Kapasitas Panas Spesifik Alumina

Keramik rekayasa alumina adalah salah satu yang paling banyak digunakan karena kinerjanya yang unggul dengan harga yang menarik. Alumina memiliki kapasitas panas spesifik yang luar biasa dan tersedia dalam berbagai tingkatan.

Makalah ini menyelidiki dampak nanopartikel alumina (NPs) pada koefisien hidrofobisitas tunggal (SHC) cairan nano berbasis garam cair. Data eksperimental mengungkapkan bahwa SHCs menurun dengan penurunan ukuran dan konsentrasi NPs; lebih lanjut, prediksi teoritis yang mendukung hasil eksperimen ini juga telah diusulkan.

Sifat Termodinamika

Alumina adalah salah satu keramik teknik yang paling banyak digunakan, yang dikenal dengan sifat ketahanan panas, korosi, dan keausannya yang sangat baik. Alumina kelas teknis butiran halus menawarkan peningkatan kekuatan mekanis dan kekuatan tekan dibandingkan keramik oksida lainnya; selain itu, alumina memiliki konstanta dielektrik yang rendah dan kelembaman kimiawi sehingga cocok untuk lingkungan yang keras.

Namun, sifat termodinamikanya masih kurang dipahami; misalnya, panas jenisnya yang tinggi membuatnya sulit untuk didinginkan dengan cepat. Oleh karena itu, memahami sifat termodinamikanya sangat penting ketika menggunakan alumina dalam berbagai aplikasi; salah satu cara untuk melakukannya adalah dengan mengukur entropi keadaan standar dan energi bebas Gibbs seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Data termodinamika alumina dapat digunakan untuk menghitung entalpi penguapan dan entropi kristalisasi, yang memberikan informasi sangat berharga ketika merancang proses yang membutuhkan bahan tersebut atau membandingkan kinerjanya di antara berbagai produk. Entalpi penguapan untuk sampel alumina bergantung pada suhu, tekanan, dan densitasnya - dapat ditentukan dari ketergantungan suhu terhadap tekanan uap dan entalpi yang diperoleh dengan menyelesaikan persamaan Poisson dalam volume silinder untuk sampel dengan geometri yang sama seperti yang ditemukan di sini.

Rumus ini dapat digunakan untuk menghitung entalpi penguapan sampel padat berdasarkan data suhu dan tekanan, meskipun penting untuk diingat bahwa sampel dengan luas permukaan yang besar dapat menghasilkan entalpi penguapan yang lebih tinggi daripada ekuivalen volumetriknya.

Menghitung entalpi penguapan perlu mempertimbangkan suhu karena nilainya bergantung pada fluktuasi suhu; karena nilainya meningkat seiring dengan peningkatan suhu sampel. Oleh karena itu, sangat penting bahwa pengukuran panas spesifik dan entalpi dilakukan pada suhu yang sama.

Data termodinamika alumina dapat diperoleh dengan menggunakan kalorimeter adiabatik, atau dengan menjatuhkan tetesan ke dalam kalorimeter es Bunsen dan mengukur entropi kondisi standarnya dengan menggunakan salah satu dari kedua teknik tersebut. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4, entropi kondisi standarnya meningkat dengan meningkatnya suhu, mencapai nilai tertinggi pada 14 K.

Konduktivitas Termal

Konduktivitas termal mengukur seberapa mudah panas bergerak melalui bahan. Sifat ini ditentukan oleh interaksi antar molekul dalam material dan bagaimana mereka bergerak di dalamnya, struktur dan susunannya yang memengaruhi konduktivitas termal, serta teknik pengukuran yang digunakan. Alumina memiliki salah satu konduktivitas termal tertinggi di antara keramik teknik - menjadikannya kandidat yang sangat baik untuk digunakan dalam aplikasi abrasif dan refraktori.

Konduktivitas termal alumina ditentukan oleh susunan molekul dan panjang jalur yang harus dilalui panas, yang pada gilirannya bergantung pada suhu. Temperatur yang lebih rendah cenderung menghasilkan konduktivitas yang lebih besar sementara strukturnya dapat diubah melalui manipulasi; misalnya, pengotor dalam alumina dapat berdampak pada konduktivitasnya karena menyebabkan nilai yang lebih rendah daripada bentuk murni.

Ukuran juga berperan dalam sifat termal alumina; butiran yang lebih kecil cenderung menunjukkan konduktivitas termal yang lebih rendah dibandingkan butiran yang lebih besar karena memiliki lebih banyak area permukaan yang berinteraksi satu sama lain dan bertukar energi dengan sekitarnya. Akan tetapi, butiran yang lebih besar cenderung tetap terisolasi dan tidak mudah bertukar energi satu sama lain.

Konduktivitas termal dapat dipengaruhi oleh interaksi atom dan molekul serta kepadatan material. Paduan logam akan memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah karena getaran atom di dalam padatannya yang mengurangi jalur bebas rata-rata untuk elektron bebas di dalamnya, sehingga mereka kehilangan energi panas lebih efisien daripada logam murni.

Kapasitas panas spesifik alumina - atau berapa banyak energi yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu dalam jumlah tertentu - berpengaruh pada konduktivitas termalnya, karena nilai panas spesifik yang lebih tinggi berarti membutuhkan lebih banyak energi untuk kenaikan suhu.

