Čo je hustota oxidu hlinitého?

Oxid hlinitý (oxid hlinitý, Al2O3) je jednou z najpoužívanejších technických keramík. Má mnoho výhodných a jedinečných vlastností, vďaka ktorým je vhodný na celý rad priemyselných aplikácií.

Zliatina hliníka je známa vysokou odolnosťou proti korózii a teplotám. Okrem toho jej vynikajúca odolnosť voči oderu pomáha predĺžiť životnosť komponentov a dielov vyrobených z tohto materiálu.

Hmotnosť

Hliník je mäkký, ale možno ho posilniť legovaním s malým množstvom medi, horčíka, kremíka alebo mangánu, čím sa vytvoria pevnejšie zliatiny, vďaka ktorým je tento kov ešte univerzálnejší z hľadiska elektrickej a tepelnej vodivosti, pevnosti, ťažnosti a odolnosti proti korózii. Navyše je ľahký - čo je výhoda pre mnohé aplikácie! Univerzálnosť hliníka tiež umožňuje jeho jednoduché tvarovanie do rôznych výrobkov, ktoré môžu vyhovovať akémukoľvek predstaviteľnému účelu.

Hliník sa nachádza ako čistý kov aj ako oxid v zemskej kôre v ložiskách bauxitovej rudy, kde vytvára netoxické ložiská s mäkkými vlastnosťami a atómovým číslom 13. Vďaka svojej striebornobielej farbe a kovovému lesku sa hliník dá ľahko ohýbať, stláčať alebo lisovať do tenkých plechov na výrobu a dokonca sa dá pokryť ochrannou bariérou z oxidu, aby odolal korózii vytvorením vlastnej samoochrannej oxidovej vrstvy.

Oxid hlinitý je známy predovšetkým ako abrazívny alebo žiaruvzdorný materiál. Okrem toho ho možno nájsť v keramike, elektrických izolátoroch, katalyzátoroch a katalytických aplikáciách. Existujú rôzne druhy, ktoré sa dajú vyrobiť do práškov alebo granúl s rôznou veľkosťou zŕn na výrobné účely.

Chemická stabilita tohto materiálu je vysoká, takže je vhodný na vystavenie soliam, kyselinám a výparom bez toho, aby došlo k poškodeniu povrchu alebo konštrukcie v dôsledku oderu, korózie, mrazu alebo opotrebovania. Okrem toho jeho odolnosť umožňuje odolávať vysokým teplotám bez toho, aby podliehal lámavosti alebo degradácii.

Hliník patrí do skupiny alkalických zemín v periodickej tabuľke a má atómovú hmotnosť 2698 g/mol a tri valenčné elektróny. Reakcie medzi kyslíkom a hliníkom prebiehajú pomaly, zatiaľ čo reakcie medzi hliníkom a horúcimi kyselinami a zásadami prebiehajú rýchlo.

Hliník (Al2O3) sa hojne vyskytuje v zemskej kôre a používa sa na rôzne účely. Vyznačuje sa vysokou teplotou topenia a vynikajúcimi mechanickými a fyzikálnymi vlastnosťami, ako sú tvrdosť, pevnosť a nízky koeficient rozťažnosti - vlastnosti, ktoré ho robia vhodným ako žiaruvzdorný materiál, elektrický izolant a chemický nosič - vďaka čomu je vhodný na výrobu tehál, téglikov, laboratórnych výrobkov, papierových zapaľovacích sviečok, náterov na sklo pre ultrafiltračnú chromatografickú analýzu, ako aj na výrobu kovového hliníka a jeho zlúčenín.

Zväzok

Hliník je technická keramika, ktorá sa vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam používa v širokej škále aplikácií. Hliník sa vyznačuje vysokou mechanickou pevnosťou, pevnosťou v tlaku, tvrdosťou a odolnosťou proti korózii a opotrebovaniu, ako aj nízkou tepelnou rozťažnosťou a chemickou inertnosťou. Okrem toho oxid hlinitý pôsobí kyslo aj zásadito, keď sa zmieša so zahriatou zriedenou kyselinou chlorovodíkovou, zatiaľ čo v kombinácii s kyselinou sírovou pôsobí zásadito.

