Формула глинозема

Оксид алюминия (Al2O3), также называемый глиноземом, является электроизолятором с отличной химической стойкостью и умеренной прочностью на растяжение и изгиб; однако его прочность на изгиб остается низкой.

Глинозем является основным материалом при производстве оксидной керамики благодаря своей распространенности, низкой стоимости и превосходным механическим свойствам по сравнению с другими оксидами.

Химическая формула

Оксид алюминия (чаще называемый глиноземом или алундом) - это неорганическое химическое соединение с формулой Al2O3, отличающееся высокой температурой плавления и высокой твердостью, белым цветом, нерастворимостью в воде и амфотерными свойствами - вступает в кислотные и щелочные реакции, что делает его одним из самых популярных видов промышленной керамики. Глинозем встречается в природе в виде корунда, рубинов и сапфиров, а также присутствует в виде основной алюминиевой руды в бокситах. Методы производства включают химическое обезвоживание алюминатного раствора или химическое обезвоживание алюминатного раствора.

Глинозем широко используется для облицовки высокотемпературных устройств, таких как печи, топки и мусоросжигательные печи, благодаря своим тепло- и электроизоляционным свойствам, а также устойчивости к коррозии, вызываемой химическими веществами, используемыми в процессе производства. Глинозем обладает превосходными тепло- и электроизоляционными свойствами, а также защитой от коррозии, что делает его идеальным выбором материала.

Глинозем - один из самых твердых конструкционных материалов, по твердости он соперничает с алмазом, а по износостойкости уступает только карбиду кремния. Кроме того, глинозем выступает в качестве отличного изолятора и имеет низкий коэффициент расширения, что обеспечивает эффективный и предсказуемый теплообмен.

Корунд - наиболее устойчивый полиморф глинозема, одна из самых стабильных его форм. Он имеет тригональную решетку Браве, в которой ионы кислорода занимают слои, параллельные оси с, а алюминий заполняет две трети октаэдрических промежутков. Соотношение ионов кислорода и ионов алюминия в корунде составляет 1:2:1.

Кристаллический глинозем - это экономичный материал с низким удельным весом и твердостью, обычно встречающийся в виде порошка с размером частиц от 0,3 до 0,8 мм. Существует две формы порошка кристаллического глинозема: тип A содержит гексагональные кристаллы и имеет плотность 4,0, а тип B - кубические кристаллы с плотностью 3,0; оба материала обладают хорошей стойкостью к истиранию, причем тип A режет быстрее.

Глинозем может быть получен с чистотой 94%, хотя для большинства коммерческих применений обычно требуется чистота в пределах 85%-100%. Глинозем более низкой чистоты обычно используется в огнеупорах, а глинозем более высокой чистоты можно найти в циркониевой упрочненной глиноземной (ZTA) керамике или монолитной керамике, такой как твердые и плотные марки ZTA.

Физические свойства

Оксид алюминия (Al2O3), обычно называемый глиноземом, представляет собой ионно-ковалентное твердое тело, которое не поддается нагрузкам, как металлы и сплавы. Низкая электропроводность и термическая стабильность глинозема делают его отличным изолятором, а также превосходной устойчивостью к химическому воздействию и чрезвычайной твердостью (9 по шкале Мооса). Из-за высокой температуры плавления его невозможно отливать, но его прочность, долговечность и коррозионная стойкость позволяют использовать его в жестких условиях обработки, например, в печах и обжиговых аппаратах.

Керамические футеровки, состоящие из глинозема, широко используются в качестве футеровки доменных печей для защиты металлических сопел и копья, огнеупорных футеровок для сталеплавильных и вращающихся печей, а также для литья огнеупорного кирпича в песчаные формы. Глинозем имеет низкий коэффициент расширения, что позволяет ему выдерживать очень высокие температуры без деформации или растрескивания; кроме того, он устойчив к воздействию кислот, о чем свидетельствует его успех в качестве изолятора для изоляции электрических проводов в жестких электрических условиях, например, в коррозионных средах для медных проводов.

Высокая температура плавления глинозема делает его идеальным огнеупорным материалом для стекольного производства, где во многих оконных и контейнерных стеклах содержатся лишь следы Al2O3. Если бы эти стекла использовались в качестве глазури, они бы потекли и потрескались из-за отсутствия достаточного количества огнеупорных элементов в их составе.

Однако добавление даже небольшого количества глинозема в рецептуру стекла позволяет плавить его при более низкой температуре, улучшая при этом прочность на разрыв, поверхностное натяжение, блеск, длину рабочего диапазона, устойчивость к девитрификации и вязкость. Более того, добавление всего лишь щепотки глинозема повышает прочность на изгиб и растяжение и значительно снижает хрупкое разрушение.

