Hvad er aluminatets tæthed?

Alumina (aluminiumoxid, Al2O3) er et af de mest udbredte tekniske keramiske materialer. Det har mange gavnlige og unikke egenskaber, som gør det velegnet til en lang række industrielle anvendelser.

Aluminiumslegeringer er kendt for at være meget korrosionsbestandige og temperaturbestandige. Derudover er dens fremragende modstandsdygtighed over for slid med til at forlænge levetiden for komponenter og dele, der er fremstillet af dette materiale.

Masse

Aluminium er blødt, men kan styrkes ved at blive legeret med små mængder kobber, magnesium, silicium eller mangan for at danne stærkere legeringer, der gør metallet endnu mere alsidigt med hensyn til elektrisk og termisk ledningsevne, styrke, duktilitet og korrosionsbestandighed. Og så er det let - en fordel i mange sammenhænge! Aluminiums alsidighed gør også, at det nemt kan formes til forskellige produkter, der kan passe til ethvert tænkeligt formål.

Aluminium findes både som rent metal og som oxid i jordskorpen i bauxitmalmforekomster, hvor det danner ugiftige aflejringer med bløde egenskaber og et atomnummer på 13. Med sin sølvhvide farve og metalliske glans kan aluminium let bøjes, bankes eller presses til tynde plader til fremstilling og kan endda overtrækkes med en beskyttende oxidbarriere for at modstå korrosion ved at skabe sin egen selvbeskyttende oxidbelægning.

Aluminiumoxid er bedst kendt som et slibende eller ildfast materiale. Derudover kan det findes i keramik, elektriske isolatorer, katalysatorer og katalyseapplikationer. Der findes en række forskellige kvaliteter, som kan fremstilles til pulver eller granulat med forskellige kornstørrelser til fremstillingsformål.

Materialets kemiske stabilitet er høj, hvilket gør det velegnet til at blive udsat for salte, syrer og dampe uden at pådrage sig overflade- eller strukturskader fra slid, korrosion, frost eller slitage. Desuden gør dets holdbarhed det muligt at modstå høje temperaturer uden at bukke under for brud eller nedbrydning.

Aluminium hører til jordalkaligruppen i det periodiske system og har en atommasse på 2698 g/mol og tre valenselektroner. Reaktioner mellem ilt og aluminium sker langsomt, mens reaktioner mellem aluminium og varme syrer og baser sker hurtigt.

Aluminiumoxid (Al2O3) findes i rigelige mængder i jordskorpen og bruges til forskellige formål. Det har et højt smeltepunkt og fremragende mekaniske og fysiske egenskaber som hårdhed, styrke og lav udvidelseskoefficient - kvaliteter, der gør det velegnet som ildfast materiale, elektrisk isolator og kemisk bærer - hvilket gør det velegnet til mursten, smeltedigler, laboratorieartikler, papir tændrør maling belægninger til glas ultrafiltreringskromatografisk analyse samt fremstilling af aluminiummetal og dets forbindelser.

Volumen

Aluminiumoxid er en teknisk keramik, der bruges i en lang række applikationer på grund af sin fremragende ydeevne. Aluminiumoxid har høje niveauer af mekanisk styrke, trykstyrke, hårdhed og korrosions- og slidstyrke samt lave varmeudvidelseshastigheder og kemisk inerti. Desuden virker aluminiumoxid både surt og alkalisk, når det blandes med opvarmet fortyndet saltsyre, mens det virker alkalisk, når det kombineres med svovlsyre.

Aluminas volumen kan udtrykkes som dens masse divideret med densitet i kubikcentimeter (g/cm3), hvilket gør det til en vigtig egenskab at overveje, da den måler, hvor mange hulrum der findes i materialet - jo lavere hulrumsindhold, jo større volumen. Temperaturen spiller også en vigtig rolle, da højere temperaturer fører til øget massefylde.

Bauxit er et naturligt forekommende heterogent materiale, der består af et eller flere aluminiumhydroxidmineraler, som indeholder andre grundstoffer og forbindelser som silica, jernoxid, titania og aluminosilikat i forskellige koncentrationer. Omkring 85% af verdensproduktionen bruger en våd kemisk udvaskningsmetode kendt som Bayer-processen til at omdanne bauxit til aluminiumoxid.

G-aluminiumoxid er en ekstremt mesoporøs form for aluminiumoxid med store porer, der har høj porøsitet og overfladeareal, hvilket gør det til et fremragende støttemateriale for Fe-baserede katalysatorer til phenolhydroxyleringsreaktionen med hydrogenperoxid, der producerer værdifulde organiske forbindelser som hydroquinon og catechol. G-aluminiumoxid har en fremragende omdannelse på 53,4% til denne proces, mens det har en selektivitet over for d-hydroxybenzener på 96,2 procent, hvilket yderligere understreger dets værdi som industriel katalysator.

