Medzery z oxidu hlinitého sa používajú v rôznych odvetviach

Dištančné podložky z oxidu hlinitého sú vyrobené z prvotriednej keramiky. Tieto pevné, ale krehké dištančné podložky odolávajú teplotám až 1400 F bez praskania, majú vynikajúce vlastnosti ako odolnosť proti korózii a tepelná vodivosť - vďaka týmto vlastnostiam sú dištančné podložky z oxidu hlinitého užitočné v mnohých priemyselných aplikáciách, kde je potrebné dodržať presné meranie dĺžky. Možno ich dokonca presne vŕtať, brúsiť alebo frézovať.

Vysoká pevnosť

Keramické dištančné podložky sa s obľubou používajú v rôznych priemyselných odvetviach vďaka svojim vynikajúcim mechanickým vlastnostiam a tepelnej odolnosti, pričom poskytujú vyváženú kombináciu pevnosti a pružnosti, vďaka čomu sú vhodné na aplikácie, kde sa komponenty musia súčasne stláčať alebo rozpínať. Okrem toho sú tieto dištančné podložky s dlhou životnosťou konštruované pre dlhodobú odolnosť v extrémnych teplotách, chemickom prostredí alebo v náročných podmienkach - nezabúdajme na to, že sú mimoriadne cenovo výhodné!

Oxid hlinitý je mimoriadne pevný materiál s extrémne vysokým pomerom pevnosti k hmotnosti, ktorý sa často používa v aplikáciách vyžadujúcich vysokú odolnosť proti opotrebovaniu, ako sú nátery, keramické tesnenia a ložiská. Hliník odoláva veľmi vysokým teplotám a zároveň sa dá ľahko opracovať do presných rozmerov na použitie v ložiskách alebo povlakoch; okrem toho odoláva aj korózii a oxidácii.

Hliník je vďaka svojej pevnosti vynikajúcim materiálom na výrobu dištančných podložiek, čo je v elektronickom priemysle veľmi dôležité. Tieto malé kruhové predmety slúžia na zabránenie vzájomnému kontaktu dvoch komponentov pri montáži - čo je dôležité najmä pri špičkových technologických aplikáciách, pri ktorých cez ne preteká elektrický prúd; akýkoľvek kontakt môže viesť k poškodeniu a zníženiu výkonu.

Izolačné vlastnosti medzikusov oxidu hlinitého sú neoceniteľné pri navrhovaní zariadení na premenu energie, ako sú termálne konvertory. Ich odstupy medzi rovinnými povrchmi elektród pod 10 mm pri zvýšených teplotách robia tieto materiály ideálnymi, avšak nájsť materiály schopné vyplniť tieto medzery bez vzniku nežiaduceho tepelného toku je stále náročné.

Výskumníci z Pensylvánskej univerzity nedávno vyvinuli medzikusy z oxidu hlinitého, ktoré poskytujú účinné oddelenie medzier a tepelnú izoláciu. Ich ALD dištančné prvky z oxidu hlinitého mali účinnú tepelnú vodivosť 5 miliwattov na meter štvorcový na kelvin; oveľa nižšiu ako aerogélové izolačné výrobky. Okrem toho vydržali veľké tlakové deformácie mimo roviny bez toho, aby pri namáhaní praskli.

Hliníkové dištančné podložky sú neoddeliteľnou úpravou pre mnohých majiteľov Lamborghini Huracan, pretože pomáhajú rozšíriť postoj vozidla a dodať mu odvážnejší vzhľad. Sú vyrobené z vysokopevnostného hliníka s prísnymi toleranciami, ktoré zaručujú vynikajúcu pevnosť a odolnosť - vydržia aj v najnáročnejších jazdných podmienkach a zároveň odolávajú opotrebovaniu bez toho, aby sa narušila ich integrita.

Odolnosť voči vysokým teplotám

Keramika, ktorá sa zvyčajne skladá z oxidu hlinitého (Al2O3), sa vyznačuje vynikajúcimi elektrickými vlastnosťami, odolnosťou proti opotrebovaniu, korózii a vysokým teplotám. Keramika, ktorá bezpečne pracuje až do teploty 1500 °C a zároveň odoláva značnému mechanickému namáhaniu bez porušenia, sa čoraz častejšie využíva ako vysokoteplotné izolátory a elektrické komponenty v rôznych aplikáciách.

