Kaj je gostota aluminijevega oksida?

Aluminij (aluminijev oksid, Al2O3) je ena najbolj razširjenih tehničnih keramik. Ima številne koristne in edinstvene lastnosti, zaradi katerih je primerna za številne industrijske aplikacije.

Aluminijasta zlitina je znana po tem, da je zelo odporna proti koroziji in temperaturi. Poleg tega njena odlična odpornost proti obrabi pomaga podaljšati življenjsko dobo komponent in delov, izdelanih iz tega materiala.

Masa

Aluminij je mehak, vendar ga je mogoče okrepiti z legiranjem z majhnimi količinami bakra, magnezija, silicija ali mangana, tako da nastanejo močnejše zlitine, ki kovino naredijo še bolj vsestransko v smislu električne in toplotne prevodnosti, trdnosti, duktilnosti in odpornosti proti koroziji. Poleg tega je lahka, kar je prednost pri številnih aplikacijah! Vsestranskost aluminija omogoča tudi njegovo enostavno oblikovanje v različne izdelke, ki lahko ustrezajo vsem mogočim namenom.

Aluminij najdemo kot čisto kovino in kot oksid v zemeljski skorji v nahajališčih boksitne rude, kjer tvori nestrupene usedline z mehkimi lastnostmi in atomskim številom 13. Zaradi srebrno bele barve in kovinskega sijaja je aluminij mogoče zlahka upogibati, zbijati ali stiskati v tanke pločevine za izdelavo in ga je mogoče celo prevleči z oksidno zaščitno pregrado, da se z ustvarjanjem lastne samozaščitne oksidne prevleke upre koroziji.

Aluminij je najbolj znan kot abrazivni ali ognjevzdržni material. Poleg tega ga najdemo v keramiki, električnih izolatorjih, katalizatorjih in katalizi. Obstajajo različne kakovosti, ki jih je mogoče za proizvodne namene izdelati v prah ali granule različnih velikosti zrn.

Kemijska stabilnost tega materiala je visoka, zato je primeren za izpostavljenost solem, kislinam in hlapom, ne da bi prišlo do površinskih ali strukturnih poškodb zaradi abrazije, korozije, zmrzali ali obrabe. Poleg tega je trpežen in lahko prenaša visoke temperature, ne da bi se zlomil ali razgradil.

Aluminij spada v skupino alkalnih zemljin v periodnem sistemu in ima atomsko maso 2698 g/mol ter tri valenčne elektrone. Reakcije med kisikom in aluminijem potekajo počasi, reakcije med aluminijem in vročimi kislinami in alkalijami pa hitro.

Aluminij (Al2O3) je v zemeljski skorji v izobilju in se uporablja za različne namene. Ima visoko tališče ter odlične mehanske in fizikalne lastnosti, kot so trdota, trdnost in nizek koeficient raztezanja - lastnosti, zaradi katerih je primeren kot ognjevzdržna snov, električni izolator in kemični nosilec - zato je primeren za opeke, lončke, laboratorijske izdelke, papirnate vžigalne sveče barve premaze za steklo ultrafiltracijske kromatografske analize ter proizvodnjo kovinskega aluminija in njegovih spojin.

Zvezek

Aluminij je tehnična keramika, ki se zaradi svoje izjemne učinkovitosti uporablja v številnih aplikacijah. Aluminij ima visoko mehansko trdnost, tlačno trdnost, trdoto, odpornost proti koroziji in obrabi ter nizko stopnjo toplotnega raztezanja in kemijsko inertnost. Poleg tega aluminijev oksid deluje kislo in bazično, ko se meša s segreto razredčeno klorovodikovo kislino, medtem ko v kombinaciji z žveplovo kislino deluje alkalno.

Volumen aluminijevega oksida lahko izrazimo kot njegovo maso, deljeno z gostoto v kubičnih centimetrih (g/cm3), zato je to bistvena značilnost, ki jo je treba upoštevati, saj meri, koliko praznin je v materialu - manjša kot je vsebnost praznin, večji je njegov volumen. Pomembno vlogo ima tudi temperatura, saj se pri višjih temperaturah gostota poveča.

Boksit je naravna heterogena snov, sestavljena iz enega ali več mineralov aluminijevega hidroksida, ki v različnih koncentracijah vsebujejo druge elemente in spojine, kot so silicijev dioksid, železov oksid, titanij in aluminosilikat. Pri približno 85% svetovne proizvodnje se za pretvorbo boksita v aluminijev oksid uporablja metoda mokrega kemičnega luženja, znana kot Bayerjev postopek.

G-aluminij je izjemno mezoporozna oblika aluminijevega oksida z velikimi porami, ki ima veliko poroznost in površino, zato je odličen podporni material za katalizatorje na osnovi Fe za reakcijo hidroksilacije fenola z vodikovim peroksidom, pri kateri nastanejo dragocene organske spojine, kot sta hidrokinon in katehol. G-aluminij se ponaša z izjemno pretvorbo 53,4% v tem procesu, pri čemer je njegova selektivnost do d-hidroksibenzenov 96,2-odstotna, kar še dodatno poudarja njegovo vrednost kot industrijskega katalizatorja.

Gamma-fazni aluminijev oksid se lahko oblikuje v mikroporozne satovite strukture z visoko katalitično aktivnostjo, zaradi česar je privlačen material za podporo številnih industrijskih katalizatorjev pri rafinaciji nafte. Poleg tega so raziskave njegovega potenciala kot substrata za pripravo nanofiltracijskih membran dale obetavne prve rezultate; poleg tega se ta vrsta aluminijevega oksida uporablja za izdelavo sintetičnih safirjev, ki jih potrebujejo nekatere polprevodniške naprave.