Gammafase-aluminiumoxid kan formes til mikroporøse bikagestrukturer med høj katalytisk aktivitet, hvilket gør det til et attraktivt materiale til understøttelse af mange industrielle katalysatorer i olieraffineringsapplikationer. Desuden har forskning i dets potentiale som substrat til fremstilling af nanofiltreringsmembraner givet lovende indledende resultater; desuden bruges denne type aluminiumoxid til at skabe syntetiske safirer, der er nødvendige for visse halvlederanordninger.

Tæthed

Aluminiumoxid er en polykrystallinsk keramik med lav vægtfylde og høj hårdhed, der giver lav vægtfylde og fremragende hårdhedsegenskaber. Alumina fås i forskellige renheder og kan sprøjtestøbes, trykpresses, isostatisk presses, glidestøbes eller ekstruderes til de ønskede former, før det brændes og sintres - ligesom metaller og legeringer lettere kan bearbejdes ved hjælp af standardteknikker; dets moderate trækstyrke, men skøre natur gør fremstillingen meget mindre effektiv; varmeledningsegenskaber gør Alumina ideelt, da det modstår alkaliangreb samt angreb fra stærke syrer, når fremstillingsprocesser sker ved hjælp af Alumina-materialer.

Aluminiumoxid bruges som et vigtigt råmateriale i produktionen af aluminiummetal samt i mange industrielle anvendelser, herunder elektriske, kemiske, rumfarts- og slidbestandige komponenter. Aluminiumoxid findes også i medicinsk udstyr som hofteimplantater og tandkroner; dets modstandsdygtighed over for slid gør det også velegnet til forskellige slibende anvendelser som f.eks. tekstilføringer, pumpestempler, sliskeforinger og udløbsåbninger.

Korund er en af flere former for aluminiumoxid, med oxygenioner pakket i hexagonale tætpakkede arrangementer og aluminiumioner fordelt over to tredjedele af oktaedermellemrummene i hexagonale tætpakkede strukturer, samt aluminiumioner, der findes mellem seks oxygenioner i hvert oktaeder og deres seks oxygenmodstykker, der danner en uregelmæssig krystalstruktur med en flade, der deles mellem tre sider på toplagets oktaedre.

Aluminiumoxid kan have flere funktioner. Ud over at blive brugt som slibemiddel fungerer det også som en elektrisk isolator og bruges i vid udstrækning i silicium på safir-litografi til integrerede kredsløb, fungerer som tunnelbarriere i superledende enheder som enkeltelektron-transistorer og superledende kvanteinterferens-enheder og fungerer som et mellemmateriale under produktionen af slidstærke wolframcarbid-produktionssubstrater. Desværre er aluminiumoxid på grund af sin lavere slagstyrke endnu ikke blevet det slidstærke, hårde materiale, der vælges i minedrift på grund af denne faktor.

Indånding af aluminiumoxidstøv udgør en potentiel arbejdsrisiko, og undersøgelser med radioaktivt mærket 26Al viser, at det kan trænge dybt ned i lungerne og blive der i længere tid og potentielt forstyrre den normale lungefunktion samt være kræftfremkaldende.

Porøsitet

Materialers porøsitet henviser til mængden af luft i faste materialer, som regel udtrykt i procent. Porøsitet kan hjælpe med at definere deres tæthed; flere hulrum er lig med mindre tætte materialer.

Et scanning-elektronmikroskop (SEM) er det bedste instrument til nøjagtig vurdering af porøsitet. Et SEM viser porerum klart og præcist, mens det måler deres permeabilitet - eller vands evne til at passere gennem materialer - ved hjælp af metoder som nedsænkning af prøver med væske som helium eller vand eller ved opsugningsmetoder; flere indbyrdes forbundne porer øger permeabiliteten.

Aluminiumoxid er et ekstremt hårdt materiale, hvilket betyder, at det effektivt kan modstå mekanisk slid - en af grundene til, at det er blevet en af de mest populære tekniske keramer, der bruges til sprøjtestøbning.

Aluminiumoxid har dog nogle ulemper. Især er dets elektriske egenskaber ikke gode ved højere temperaturer med lav ledningsevne, fordi det ikke er særlig krystallinsk og har mange defekter i de atomer, der udgør dets sammensætning.

En effektiv måde at øge aluminiumoxidets elektriske egenskaber på er at gøre det mere krystallinsk ved at tilsætte urenheder eller opvarme det ved højere temperaturer. Sådanne ændringer kan dog have betydelige konsekvenser for styrken og hårdheden af aluminiumoxidmateriale, der bruges i visse anvendelser, og kan potentielt skabe problemer, hvis de anvendes forkert.

Hvis man forbedrer aluminiumoxidets elektriske egenskaber ved at skabe et større porerum, kan man også forbedre dets egenskaber ved at øge koncentrationen af aluminiumoxid i dets sammensætning. Blødere og mere duktile materialer med større porer har også fordele.

Mesoporøs aluminiumoxid er en anden type aluminiumoxidmateriale med meget ensartede kanaler og store overfladearealer, hvilket skaber mesoporer med øget elektrisk resistivitet ved stuetemperatur (to størrelsesordener ved lave temperaturer; fire størrelsesordener ved høje temperaturer), hvilket kan vise sig at være ufordelagtigt, når det anvendes til batteriproduktion.