Objem oxidu hlinitého možno vyjadriť ako podiel jeho hmotnosti a hustoty v centimetroch kubických (g/cm3), čo z neho robí základnú charakteristiku, ktorú je potrebné zohľadniť, pretože meria, koľko dutín sa nachádza v jeho materiáli - čím nižší je obsah dutín, tým väčší je jeho objem. Vplyv má aj teplota, pretože vyššie teploty vedú k zvýšeniu hustoty.

Bauxit je prirodzene sa vyskytujúci heterogénny materiál zložený z jedného alebo viacerých minerálov hydroxidu hlinitého obsahujúcich ďalšie prvky a zlúčeniny, ako je oxid kremičitý, oxid železitý, titán a hlinitokremičitan v rôznych koncentráciách. Približne 85% svetovej produkcie využíva na premenu bauxitu na oxid hlinitý metódu mokrého chemického lúhovania známu ako Bayerov proces.

G-hliník je extrémne mezopórovitá forma oxidu hlinitého s veľkými pórmi, ktorá má vysokú pórovitosť a plochu povrchu, čo z neho robí vynikajúci podporný materiál pre katalyzátory na báze Fe na reakciu hydroxylácie fenolu s peroxidom vodíka, pri ktorej vznikajú cenné organické zlúčeniny, ako je hydrochinón a katechol. G-hliník sa môže pochváliť vynikajúcou konverziou 53,4% na tento proces, pričom má selektivitu voči d-hydroxybenzénom 96,2 %, čo ďalej zdôrazňuje jeho hodnotu ako priemyselného katalyzátora.

Gama-fázový oxid hlinitý sa môže formovať do mikroporéznych voštinových štruktúr s vysokou katalytickou aktivitou, čo z neho robí atraktívny materiál na podporu mnohých priemyselných katalyzátorov v aplikáciách rafinácie ropy. Okrem toho výskum jeho potenciálu ako substrátu na prípravu nanofiltračných membrán priniesol sľubné prvé výsledky; okrem toho sa tento typ oxidu hlinitého používa na vytváranie syntetických zafírov potrebných v niektorých polovodičových zariadeniach.

Hustota

Oxid hlinitý je polykryštalická keramika s nízkou špecifickou hmotnosťou a vysokou tvrdosťou, ktorá ponúka nízku špecifickú hmotnosť a vynikajúce vlastnosti tvrdosti. Hliník je dostupný v rôznych čistotách, možno ho vstrekovať, lisovať, izostaticky lisovať, odlievať alebo vytláčať, aby sa vytvorili požadované tvary pred vypálením a spekaním - podobne ako kovy a zliatiny sa dajú ľahšie opracovať pomocou štandardných techník; jeho stredná pevnosť v ťahu, ale krehká povaha spôsobuje, že výroba je oveľa menej efektívna; vlastnosti tepelnej vodivosti robia hliník ideálnym, pretože odoláva útokom zásad, ako aj silným kyselinám, keď sa pri výrobných procesoch používajú materiály z hliníka.

Hliník sa používa ako dôležitá surovina pri výrobe kovového hliníka, ako aj v mnohých priemyselných aplikáciách vrátane elektrických, chemických, leteckých a oteruvzdorných súčiastok. Hliník sa nachádza aj v zdravotníckych pomôckach, ako sú implantáty na výmenu bedrového kĺbu a zubné korunky; vďaka svojej odolnosti voči abrázii je vhodný aj na rôzne abrazívne použitia, ako sú textilné vodidlá, piesty čerpadiel, obloženia žľabov a výtokové otvory.