Gostota

Aluminij je polikristalna keramika z nizko specifično težo in visoko trdoto, ki ima nizko specifično težo in odlične lastnosti trdote. Aluminij, ki je na voljo v različnih čistostih, je mogoče brizgati, stiskati pod tlakom, izostatično stiskati, vlivati z drsenjem ali iztiskati v želene oblike, preden ga je mogoče žgati in sintrati - podobno kot kovine in zlitine ga je mogoče lažje obdelati s standardnimi tehnikami; zaradi njegove zmerne natezne trdnosti in krhkosti je izdelava veliko manj učinkovita; zaradi lastnosti toplotne prevodnosti je aluminij idealen, saj je odporen na napade alkalij in tudi močnih kislin, kadar se v proizvodnih postopkih uporabljajo materiali iz aluminija.

Aluminij se uporablja kot pomembna surovina pri proizvodnji kovinskega aluminija ter v številnih industrijskih aplikacijah, vključno z električnimi, kemičnimi, vesoljskimi in proti obrabi odpornimi komponentami. Aluminij lahko najdemo tudi v medicinskih pripomočkih, kot so vsadki za obnovo kolkov in zobne krone; zaradi svoje odpornosti proti obrabi je primeren tudi za različne abrazivne uporabe, kot so tekstilna vodila, črpalni potisniki, obloge žlebov in izpustne odprtine.

Korund je ena od več oblik aluminijevega oksida, pri čemer so kisikovi ioni zapakirani v heksagonalne tesno zapakirane strukture, aluminijevi ioni pa so porazdeljeni po dveh tretjinah oktaedričnih vmesnikov v heksagonalnih tesno zapakiranih strukturah, prav tako pa se aluminijevi ioni nahajajo med šestimi kisikovimi ioni v vsakem oktaedru in njihovimi šestimi kisikovimi ustrezniki, kar tvori nepravilno kristalno strukturo z eno stranjo, ki je razdeljena med tri stranice oktaedrov zgornje plasti.

Aluminij ima lahko več funkcij. Poleg tega, da se uporablja kot abraziv, deluje tudi kot električni izolator in se pogosto uporablja pri litografiji silicija na safirju za integrirana vezja, kot tunelska pregrada v superprevodnih napravah, kot so enoelektronski tranzistorji in superprevodne kvantne interferenčne naprave, ter kot vmesni material pri proizvodnji proti obrabi odpornih substratov iz volframovega karbida. Žal aluminij zaradi svoje manjše udarne trdnosti še ni postal obrabno odporen trd material, ki bi se zaradi tega dejavnika uporabljal v rudarstvu.

Vdihavanje aluminijevega prahu predstavlja potencialno poklicno nevarnost, saj študije z uporabo radioaktivno označenega 26Al kažejo, da lahko prodre globoko v pljuča in tam ostane dlje časa, kar lahko moti normalno delovanje pljuč in je rakotvorno.

Poroznost

Poroznost materialov se nanaša na količino zraka v trdnih materialih, ki je običajno izražena v odstotkih. Poroznost lahko pomaga določiti gostoto; več praznin pomeni manj gosto gradivo.

Skenirni elektronski mikroskop (SEM) je odličen instrument za natančno oceno poroznosti. SEM jasno in natančno prikaže prostore por, hkrati pa meri njihovo prepustnost - ali sposobnost vode, da prehaja skozi materiale - z metodami, kot so potopitev vzorcev s tekočino, kot sta helij ali voda, ali z metodo imbibicije; bolj povezane pore povečujejo prepustnost.

Aluminij je izredno trd material, kar pomeni, da učinkovito prenaša mehansko abrazijo in obrabo - eden od razlogov, zakaj je postal ena od najbolj priljubljenih tehničnih keramik, ki se uporabljajo za brizganje.

Vendar ima aluminijev oksid nekaj pomanjkljivosti. Predvsem njegove električne lastnosti pri višjih temperaturah niso dobre, saj je njegova prevodnost nizka, ker ni zelo kristaliničen in ima veliko napak v svojih atomih, ki sestavljajo njegovo sestavo.

Učinkovit način za povečanje električnih lastnosti aluminijevega oksida je, da ga naredimo bolj kristaliničnega z dodajanjem nečistoč ali segrevanjem pri višjih temperaturah. Vendar pa lahko takšne spremembe pomembno vplivajo na trdnost in trdoto materiala iz aluminijevega oksida, ki se uporablja v nekaterih aplikacijah, kar lahko povzroči težave, če se uporabi nepravilno.

Z izboljšanjem električnih lastnosti aluminijevega oksida z ustvarjanjem povečanega prostora za pore se lahko izboljšajo tudi njegove lastnosti s povečanjem koncentracije aluminijevega oksida v njegovi sestavi. Koristi imajo tudi mehkejši in bolj duktilni materiali z večjim številom por.

Mezoporozni aluminijev oksid je še ena vrsta materiala iz aluminijevega oksida z zelo enakomernimi kanali in velikimi površinami, kar ustvarja mezore s povečano električno upornostjo pri sobnih temperaturah (dva reda velikosti pri nizkih temperaturah; štiri rede pri visokih temperaturah), kar se lahko pri uporabi v proizvodnji baterij izkaže za neugodno.