Alumīnija oksīda starpliku izmanto dažādās nozarēs

Alumīnija oksīda starpliku izgatavo no augstākās kvalitātes keramikas. Šie izturīgie, taču trauslie starpliki var izturēt temperatūras līdz pat 1400F, neplaisājot; izcila korozijas izturība un siltumvadītspēja ir to izcilas īpašības – šīs īpašības padara alumīnija oksīda starplikus noderīgus dažādos rūpnieciskos pielietojumos, kur ir jāievēro precīzi garuma mērījumi. Tos var pat precīzi urbj, slīpēt vai frēzēt.

Augsta izturība

Keramiskie starplikas tiek plaši izmantoti dažādās nozarēs to izcilo mehānisko īpašību un siltumizturības dēļ, nodrošinot līdzsvarotu stiprības un elastības kombināciju, kas padara tos piemērotus lietojumiem, kur komponentiem vienlaikus jābūt saspiestiem vai izpleštiem. Turklāt šie izturīgie starpliku ir izstrādāti, lai nodrošinātu ilgstošu kalpošanas laiku ekstremālās temperatūrās, ķīmiskās vidēs vai nelabvēlīgos apstākļos – neaizmirstot, ka tie ir arī ārkārtīgi rentabli!

Alumīnija oksīds ir ārkārtīgi izturīgs materiāls ar ārkārtīgi augstu izturības un svara attiecību, ko bieži izmanto jomās, kurās nepieciešama augsta nodilumizturība, piemēram, pārklājumos, keramiskajos blīvējumos un gultņos. Alumīnija oksīds spēj izturēt ļoti augstas temperatūras, vienlaikus to viegli var apstrādāt, iegūstot precīzus izmērus izmantošanai gultņos vai pārklājumos; turklāt tas ir izturīgs pret koroziju un oksidāciju.

Alumīnija izturība padara to par lielisku materiālu atstarotāju izgatavošanai, kas ir būtiska sastāvdaļa elektronikas rūpniecībā. Šie nelielie apaļie priekšmeti kalpo, lai montāžas laikā novērstu divu komponentu savstarpēju saskari – tas ir īpaši svarīgi augsto tehnoloģiju lietojumos, kuros caur tiem plūst elektriskā strāva; jebkāda saskare var izraisīt bojājumus un samazināt veiktspēju.

Alumīnija oksīda starpliku izolācijas īpašības padara tos neaizstājamiem, projektējot enerģijas pārveides ierīces, piemēram, termoniskos pārveidotājus. To attālums starp plaknveida elektrodu virsmām, kas paaugstinātās temperatūrās ir mazāks par 10 mm, padara šos materiālus ideālus; tomēr joprojām ir grūti atrast materiālus, kas spētu aizpildīt šīs spraugas, neradot nevēlamu siltuma plūsmu.

Nesen Pensilvānijas Universitātes pētnieki izstrādāja alumīnija oksīda starpliku, kas nodrošina gan efektīvu atstarpes nodrošināšanu, gan siltumizolāciju. To ALD alumīnija oksīda starplikām efektīvā siltumvadītspēja bija 5 milivati uz kvadrātmetru uz kelvinu, kas ir daudz zemāka nekā aerogēla izolācijas izstrādājumiem. Turklāt tie spēja izturēt lielas spiedes deformācijas ārpus plaknes, neplīstot slodzes ietekmē.

Alumīnija atstarotāji ir neatņemama modifikācija daudziem „Lamborghini Huracan“ īpašniekiem, jo tie palīdz paplašināt automašīnas riteņu bāzi un piešķir tai drosmīgāku izskatu. Tie ir izgatavoti no augstas izturības alumīnija ar stingrām pielaidēm, lai garantētu izcilu izturību un ilgmūžību – tie spēj izturēt pat vissmagākos braukšanas apstākļus, vienlaikus izturot nodilumu, nezaudējot savu integritāti.

Izturība pret augstām temperatūrām

Keramika, kas parasti sastāv no alumīnija oksīda (Al₂O₃), izceļas ar izcilām elektriskajām īpašībām, kā arī izturību pret nodilumu, koroziju un augstām temperatūrām. Tā kā keramika var droši darboties temperatūrā līdz 1500 °C, vienlaikus izturot ievērojamu mehānisko slodzi, neplīstot, to arvien biežāk izmanto kā augsttemperatūras izolatorus un elektriskās detaļas dažādās jomās.