Pri termionických konvertoroch energie možno účinnosť zariadenia zvýšiť udržiavaním malých medzier medzi elektródami. Jedným z praktických spôsobov dosiahnutia tohto cieľa sú tepelne izolačné dištančné vložky; takéto materiály však často predstavujú značné tlakové zaťaženie a vyžadujú si hrubé hrúbky na konštrukčnú podporu. Autori navrhli alternatívny dištančný materiál zložený z oxidu hlinitého, ktorý je tenký, ale pevný a zároveň tepelne izolujúci; je navrhnutý tak, aby udržiaval robustné 3-8 mm medzery medzi rovinnými substrátmi a zároveň podporoval tlakové napätia až do 0,4-4 MPa, pričom má efektívnu tepelnú vodivosť nižšiu ako aerogély.

Dištančné prvky z oxidu hlinitého boli vyrobené na kremíkových formách izotropným leptaním povrchu pomocou pár XeF2 a nanesením 1-2 mikrometrovej vrstvy oxidu hlinitého pred vykonaním mechanických skúšok na stroji na testovanie materiálov s cieľom charakterizovať ich a preukázať, že dokážu odolať tlakovým silám až do 1 MPa bez podstatného poškodenia, pričom vykazujú aj vynikajúcu odolnosť proti stlačeniu mimo roviny - čo znamená, že dokážu odolať teplotným rozťažnostiam až do 1% bez toho, aby došlo k ich poškodeniu.

Tieto výsledky dokazujú, že keramický kompozit z oxidu hlinitého a oxidu zirkoničitého (ZTA) má vynikajúce pevnostné, tuhé, ťažné a tepelnoizolačné vlastnosti. Keďže tento materiál dokáže odolávať veľkým tlakovým napätiam a zároveň ponúka vynikajúcu odolnosť voči tlaku mimo roviny a nízku tepelnú vodivosť, predstavuje vynikajúce riešenie pre mnohé aplikácie, ktoré si vyžadujú túto kombináciu vlastností. Medzi tieto zariadenia môžu patriť termoelektrické meniče energie, komponenty odolné voči oderu a vysoko výkonné elektrické zariadenia, ako sú snímače a aktuátory. Keramika z oxidu hlinitého a oxidu zirkoničitého je na tieto aplikácie vhodná vďaka kombinácii vynikajúcich mechanických a elektrických vlastností oxidu hlinitého s chemickou odolnosťou zirkónu, jeho obrobiteľnosťou, odolnosťou proti opotrebovaniu a nízkou úrovňou erózie.

Vysoká odolnosť proti korózii

Hliníkové dištančné podložky sú ľahké a odolné voči korózii, takže sú ideálne na mnohé aplikácie. Najmä ich vysoko izolačné vlastnosti pomáhajú predchádzať tepelným stratám medzi rôznymi povrchmi - čo je obzvlášť užitočné v aplikáciách elektrických vozidiel, kde by sa inak mohli kladné a záporné elektródy navzájom dotýkať a spôsobiť skrat, ktorý by poškodil batérie alebo obmedzil výkon vozidla. Dištančné vložky zabraňujú tomuto skratu tým, že kladné a záporné elektródy držia od seba - chránia tak batérie, ako aj výkon vozidiel.

Globálny trh s hliníkovými dištančnými podložkami možno rozdeliť na segmenty podľa typu, konečného použitia a regiónu. Predpokladá sa, že segmenty trhu s ohýbateľnými a neohýbateľnými hliníkovými dištančnými podložkami zaznamenajú najrýchlejší zložený ročný rast vďaka ich nižším nákladom a univerzálnosti; na druhej strane neohýbateľné dištančné podložky zaznamenajú nákladnejší nárast v dôsledku zvýšených izolačných vlastností, ktoré brzdia rast v porovnaní s ohýbateľnými. Nakoniec, hliníkové dištančné podložky sa ďalej delia podľa konečného použitia na dopravu, stavebníctvo, stroje a zariadenia alebo iné na základe konečného použitia, ktoré poskytuje ďalšie príležitosti z hľadiska konečného použitia: doprava verzus stroje a zariadenia

Hliníkové dištančné podložky majú mnohostranné využitie v rôznych oblastiach. Mechanické zariadenia, ktoré pracujú pri vysokých teplotách, využívajú hliníkové dištančné podložky na zníženie trenia a vibrácií medzi susednými povrchmi, zatiaľ čo sa používajú aj ako elektrické izolátory v elektrických vozidlách na oddelenie kladných a záporných nábojov batérie, aby sa nedostali do kontaktu a nevytvorili skrat.