Alumina dapat sangat bervariasi dalam kapasitas panas spesifiknya tergantung pada suhu kalsinasi dan kandungan air materialnya, dengan korundum (a-Al2O3) memiliki kapasitas panas spesifik tertinggi di antara semua bentuk. Fasa G-Al2O3 cenderung memiliki kapasitas panas spesifik yang lebih rendah dibandingkan dengan rekan-rekan mereka, yang mencerminkan konduktivitas termal yang lebih rendah.

Ketahanan Korosi

Alumina adalah bahan keramik teknis yang tahan lama dengan ketahanan korosi, stabilitas termal, dan ketahanan suhu yang sangat baik. Selain itu, Alumina tersedia dalam berbagai bentuk, ukuran, dan tingkatan untuk memenuhi kebutuhan aplikasi tertentu.

Tembaga atau logam lain dapat membantu meningkatkan ketahanan korosi alumina dengan menambahkannya ke dalam matriksnya, membantu mengurangi struktur kristal dan mendorong pembentukan lapisan yang lebih protektif. Niobium, titanium, dan vanadium juga dapat ditambahkan untuk meningkatkan ketahanan korosi.

Cara lain untuk meningkatkan ketahanan korosi alumina adalah dengan menggabungkannya ke dalam paduan lain. Setelah dikombinasikan dengan elemen lain, seperti nikel atau titanium, baja tahan karat austenitik pembentuk alumina (AFA SS) memiliki kemampuan layanan suhu yang lebih tinggi daripada kondisi tunggalnya [1]. Misalnya, mereka dapat menahan suhu melebihi 750 derajat Celcius tanpa mempengaruhi umur pecah creep [1].

Niobium secara signifikan dapat meningkatkan ketahanan korosi alumina di lingkungan yang agresif. Ketika ditambahkan ke matriks alumina, niobium membentuk niobium karbida (NbC) yang tahan terhadap suhu tinggi. Selain itu, menambahkan niobium membantu menstabilkan struktur mikro alumina dan mencegah kerusakan selama proses sintering.

Metode ini dapat digunakan untuk menghasilkan paduan berbasis alumina dengan sifat yang diinginkan untuk berbagai aplikasi, termasuk otomotif, pemrosesan kimia, kelistrikan, dan elektronik.

Alumina telah terbukti sangat tahan terhadap korosi yang disebabkan oleh larutan berair korosif, tahan terhadap serangan asam sulfat dan fosfat, serta garam sulfat dan klorida, sekaligus tahan terhadap asam organik seperti asam sitrat. Karena karakteristik ini, alumina menjadi bahan yang ideal untuk produksi bahan bakar gas hidrogen; selain itu, alumina juga digunakan secara luas dalam proses pembuatan air superkritis sebagai bahan pilihan yang sangat baik.

Titik Leleh

Titik leleh, atau suhu transisi, zat merupakan faktor integral dari aplikasi manufaktur karena menentukan apakah padatan mulai berubah dari bentuk padat menjadi cair. Aluminium memiliki titik leleh tertinggi keenam di antara logam pada 1220 F hingga 660 C; titik leleh yang tinggi ini memungkinkan aluminium untuk mentolerir kondisi yang keras tanpa berubah bentuk atau menjadi rapuh.

Alumina memiliki titik leleh yang sangat tinggi karena energi yang dibutuhkan untuk memecah ikatan kovalen antara atom aluminium dan oksigen, yang menyebabkan titik lelehnya sangat tinggi. Selain itu, ini berarti alumina mempertahankan integritas strukturalnya pada suhu yang sangat tinggi, menjadikannya bahan tahan api yang sangat baik yang digunakan untuk melapisi tungku dan tanur.

Peleburan alumina menghasilkan logam cair berwarna putih dengan tekstur yang sangat halus, sempurna untuk dicetak menjadi berbagai bentuk dan dicetak menjadi lembaran atau balok besar untuk berbagai penggunaan. Namun, proses peleburannya membutuhkan pengetahuan yang luas karena kotoran kimiawi dalam lelehannya dapat mengubah sifat-sifatnya, termasuk titik lelehnya. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengelola proses produksi dengan cermat sambil memantau kualitas lelehan untuk mengidentifikasi pengotor sebelum pengecoran dilakukan.

Pengotor kimiawi dapat memengaruhi titik leleh alumina, tetapi titik lelehnya juga dapat bervariasi karena komposisinya. Faktor-faktor yang memengaruhi titik lelehnya meliputi persentase alumina, fraksi fase g, dan kandungan porositas; menambahkan komponen tambahan ini dapat meningkatkan titik leleh secara signifikan jika dibandingkan dengan hanya menggunakan alumina murni sebagai bahan pembuatan.

Terlepas dari variasi sifat termodinamika dan energinya, kapasitas panas alumina juga bergantung pada cara pembuatannya. Eksperimen telah menunjukkan bahwa fungsi kapasitas panas sampel yang dibuat menggunakan berbagai aluminium alkoksida yang dikalsinasi pada berbagai suhu akhir dapat berbeda secara signifikan - menggarisbawahi kerumitannya sebagai pengukuran serta menggarisbawahi pentingnya mempraktikkan praktik kalorimeter yang ketat selama pembuatannya.