Termioniskajos enerģijas pārveidotājos ierīces efektivitāti var palielināt, uzturot nelielas atstarpes starp elektrodiem. Viens no praktiskajiem veidiem, kā sasniegt šo mērķi, ir izmantot siltumizolējošas starpliku plāksnes; tomēr šādi materiāli bieži rada ievērojamu spiedes slodzi un strukturālās stabilitātes nodrošināšanai ir nepieciešami liela biezuma materiāli. Autori ir izstrādājuši alternatīvu starpliku no alumīnija oksīda, kas ir plāns, bet vienlaikus izturīgs un siltumizolējošs; tas ir paredzēts, lai nodrošinātu stabilu 3–8 mm atstarpi starp plakāniem substrātiem, vienlaikus izturot spiedes slodzi līdz 0,4–4 MPa, kā arī tam ir efektīvāka siltumvadītspēja nekā aerogēliem.

Alumīnija oksīda starpliku ražošana notika uz silīcija veidņiem, izmantojot virsmas izotropisku kodināšanu ar XeF₂ tvaiku un uzklājot 1–2 mikrometru biezu alumīnija oksīda slāni, pirms mehānisko testu veikšanas materiālu testēšanas iekārtā, lai noteiktu to īpašības un pierādītu, ka tie var izturēt spiedes spēkus līdz 1 MPa bez būtiskiem bojājumiem, vienlaikus demonstrējot arī izcilu izturību pret spiedi ārpus plaknes — tas nozīmē, ka tie var izturēt termiskās izplešanās deformācijas līdz 1%, nesabojājoties.

Šie rezultāti liecina, ka alumīnija oksīda un cirkona oksīda (ZTA) keramikas kompozītmateriālam piemīt izcilas īpašības — izturība, stingrība, plastiskums un siltumizolācijas īpašības. Tā kā šis materiāls spēj izturēt lielas spiedes slodzes, vienlaikus nodrošinot izcilu izturību pret spiedi ārpus plaknes un zemu siltumvadītspēju, tas ir lielisks risinājums daudziem pielietojumiem, kuros nepieciešama šāda īpašību kombinācija. Šādas ierīces var ietvert termoelektriskos enerģijas pārveidotājus, nodilumizturīgas detaļas un augstas veiktspējas elektriskās ierīces, piemēram, sensorus un aktuatorus. Alumīnija oksīda un cirkona keramika ir labi piemērota šīm lietojumjomām, jo tajā apvienotas alumīnija oksīda izcilās mehāniskās un elektriskās īpašības ar cirkona ķīmisko izturību, apstrādājamību, nodilumizturību un zemu erozijas līmeni.

Augsta izturība pret koroziju

Alumīnija starpliku ir vieglas un izturīgas pret koroziju, tādēļ tās ir ideāli piemērotas daudziem pielietojumiem. Jo īpaši to augstās izolācijas īpašības palīdz novērst siltuma zudumu starp dažādām virsmām – tas ir īpaši noderīgi elektromobiļu lietojumos, kur citādi pozitīvās un negatīvās elektrodas varētu saskarties un izraisīt īsslēgumu, kas bojā akumulatorus vai traucē transportlīdzekļa darbību. Atstarotāji novērš šo īsslēgumu, uzturot pozitīvo un negatīvo elektrodu savstarpēju attālumu, tādējādi aizsargājot gan akumulatorus, gan transportlīdzekļu veiktspēju.

Pasaules alumīnija starpliku tirgu var iedalīt segmentos atkarībā no veida, galīgā izmantojuma un reģiona. Paredzams, ka liecamo un neliecamo alumīnija distanceru tirgus segmenti piedzīvos visstraujāko salikto gada izaugsmi, pateicoties to zemākajām izmaksām un daudzpusīgajai izmantošanai; no otras puses, neliecamajiem distanceriem būs lielāki izmaksu pieaugumi, jo to uzlabotās izolācijas īpašības kavē izaugsmi salīdzinājumā ar liecamajiem distanceriem. Visbeidzot, alumīnija distancerus pēc galīgās izmantošanas iedala transporta, celtniecības, mašīnbūves un iekārtu izmantošanas vai citās kategorijās, kas paver papildu iespējas galīgās izmantošanas ziņā: transports pret mašīnbūvi un iekārtām

Alumīnija starpliku pielietojums ir ļoti plašs dažādās jomās. Mehāniskās ierīcēs, kas darbojas augstās temperatūrās, alumīnija starpliku izmantošana palīdz samazināt berzi un vibrāciju starp blakus esošām virsmām, turklāt tos izmanto arī kā elektriskos izolatorus elektromobiļos, lai novērstu pozitīvo un negatīvo akumulatora polu saskari un tādējādi izvairītos no īsslēgumiem.