Kovové dištančné prvky môžu tiež pomôcť zabrániť galvanickej korózii medzi rozdielnymi kovmi. Ako ukázal jeden test, hliníkový dištančný rámik umiestnený medzi oceľové a horčíkové komponenty s cieľom znížiť galvanickú koróziu mal nižší korózny potenciál ako jeho oceľový náprotivok, čím sa minimalizoval špičkový prúd na galvanických spojoch.

Hliníkové dištančné vložky sú prirodzene odolné voči korózii a dokážu odolať aj extrémnym podmienkam prostredia, sú chemicky stabilné a sú vynikajúcou voľbou pre priemyselné výrobky, ktoré si vyžadujú odolnosť voči oderu a vysokú tepelnú stabilitu. Okrem toho sú tieto dištančné vložky nerozpustné vo vode, zatiaľ čo v kyslých a zásaditých roztokoch len mierne.

Vysoká tepelná vodivosť

Mnohé zariadenia na premenu energie sa spoliehajú na izolačné mikroštruktúry na oddelenie elektród s cieľom znížiť parazitný tok tepla a maximalizovať účinnosť, aby sa minimalizoval parazitný tok tepla a optimalizovala účinnosť. Predchádzajúce prístupy sa spoliehali na riedke mikroštruktúry alebo mikroštruktúry s malou plochou, ktoré neboli schopné odolať významnému tlakovému namáhaniu v dôsledku vyklenutia alebo drsnosti povrchu v nepodopretom strede zariadení30; nedávny výskum však preukázal, že dištančné prvky z oxidu hlinitého môžu účinne izolovať a podopierať veľké medzery mikrónového rozsahu, ktoré sa nachádzajú v termionických a termofotovoltaických zariadeniach31.

Dosahujú tepelnú vodivosť vo vákuu len 5 mikrowattov na meter K-1, čo je oveľa menej ako aerogély, pričom sú stále dostatočne robustné na to, aby vydržali tlakové namáhanie a dali sa montovať priamo do elektródy, čím poskytujú izoláciu, ako aj podporu potrebnú pre vysoko výkonné zariadenia na premenu energie. Tieto výsledky ukazujú, ako sa dajú dištančné materiály z oxidu hlinitého priamo vyrábať do elektród pre vysoko výkonné zariadenia na premenu energie.

Oxid hlinitý je prírodný oxid hlinitý s chemickým vzorcom Al3+ a O2-. Vyznačuje sa vysokými bodmi topenia, tvrdosťou a odolnosťou voči pôsobeniu silných anorganických kyselín, ako sú kyseliny ortofosforečná alebo fluorovodíková.

Vďaka týmto vlastnostiam je oxid hlinitý ideálnym materiálom na použitie vo vysokovýkonných aplikáciách vrátane výroby elektrickej energie a jadrovej energie. Okrem toho ho jeho odolnosť chráni pred poškodením v dôsledku nárazu, korózie alebo pôsobenia chemických látok.

Vďaka tejto vlastnosti sa titánová zliatina často nachádza v riadiacich tyčiach jadrových elektrární a iných technických súčiastkach, ktoré si vyžadujú extrémnu odolnosť, vrátane protetických kĺbov, ktoré môžu byť vystavené rozsiahlemu opotrebovaniu. Je tiež vynikajúcou voľbou materiálu pre komponenty kolenných protéz, ktoré sa často opotrebúvajú.

Zmáčavosť a tvrdosť keramiky z oxidu hlinitého z nej robí ideálny materiál pre lekárske implantáty, ako sú náhrady bedrového kĺbu, kolenné kĺby a chrbticové platničky. Ich odolnosť voči drsným podmienkam vrátane vysokých teplôt a pôsobenia chemikálií pomáha zabezpečiť ich funkčnosť aj v náročných podmienkach.

Teplé okrajové dištančné prvky znižujú tepelnú vodivosť na okrajoch okien s izolačným sklom, čím zlepšujú izolačné vlastnosti a šetria energiu, čím šetria zdroje. Swisspacer ULTIMATE od spoločnosti Vistaza má výnimočne nízku tepelnú vodivosť len 1mWm-1K-1, čo výrazne znižuje súčiniteľ U a spotrebu energie na oknách a fasádach; okrem toho zabraňuje kondenzácii a rastu plesní na okrajoch okien pre zdravšie životné prostredie.