Mi az alumínium-dioxid sűrűsége?

A timföld (alumínium-oxid, Al2O3) az egyik legszélesebb körben használt műszaki kerámia. Számos előnyös és egyedi tulajdonsággal rendelkezik, amelyek alkalmassá teszik számos ipari alkalmazáshoz.

Az alumíniumötvözet arról ismert, hogy rendkívül korrózióálló és hőmérsékletálló. Emellett kiváló kopásállósága segít meghosszabbítani az ebből az anyagból készült alkatrészek és részek hasznos élettartamát.

Tömeg

Az alumínium lágy, de kis mennyiségű rézzel, magnéziummal, szilíciummal vagy mangánnal ötvözve erősíthető, így erősebb ötvözetek képződnek, amelyek még sokoldalúbbá teszik a fémet az elektromos és hővezető képesség, a szilárdság, a képlékenység és a korrózióállóság szempontjából. Ráadásul könnyű - ami számos alkalmazásnál előnyös! Az alumínium sokoldalúsága azt is lehetővé teszi, hogy könnyen alakítható legyen különböző termékekké, amelyek bármilyen elképzelhető célra megfelelhetnek.

Az alumínium tiszta fémként és oxidként is megtalálható a földkéreg bauxitérc-lelőhelyein, ahol lágy tulajdonságokkal rendelkező, nem mérgező, 13-as atomszámú lerakódásokat képez. Ezüstös fehér színével és fémes csillogásával az alumínium könnyen hajlítható, verhető vagy préselhető vékony lemezekké a gyártáshoz, sőt, a korróziónak való ellenállás érdekében még oxidos védőréteggel is bevonható, saját önvédő oxidbevonatot létrehozva.

A timföldet leginkább csiszolóanyagként vagy tűzálló anyagként ismerik. Ezenkívül megtalálható kerámiákban, elektromos szigetelőkben, katalizátorokban és katalízis alkalmazásokban. Különböző minőségek léteznek, amelyek gyártás céljából különböző szemcseméretű porokká vagy szemcsékké állíthatók elő.

Az anyag kémiai stabilitása magas, így alkalmas sóknak, savaknak és gőzöknek való kitettségre anélkül, hogy a felület vagy a szerkezet kopás, korrózió, fagy vagy kopás miatt károsodna. Ezenkívül tartóssága lehetővé teszi, hogy a magas hőmérsékletet is kibírja anélkül, hogy törésnek vagy degradációnak adná át magát.

Az alumínium a periódusos rendszerben az alkáliföldfémek csoportjába tartozik, atomtömege 2698 g/mol, és három valenciaelektronja van. Az oxigén és az alumínium közötti reakciók lassan, míg az alumínium és a forró savak és lúgok közötti reakciók gyorsan játszódnak le.

A timföld (Al2O3) bőségesen megtalálható a földkéregben, és különböző alkalmazásokban használják. Magas olvadáspontja és kiváló mechanikai és fizikai tulajdonságai, mint például keménysége, szilárdsága és alacsony tágulási együtthatója - tulajdonságai, amelyek alkalmassá teszik tűzálló anyagként, elektromos szigetelőként és kémiai hordozóként -, így alkalmas téglák, tégelyek, laboratóriumi edények, papírgyertyák festékek bevonatai üveg ultraszűréses kromatográfiás elemzéshez, valamint alumínium fém és vegyületeinek gyártásához.

Kötet

Az alumínium-oxid egy olyan műszaki kerámia, amelyet kiváló teljesítményének köszönhetően sokféle alkalmazásban használnak. Az alumínium-oxid nagy mechanikai szilárdsággal, nyomószilárdsággal, keménységgel, korrózió- és kopásállósággal, valamint alacsony hőtágulási sebességgel és kémiai inertitással rendelkezik. Továbbá az alumínium-oxid savas és lúgos kémhatású, ha melegített híg sósavval keveredik, míg kénsavval kombinálva lúgos kémhatású.