Metāla starpliku izmantošana var palīdzēt novērst galvanisko koroziju starp atšķirīgiem metāliem. Kā parādīja viens eksperiments, alumīnija starplikam, kas tika ievietots starp tērauda un magnija detaļām, lai samazinātu galvanisko koroziju, bija zemāks korozijas potenciāls nekā tā tērauda analogam, tādējādi līdz minimumam samazinot maksimālo strāvu galvaniskajos savienojumos.

Alumīnija starpliku materiāls ir dabīgi izturīgs pret koroziju un spēj izturēt pat ekstremālus vides apstākļus, turklāt tas ir ķīmiski stabils – tādēļ tie ir lieliska izvēle rūpniecības izstrādājumiem, kuriem nepieciešama nodilumizturība un augsta termiskā stabilitāte. Turklāt šie starpliki nav šķīstoši ūdenī, bet skābēs un sārmainos šķīdumos tie šķīst tikai nedaudz.

Augsta siltumvadītspēja

Daudzas enerģijas pārveides ierīces izmanto izolējošas mikrostruktūras, lai atdalītu elektrodus, tādējādi samazinot parazītisko siltuma plūsmu un palielinot efektivitāti, lai līdz minimumam samazinātu parazītisko siltuma plūsmu un optimizētu efektivitāti. Iepriekšējās pieejas balstījās uz retām vai neliela laukuma mikrostruktūrām, kuras nespēja izturēt ievērojamus spiedes spriegumus, ko izraisīja ierīču neatbalstītajā centrā novērotā izliekšanās vai virsmas raupjums³⁰; tomēr nesenie pētījumi ir parādījuši, ka alumīnija oksīda starpliku var efektīvi izmantot, lai izolētu un atbalstītu lielas mikronu mēroga spraugas, kas sastopamas termojoniskajās un termofotovoltaiskajās ierīcēs³¹.

Tie vakuumā sasniedz siltumvadītspēju, kas ir tikai 5 mikrovati uz metru K-1 — tas ir daudz zemāks rādītājs nekā aerogēliem, tomēr tie joprojām ir pietiekami izturīgi, lai izturētu spiedes spriedzi un tos varētu tieši iebūvēt elektrodā, nodrošinot gan izolāciju, gan atbalstu, kas nepieciešams augstas veiktspējas enerģijas pārveides ierīcēm. Šie rezultāti parāda, kā alumīnija oksīda starpliku var tieši pārstrādāt elektrodos, kas paredzēti augstas veiktspējas enerģijas pārveides ierīcēm.

Alumīnija oksīds ir dabīgs alumīnija oksīds ar ķīmisko formulu Al³⁺ un O²⁻. Tam piemīt augsta kušanas temperatūra, cietība un izturība pret stipru neorganisko skābju, piemēram, ortofosforskābes vai fluorūdeņražskābes, iedarbību.

Šīs īpašības padara alumīnija oksīdu par ideālu materiālu izmantošanai augstas veiktspējas jomās, tostarp elektroenerģijas ražošanā un kodolenerģijas ražošanā. Turklāt tā izturība pasargā to no bojājumiem, ko rada triecieni, korozija vai ķīmisko vielu iedarbība.

Šīs īpašības dēļ titāna sakausējumu bieži izmanto atomelektrostaciju regulēšanas stieņos un citās inženiertehniskās detaļās, kurām nepieciešama ārkārtīgi liela izturība, tostarp protezēs, kurām var rasties ievērojama nodiluma. Tas ir arī lielisks materiāls ceļgala protežu komponentiem, kas pakļauti biežai nodilumam.

Alumīnija oksīda keramikas mitrumuzsūkšanas spēja un cietība padara to par ideālu materiālu medicīniskajiem implantiem, piemēram, gūžas protezēm, ceļa locītavām un mugurkaula diskiem. Tās izturība pret nelabvēlīgiem apstākļiem, tostarp augstām temperatūrām un ķīmisko vielu iedarbību, palīdz nodrošināt to nepārtrauktu darbību pat sarežģītos apstākļos.

„Warm Edge“ starpliku izmantošana samazina siltuma vadītspēju izolēto stikla logu malās, tādējādi uzlabojot siltumizolācijas rādītājus, taupot enerģiju un resursus. Vistaza ražotajam Swisspacer ULTIMATE ir izcila zema siltumvadītspēja – tikai 1 mW/m·K, kas ievērojami samazina U-koeficientus un enerģijas patēriņu logiem un fasādēm; turklāt tas novērš kondensāta veidošanos un pelējuma rašanos logu malās, nodrošinot veselīgāku dzīves vidi.