Korund je jednou z viacerých foriem oxidu hlinitého, pričom ióny kyslíka sú zabalené do hexagonálneho tesného usporiadania a ióny hliníka sú rozmiestnené v dvoch tretinách oktaedrických medzier v hexagonálnych tesných štruktúrach, ako aj ióny hliníka, ktoré sa nachádzajú medzi šiestimi iónmi kyslíka v každom oktaedri a ich šiestimi kyslíkovými náprotivkami vytvárajúcimi nepravidelnú kryštálovú štruktúru s jednou stranou spoločnou pre tri strany oktaedrov vrchnej vrstvy.

Hliník môže plniť niekoľko funkcií. Okrem toho, že sa používa ako abrazívum, pôsobí aj ako elektrický izolant a je široko využívaný v litografii kremíka na zafíre pre integrované obvody, slúži ako tunelová bariéra v supravodivých zariadeniach, ako sú jednoelektrónové tranzistory a supravodivé kvantové interferenčné zariadenia, a pôsobí ako medziprodukt pri výrobe výrobného substrátu z karbidu volfrámu odolného voči opotrebovaniu. Bohužiaľ, vzhľadom na nižšiu rázovú húževnatosť sa oxid hlinitý ešte len musí stať húževnatým materiálom odolným voči opotrebovaniu, ktorý sa kvôli tomuto faktoru používa v banských aplikáciách.

Vdychovanie prachu oxidu hlinitého predstavuje potenciálne riziko pri práci, pričom štúdie s použitím rádioaktívne označeného 26Al naznačujú, že môže preniknúť hlboko do pľúc a zostať tam dlhší čas, čo môže narušiť normálne fungovanie pľúc, ako aj byť karcinogénne.

Pórovitosť

Pórovitosť materiálov sa vzťahuje na množstvo vzduchu v pevných materiáloch, zvyčajne vyjadrené v percentách. Pórovitosť môže pomôcť určiť ich hustotu; viac dutín znamená menej husté materiály.

Na presné posúdenie pórovitosti je vhodný skenovací elektrónový mikroskop (SEM). SEM jasne a presne zobrazuje priestory pórov a zároveň meria ich priepustnosť - alebo schopnosť vody prechádzať cez materiály - pomocou metód, ako je ponorenie vzoriek do kvapaliny, napríklad hélia alebo vody, alebo pomocou imbimentačných metód; viac prepojených pórov zvyšuje priepustnosť.

Oxid hlinitý je extrémne tvrdý materiál, čo znamená, že účinne odoláva mechanickému opotrebovaniu a oderu - je to jeden z dôvodov, prečo sa stal jednou z najobľúbenejších technických keramík používaných na vstrekovanie plastov.

Oxid hlinitý má však niektoré nevýhody. Najmä jeho elektrické vlastnosti neobstoja dobre pri vyšších teplotách, má nízku vodivosť, pretože nie je veľmi kryštalický a má veľa defektov v atómoch, ktoré tvoria jeho zloženie.

Účinným spôsobom zvýšenia elektrických vlastností oxidu hlinitého je jeho kryštalizácia pridaním prímesí alebo zahrievaním pri vyšších teplotách. Takéto zmeny však môžu mať významné dôsledky na pevnosť a tvrdosť materiálu oxidu hlinitého používaného v určitých aplikáciách a pri nesprávnej aplikácii môžu spôsobiť problémy.

Zlepšenie elektrických vlastností oxidu hlinitého vytvorením väčšieho priestoru pre póry môže tiež zlepšiť jeho vlastnosti zvýšením koncentrácie oxidu hlinitého v jeho zložení. Výhodou sú aj mäkšie a tvárnejšie materiály s väčším množstvom pórov.

Mezopórovitý oxid hlinitý je ďalší typ oxidu hlinitého s veľmi rovnomernými kanálmi a veľkými povrchovými plochami, ktoré vytvárajú mezopóry so zvýšeným elektrickým odporom pri izbových teplotách (dva rády pri nízkych teplotách; štyri rády pri vysokých teplotách), čo sa môže ukázať ako nevýhodné pri použití na výrobu batérií.