al2O3

Aluminiumoxid (Al2O3) er en uorganisk kemisk forbindelse med den kemiske formel Al2O3, som har udbredte anvendelser i en lang række industrier. Aluminiumoxid består af aluminium- og oxygenatomer bundet sammen i en hexagonal tætpakket (hcp) krystalstruktur og er en af de mest populære aluminiumforbindelser, der anvendes i dag; fremstilling, smeltning og brandbeskyttelse er vigtige anvendelsesområder for aluminiumoxid samt dets mange råmaterialeanvendelser som kemikalier, glas- og keramikproduktionsprocesser, der udnytter dets egenskaber, som gør aluminiumoxid til et uundværligt materiale.

th-Al2O3's struktur har et højt specifikt overfladeareal og en tæt porestørrelsesfordeling, hvilket gør det til et meget værdsat materiale til katalysatorstøtter, hvor porerne spiller en vigtig rolle i understøttelsen af deres funktionalitet. Al2O3 er også et fremragende slibemiddel, hvilket gør det til en vigtig ingrediens i skæreværktøjer og andre slibemidler. På grund af sin krystalstruktur kan th-Al2O3 modstå høje temperaturer, mens dets mange porer giver mulighed for dannelse af aluminiumoxidkrystaller. Th-Al2O3-fasen kan også være gavnlig for elektriske anvendelser. For eksempel placeres keramiske måtter fremstillet af dette materiale inde i kulfyrede kraftværkers røggaskanaler for at beskytte mod slitage; desuden er det en integreret komponent i isolatorer samt brandhæmmende belægninger.

Dette materiale fremstilles hovedsageligt af mineralet bauxit. Bauxitmalm indeholder gibbsit (Al(OH)3), boehmit (g-AlO(OH)3) og diaspore (a-AlO(OH)3) sammen med urenheder som f.eks. kvarts og silikater. Når det er udvundet fra jorden, bliver det malet til slam, som indeholder en blanding af g-AlO(OH), a-AlO(OH)3 og b-AlO(OH)3. Smeltning finder sted for at udvinde dette dyrebare mineral ved hjælp af en smelteovn.

Al2O3 er mere end bare et effektivt slibemiddel; det er også en fremragende katalysatorstøtte. Det bruges til forskellige reaktioner, herunder petrokemiske, og dets meget opløselige struktur gør det også velegnet som enzymstøtte. Desuden fungerer Al2O3 som et integreret råmateriale i produktionsprocesser for keramik, slibemidler og brandsikre belægninger.

c-Al2O3

Aluminiumoxid er et uundværligt industrielt materiale, der har gjort store fremskridt i retning af at forbedre liv og samfund over hele kloden. Takket være sine kemiske, termiske og mekaniske egenskaber bruges aluminiumoxid i vid udstrækning i moderne teknologi - det bidrager med sin termiske stabilitet til at fremstille aluminiumlegeringer, der øger sikkerheden og effektiviteten i bilindustrien og til elektrisk brug, mens dets hårdhed er med til at skabe skæreværktøjer eller slibematerialer til brug for producenter af skæreværktøjer.

Da det både har et højt smeltepunkt og en lav udvidelseskoefficient, har aluminium flere ønskværdige egenskaber til brug i vandfiltrering og kemisk behandling samt er korrosionsbestandigt og slidstærkt, og aluminium kan også bruges som et elektrisk isoleringsmateriale. Desuden gør dets +3-oxidationstrin det muligt at afgive eller modtage elektroner, så forskellige reaktioner med andre grundstoffer kan finde sted.

Når aluminiumoxid kombineres med zirconiumoxid, danner det et simpelt eutektisk system, der bevarer sin tetragonale struktur, når det slukkes ved højere temperaturer - hvilket øger sejheden og samtidig mindsker skrøbeligheden. Aluminiumoxid-zirkoniumoxid-keramik er et populært valg til fremstilling af halvlederenheder; desuden spiller aluminiumoxid en vigtig rolle i produktionen af siliciumcarbid (SiC), et ekstremt hårdt og slidstærkt materiale, der er velegnet til miljøer med høje temperaturer.

Kemisk inert og lugtfri aluminiumoxid er en uorganisk forbindelse med formlen Al2O3. Dette uorganiske materiale kaldes også alun, alundum eller bauxit, men kan også kendes under andre navne, herunder alun, alundum eller bauxit. Det findes naturligt som korundkrystaller og danner rubiner og safirer, hvis livlige røde nuance kommer fra urenheder i krom, mens den blågrønne farve kommer fra urenheder i henholdsvis jern og titanium. Aluminiumoxid bruges også som slibemiddel til sandpapir og som ingrediens i glasemaljer og ildfaste materialer samt som et vigtigt adsorberende middel mod gasser og vanddamp.

Eksponering for aluminiumoxid kan forårsage lungesygdomme. Når radioaktivt mærket 26Al indåndes, binder det sig til makrofager i lungerne og ophobes, hvilket potentielt kan resultere i atrofiske bronkioler eller små lungearterioler; desuden har det vist sig at føre til lymfoid hyperplasi hos rotter samt fokale områder med lipoid lungebetændelse hos hamstere.