알루미나 유리

고알루미나 유리 제조에 사용되는 유리 모래에는 일반적으로 마그네시아가 낮은 비율로 함유되어 있습니다. 이 광물성 모래는 암석 형태의 매장지 또는 정제되지 않은 천연 자원에서 얻을 수 있으며, 생산 과정 내내 그 상태로 유지되어야 합니다.

녹색 유리 샘플 JXL09의 SEM-EDS 분석 결과 중정석 결정이 포함된 붉은색 내포물과 Cu, Fe, S가 농축되어 황화 구리-철 원료를 포함하고 있는 것으로 나타났습니다.

특성

알루미나 유리는 알루미늄 산화물 유리로 강도, 내화학성 및 내열성, 광학 투명성 및 낮은 전기 전도도가 필요한 응용 분야에서 높은 가치를 지닌 여러 가지 고유한 특성을 가지고 있습니다. 알루미나는 항공기 창문과 자동차 창문은 물론 야간 투시 장치와 열추적 미사일 노즈콘에 광범위하게 사용됩니다. 또한 알루미나는 낮은 전기 전도도, 팽창 계수 및 경도(모스 척도에서 최고 등급)를 자랑합니다.

남아시아 전역의 고고학 유적지에서 알루미나가 풍부한 성분으로 만들어진 안경의 수많은 예가 발견되었습니다. 성분 분석을 통해 이 안경들이 이 지역에서 오랜 역사를 지닌 제조법에 따라 생산되었음을 알 수 있지만, 개별 제조법이 이 지역에서 유래한 것인지 아니면 더 큰 제조법 그룹에서 다른 곳에서 채택된 것인지는 아직 밝혀지지 않았습니다.

알루미나는 소다석회-실리카 유리의 유리 전이 온도, 밀도 및 화학적 내구성을 높여 유리 전이 온도, 밀도 및 화학적 내구성을 향상시킵니다. 알루미나는 또한 실리카 산화물 입자에 의한 산화를 막으면서 붕소 청색 구름 형성을 억제합니다. 알루미나 유리는 기존 단열 및 장식용 유리에 비해 강도 증가, 높은 융점, 낮은 전기 전도도 수준, 낮은 팽창률 계수, 우수한 내식성 등 많은 이점을 제공합니다.

알루미나 유리의 미세 구조는 소성 정도에 따라 달라집니다. 소성되지 않은 샘플은 결정 네트워크와 일부 공극을 보이며, 표면 결정화가 기존 유리보다 더 증가하는 온도로 가열하면 예를 들어 GS028에서는 알루미노규산나트륨 및 소달라이트 입자와 함께 클러스터된 산화납 주석을 볼 수 있고, 알루미나 함유 입자가 추가된 다른 샘플에서는 표면 결정화가 급격히 증가하는 반면 결정은 기존 유리 샘플보다 전체적으로 작은 치수를 갖는 경향이 있습니다.

알루미나 함유 유리에서 발견되는 황화구리와 조산화구리 내포물은 정말 신비로운데, 산화구리와 황화구리의 공동 제련을 통해 유입되었을 가능성이 있지만, 내포물이 들어가기 전에 장인들이 무광택 프릴을 제거하기 위해 길고 지루한 노력이 필요했을 가능성이 높습니다.

속성

알루미나 유리에서 발견되는 알루미늄 산화물(g-Al2O3)은 높은 융점과 온도 안정성 등 여러 가지 독특하고 유리한 특성을 가지고 있어 세라믹 내화물, 연마재 및 연마제 응용 분야에 적합합니다. 또한 이 성분의 산업적 용도로는 난연제/연기 억제제 용액으로 사용될 뿐만 아니라 알루미나 및 여러 특수 합금을 생산하는 데 필수적인 원료로 사용됩니다.

알루미나 유리 침투 VC 세라믹의 미세 구조는 샘플마다 크게 다릅니다. 일반적으로 작은 알루미나 결정과 장석 입자가 존재하는 세분화된 경향이 있습니다. 그러나 GS028 및 GS022 샘플은 동일한 모양을 가진 더 큰 결정이 특징이며 일부 샘플에서는 주석 결정이 입방정 산화주석 결정으로 불완전하게 분해되어 침상 산화주석 결정이 형성된 흔적까지 보입니다. 그런 다음 이러한 입자는 알루미노규산나트륨 매트릭스로 구성된 부드러운 흰색 규산염 매트릭스 내에 둘러싸여 있습니다.

이 매트릭스는 낮은 마그네시아 수준(1.5 중량%)을 보이는데, 이는 유리 제조에 사용된 모래가 알루미나뿐만 아니라 장석 말단 부재의 석영 또는 플라지오클라제 말단 부재와 같은 광물 공급원으로부터 얻어졌음을 시사합니다. 이 가설의 증거는 샘플 내에서 발견된 알칼리 장석의 많은 비율과 다양한 양의 플라지오클라제 및 석영 존재를 포함합니다.

XRD와 중성자 회절을 이용한 실험 결과, g-Al2O3는 높은 융점과 온도 안정성을 가진 결정 구조와 함께 공극을 따라 생성되는 의사 브래그 평면에 해당하는 1.52 A-1의 특이한 날카로운 피크를 나타내며, 이는 일반적인 유리 형성 산화물과는 크게 다르며 구조적으로 뚜렷한 유리 제품을 생성한다는 것을 보여줍니다.

이 연구 결과는 유리 침투 알루미나 세라믹이 혁신적이고 역사적으로 중요한 제조법에 따라 제조되었으며, 고알루미나 함량 유리와 관련된 흐림 문제를 줄이기 위해 수정했다는 점에서 전통적인 고고학 유리 제조법과 크게 다르다는 것을 보여줍니다.