A timföld térfogata a tömeg és a köbcentiméterben kifejezett sűrűség (g/cm3) hányadosaként fejezhető ki, ami lényeges jellemző, mivel azt méri, hogy mennyi üreg van az anyagban - minél kisebb az üregtartalom, annál nagyobb a térfogata. A hőmérsékletnek is fontos szerepe van, mivel a magasabb hőmérséklet a sűrűség növekedéséhez vezet.

A bauxit a természetben előforduló heterogén anyag, amely egy vagy több alumínium-hidroxid ásványból áll, és különböző koncentrációban tartalmaz más elemeket és vegyületeket, például szilícium-dioxidot, vas-oxidot, titánium-dioxidot és alumínium-szilikátot. A világ termeléséből mintegy 85% a Bayer-eljárás néven ismert nedves kémiai kioldási módszert alkalmazza a bauxit timfölddé alakítására.

A G-alumina a timföld egy rendkívül mezopórusos, nagy pórusokkal rendelkező, nagy porozitással és felülettel rendelkező formája, amely kiváló hordozóanyaggá teszi Fe-alapú katalizátorok számára a fenol hidroxilálási reakciójához hidrogén-peroxiddal, amelyből értékes szerves vegyületek, például hidrokinon és katechin keletkeznek. A G-alumina kiemelkedő, 53,4% konverzióval büszkélkedhet ebben a folyamatban, miközben a d-hidroxibenzolok felé 96,2 százalékos szelektivitással rendelkezik, ami tovább hangsúlyozza ipari katalizátorként való értékét.

A gamma-fázisú alumínium-oxid nagy katalitikus aktivitású, mikroporózus, méhsejtes szerkezetekké alakítható, ami vonzó anyaggá teszi számos ipari katalizátor támogatására a kőolaj-finomítási alkalmazásokban. Továbbá a nanoszűrőmembránok előállításához szükséges szubsztrátként való felhasználásának lehetőségeivel kapcsolatos kutatások ígéretes kezdeti eredményeket hoztak; továbbá ezt a fajta timföldet használják bizonyos félvezető eszközökhöz szükséges szintetikus zafírok előállítására.

Sűrűség

Az alumínium-oxid egy polikristályos kerámia, amely alacsony fajsúlyú és nagy keménységű, alacsony fajsúlyt és kiváló keménységi tulajdonságokat kínál. A különböző tisztaságokban kapható alumínium-oxid fröccsöntéssel, sajtolással, izosztatikusan préseléssel, csúszásöntéssel vagy extrudálással alakítható ki a kívánt formák kialakításához, mielőtt égetésre és szinterezésre kerülne - hasonlóan a fémekhez és ötvözetekhez, amelyek a szokásos technikákkal könnyebben megmunkálhatók; mérsékelt szakítószilárdsága, de törékeny természete miatt a gyártás sokkal kevésbé hatékony; a hővezetési tulajdonságok miatt az alumínium-oxid ideális, mivel ellenáll a lúgok, valamint az erős savak támadásainak, amikor a gyártási folyamatok alumínium-oxid anyagok felhasználásával történnek.

Az alumínium-oxidot fontos nyersanyagként használják az alumíniumfém előállításához, valamint számos ipari alkalmazásban, többek között elektromos, vegyi, űrkutatási és kopásálló alkatrészekhez. Az alumínium-oxid olyan orvosi eszközökben is megtalálható, mint a csípőprotézis implantátumok és fogászati koronák; kopásállósága miatt különböző koptató felhasználási célokra is alkalmas, mint például textilvezetők, szivattyú dugattyúk, csúszdabélések és kiömlőnyílások.