Тугоплавкие свойства глинозема делают его отличным кандидатом для использования в качестве медицинского глинозема, применяемого для изготовления зубных имплантатов и других биомедицинских приложений. Медицинский глинозем производится с использованием различных методов консолидации и спекания, которые позволяют получить точные почти сетчатые формы с широким диапазоном чистоты. Хотя его умеренная прочность на растяжение/изгиб ниже той, что требуется для поликристаллического глинозема для имплантатов, его превосходные механические характеристики все же делают этот материал достойным рассмотрения для применения в медицине.

Тепловые свойства

Глинозем отличается от других металлов и сплавов благодаря прочным межатомным связям, что придает ему уникальные свойства, не встречающиеся в других материалах, включая высокую прочность и твердость, отличные диэлектрические свойства при низких и повышенных температурах, превосходную устойчивость к химическому воздействию и коррозии при комнатных и повышенных температурах, превосходные тепловые свойства при высоких температурах, а также эффективное решение для теплоотвода.

Глинозем выпускается в нескольких формах, включая гранулы, порошок и суспензии, и может быть сформирован в любые формы. Обладая умеренной прочностью на растяжение и изгиб, глинозем отличается от многих поликристаллических керамических материалов тем, что его теплопроводность и температура плавления относительно низки, что делает невозможным отливку крупных деталей.

Альфа-фаза глинозема (Al2O3) - материал, наиболее часто используемый для структурных применений глинозема. В этой поликристаллической форме ионы кислорода организованы в гексагональную плотную упаковку, заполняя две трети всех октаэдрических промежутков. Глинозем также демонстрирует метастабильность в кубических фазах g и e, моноклинной фазе k и орторомбической фазе d, которые в конечном итоге возвращаются к стабильной гексагональной альфа-фазе при повышенных температурах.

Чистый глинозем имеет множество промышленных применений и обычно поставляется в виде алюмината натрия с формулой NaAlO. Этот материал производится путем обжига бокситов при высоких температурах для получения алюмината натрия, а затем измельчается в мелкий порошок перед смешиванием с водой для получения суспензии для дальнейшей обработки.

Современный глинозем обычно находится в диапазоне чистоты 85%-100%, что делает его пригодным для изготовления свечей зажигания и подложек для микрочипов, а также для применения в высокоэффективной керамике, например, для нанесения толстопленочных покрытий.

Чистый глинозем превосходит фарфоровую электроизоляцию по крайней мере на два порядка при комнатных температурах и на четыре порядка при высоких температурах, а также значительно менее подвержен воздействию щелочей, вызывающих деградацию.

Механические свойства

Механические свойства глинозема включают его прочность, или устойчивость к деформации и напряжению. Благодаря этому свойству глиноземистая керамика обладает высокой устойчивостью к ударам, сохраняя свою форму и размер даже под сильным давлением. Кроме того, глинозем обладает высокой прочностью на сжатие, что позволяет выдерживать большие нагрузки без повреждений, а его прочность на растяжение и изгиб позволяет структурным компонентам и деталям сохранять целостность и функциональность.

Глинозем обладает превосходными механическими свойствами, такими как прочность и устойчивость к химическим воздействиям, что делает его пригодным для промышленного и коммерческого применения, в том числе на электростанциях и заводах. Являясь одной из самых прочных инженерных керамик на сегодняшний день, глинозем выдерживает экстремальные температуры, а также износ, что делает его отличным выбором материала для производства таких изделий, как электрические изоляторы, трубки для газовых лазеров, уплотнительные кольца и лабораторное оборудование.

Устойчивость глинозема к ударам также делает его востребованным материалом для производства защитной брони, что делает его одним из самых популярных вариантов среди производителей военной техники и личного состава. Твердость и биоинертность глинозема оказываются особенно полезными здесь; благодаря этому он подходит для создания подшипников для замены тазобедренного сустава, бионических имплантатов, армирования тканей, изготовления тканевых лесов, а также для применения в медицине, например, для замены тазобедренного сустава. Кроме того, благодаря своей прочности глинозем является отличным выбором для производства баллистической брони.

Глиноземная керамика обладает низкой острой и хронической токсичностью, вызывая лишь незначительное раздражение кожи при коротком времени воздействия, что делает ее идеальным материалом для использования в медицинском оборудовании и здравоохранении. Благодаря своей нереактивности с различными химическими веществами алюмооксидная керамика все чаще используется в качестве замены хирургических инструментов, например карбида вольфрама; однако для обеспечения оптимальных требований к прочности медицинского алюмооксида он должен сначала пройти строгий контроль в процессе спекания.