애플리케이션

알루미나는 우수한 내압성과 경도로 인해 방탄 유리 제품의 핵심 요소로, 열 안정성 요건과 향상된 내마모성 요건을 갖춘 극한 환경을 위해 설계된 기술 또는 고급 세라믹에 필수적인 소재입니다. 알루미나 분말은 다른 재료와 혼합하여 다양한 색상, 모양, 크기의 독특한 유리 또는 세라믹 제품을 생산할 수 있으며, 극한의 내화학성 및 내열성으로 유명한 알루미노규산염 유리 생산 공정과 같은 다양한 유리 제조 공정에 첨가할 수도 있습니다.

알루미나는 내화물과 세라믹부터 연마 및 연마 제품에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 사용되고 있습니다. 또한 알루미나는 난연제 및 연기 억제제뿐만 아니라 의료 기기, 자동차 및 항공우주 분야에서도 중요한 성분을 형성합니다. 또한, 강도와 내식성 특성으로 인해 특정 응용 분야에서 최적의 특성을 위해 실리카 또는 석회와 같은 재료와 결합되는 경우가 많습니다.

연구자들은 알루미나를 결정 형태가 아닌 원래의 비정질 상태로 만들어 연성을 향상시키는 연구를 진행하고 있습니다. 연구진은 이러한 형태가 이러한 특성을 보이지 않는 단일 성분 산화물 유리에 비해 상온에서 변형이 가능하다는 사실을 밝혀냈습니다. 연구진은 펄스 레이저 증착을 통해 비정질 필름이 형성된 후 빠르게 냉각되는 이 형태를 제조할 수 있다고 제안합니다.

빠르게 냉각하면 늘어날 때 분자 결합이 이완되고 재형성되어 기계적 응력이 한 지점에 집중되지 않고 분산되므로 날카로운 균열이 생기는 것을 방지할 수 있습니다. 이러한 유형의 연성은 일반적인 유리 제품보다는 세라믹의 연성과 유사합니다.

알루미나의 연성을 높이는 한 가지 방법은 유리 매트릭스에 다른 미네랄을 추가하는 것입니다. 예를 들어 알루미노실리케이트 유리는 57-60% 실리카(SiO2)와 16-20% 알루미늄 산화물(Al2O3), 5-7% 칼슘 산화물(CaO), 6-12% 마그네슘 산화물(MgO) 및 삼산화붕소(B2O3)가 결합된 것으로 모바일 장치에서 스크래치에 강한 것으로 잘 알려져 있습니다.

알루미나 유리를 생산하려면 먼저 알루미나 분말을 폴리비닐 알코올 바인더로 스프레이 과립화하여 쉽게 성형 가능한 녹색 몸체를 형성해야 합니다. 일단 형성된 과립은 건식 프레스, 압출, 사출 주조 또는 열간 등방성 프레스 기술을 사용하여 다양한 유리 및 세라믹 제품으로 추가 가공 및 성형할 수 있습니다.

프로덕션

이름에서 알 수 있듯이 알루미나 유리는 알루미늄 산화물(Al2O3) 또는 더 일반적으로 "알루미나"로 시작됩니다. 알루미늄 금속 생산업체는 지구에서 이 광물을 채굴한 후 유리를 만드는 데 사용되는 백색 분말로 가공합니다. 그러나 실리카 분말로 생산되는 실리카 기반 유리와 달리 알루미나는 특정 용도에 필요한 연성 특성을 갖지 못하며, 연구자들은 빠른 냉각 속도나 극심한 하중에 노출될 때와 같은 특정 조건에서만 변형이 일어난다고 보고했습니다.

핀란드 탐페레 공과대학교의 에르카 프랭크버그는 이 장벽을 극복하고자 하는 연구팀을 이끌었습니다. 이를 위해 연구팀은 원자 모델링, 실험 측정, 분자 역학 시뮬레이션으로 구성된 접근 방식을 활용하여 소성 변형에 제한이 없는 미세한 알루미나 필름을 제작했습니다.

과학자들은 알루미나 분말을 유리 구슬에 뿌린 다음 유리 전이 온도보다 약간 높지만 결정화 지점보다 낮은 온도로 가열했습니다. 그리고 구슬을 빠르게 식힌 다음 X-선 회절 및 미분 열 분석과 같은 분석을 수행했습니다. 실험 결과 알루미나 유리는 깨지기 전에 최대 8%까지 늘어날 수 있으며, 이는 실리카의 일반적인 2-2% 늘어남과 4-40% 압축보다 훨씬 더 큰 수치입니다.

프랭크버그의 연구팀은 알루미나 유리의 미세 구조를 조사했습니다. 연구팀은 결함이 거의 없고 원자적으로 밀집된 분자 네트워크를 관찰하여 스트레스를 받았을 때 쉽게 전환할 수 있는 것을 확인했습니다. 반대로 실리카 유리는 원자 구조 내에 더 많은 틈이 있어 변형 능력이 제한됩니다.

과학자들은 희귀 원소인 텅스텐과 탄탈륨 산화물로 알루미나 유리를 설계하여 전기 전도성, 화학적 공격에 대한 저항성, 고강도 및 극도의 경도(9 Mohs 척도)와 같은 독특한 특성을 만들어 냈습니다.

연구팀은 아직 상업용 알루미나 유리를 생산할 수 있는 효율적인 공정을 개발하지는 못했지만, 그 가능성에 대해서는 낙관적으로 보고 있습니다. 연구팀의 다음 단계는 유용한 특성을 가진 다른 유형의 유리를 개발하는 데 적용한 후 그 원인을 더 연구하는 것입니다.