A korund a timföld számos formája közül az egyik, amelyben az oxigénionok hatszögletes, szoros elrendezésű szerkezetekbe tömörülnek, az alumíniumionok pedig a hatszögletes, szoros elrendezésű szerkezetekben az oktaéderek közötti rések kétharmadában helyezkednek el, valamint az alumíniumionok minden egyes oktaéderben hat oxigénion és hat oxigénionjuk között találhatók, amelyek szabálytalan kristályszerkezetet alkotnak, amelynek egy oldala a felső réteg oktaéderek három oldala között oszlik meg.

A timföld többféle funkciót is betölthet. A csiszolóanyagként való felhasználás mellett elektromos szigetelőanyagként is működik, és széles körben használják az integrált áramkörök szilícium-zafír litográfiájában, alagútrendszerként szolgál szupravezető eszközökben, például egyelektronos tranzisztorokban és szupravezető kvantuminterferencia-eszközökben, és köztes anyagként szolgál a kopásálló volfrámkarbid gyártási szubsztrátumok gyártása során. Sajnos az alumínium-oxid alacsonyabb ütőszilárdsága miatt a bányászati alkalmazásokban még nem vált a kopásálló, szívós anyaggá.

A timföldpor belélegzése potenciális munkahelyi veszélyt jelent, mivel a sugárzással megjelölt 26Al-t használó tanulmányok azt mutatják, hogy a por mélyen behatolhat a tüdőbe, és ott hosszabb ideig megmaradhat, potenciálisan zavarhatja a normál tüdőműködést, valamint rákkeltő lehet.

Porozitás

Az anyagok porozitása a szilárd anyagokban lévő levegő mennyiségére utal, általában százalékban kifejezve. A porozitás segíthet meghatározni a sűrűséget; a több üreg kisebb sűrűségű anyagot jelent.

A pásztázó elektronmikroszkóp (SEM) a legmegfelelőbb eszköz a porozitás pontos értékelésére. A SEM világosan és pontosan mutatja a pórusokat, miközben az áteresztőképességüket - vagy a víznek az anyagokon való átjutási képességét - olyan módszerekkel méri, mint például a minták héliummal vagy vízzel való elmerítése, vagy imbibációs módszerekkel; a több összekapcsolt pórus növeli az áteresztőképességet.

Az alumínium-oxid rendkívül kemény anyag, ami azt jelenti, hogy hatékonyan ellenáll a mechanikai kopásnak és a kopásnak - ez az egyik oka annak, hogy a fröccsöntési alkalmazásokban használt műszaki kerámiák egyik legnépszerűbbje lett.

A timföldnek azonban van néhány hátránya. Különösen elektromos tulajdonságai nem állnak jól magasabb hőmérsékleten, alacsony vezetőképességgel, mivel nem túl kristályos és sok hibával rendelkezik az összetételét alkotó atomjaiban.

A timföld elektromos tulajdonságainak növelésére hatékony módszer, ha szennyeződések hozzáadásával vagy magasabb hőmérsékleten történő hevítéssel kristályosabbá teszik. Az ilyen változtatások azonban jelentős hatással lehetnek az egyes alkalmazásokban használt alumínium-oxid anyagok szilárdságára és keménységére, és helytelen alkalmazás esetén potenciálisan problémákat okozhatnak.

Az alumínium-oxid elektromos tulajdonságainak javítása a megnövelt pórustérrel való létrehozásával szintén javíthatja a tulajdonságait, azáltal, hogy növeli az alumínium-oxid koncentrációját az összetételében. A nagyobb pórusokkal rendelkező puhább és képlékenyebb anyagok szintén előnyösek.

A mezopórusos alumínium-oxid egy másik típusú alumínium-oxid anyag, amely rendkívül egyenletes csatornákkal és nagy felülettel rendelkezik, ami szobahőmérsékleten megnövekedett elektromos ellenállású mezopórusokat hoz létre (alacsony hőmérsékleten két nagyságrenddel, magas hőmérsékleten négy nagyságrenddel), ami hátrányosnak bizonyulhat az akkumulátorgyártási alkalmazásokban való alkalmazáskor.