Struktura aluminijevega oksida

Aluminij je impresivna kristalna oblika aluminijevega oksida z izjemnimi lastnostmi. Ponaša se z nizko električno prevodnostjo, visoko trdnostjo in izjemno trdoto po Mohsovi lestvici, poleg tega pa ima tudi velike skladiščne zmogljivosti.

Čeprav so lastnosti aluminijevega oksida impresivne, se o njegovi mikrostrukturi še vedno razpravlja. Razlog za to so nesoglasja glede položaja kationov v njegovi prostorninski celici in glede tega, ali je prisoten intersticijski vodik.

g-Al2O3

Struktura aluminijevega oksida g-Al2O3 je ključna za razlago njegove reaktivnosti. Odlikujeta ga površinska plast, ki je popolnoma zaključena s kisikom, in pod njo 53% sklenjene dvojne plasti Al, ki so popolnoma zaključene s kisikom. Ko je izpostavljen vlagi, lahko tvori aktivni aluminijev oksid (g-Al(OH)3) ali delno hidroksilirane aluminije, kot je g-Al2O3-c, ki imajo zaradi strukturnih razlik med njimi različne reaktivne lastnosti.

Kristalno strukturo g-Al2O3 smo preučevali s selektivno difrakcijo elektronov (SAED) in prašno rentgensko difrakcijo (XRD). Analiza SAED kaže, da so prevladujoče strukturne napake antifazne meje na ravninah rešetke, ki povzročajo podrešetne premike, vendar njihova natančna narava ostaja neopredeljena.

Raziskava struktur g-Al2O3 je pokazala, da lahko konservativne in nekonservativne antifazne meje (APB), odvisno od njihove vrste, povzročijo premike v položaju kationskih mest ali praznih oktaedričnih mest; poleg tega njihova prisotnost vpliva tudi na stabilnost kristalne strukture kristala Alumina.

Ti nekonservativni APB imajo velik vpliv na strukturne lastnosti g-Al2O3. Položaj kationov lahko spremenijo do 0,2 oziroma 0,45 za vsak APB, pri čemer so potrebni dodatni APB, da bi dobili specifične vektorje premika.

Nekonservativne APB se lahko ustvarijo z različnimi mehanizmi, vključno z enostavnimi drsnimi in rotacijskimi mejami. Ti mehanizmi ustvarjajo različne modele mikrostrukture, ki vodijo do različnih reaktivnosti aluminijevega oksida; razumevanje njegove strukture je bistvenega pomena za učinkovito uravnavanje njegove reaktivnosti in toplotne stabilnosti.

d-Al2O3

Aluminijev oksid (aluminijev(III) oksid) je spojina, sestavljena iz dveh atomov aluminija in treh atomov kisika v enakem razmerju, ki se uporablja kot abrazivni in ognjevzdržni material ter je bistvenega pomena pri proizvodnji kovinskega aluminija. Aluminijev oksid ima različne fizikalne in kemijske lastnosti, zaradi katerih ga je mogoče enostavno izdelati v različne izdelke z različnimi oblikami, hkrati pa je dobro odporen proti koroziji in obrabi. Postal je ena od glavnih sestavin pri proizvodnji te elementarne kovine. Najdemo ga tudi kot del številnih formulacij, ki se uporabljajo v proizvodnem procesu izdelave kovinskega aluminija. Ima tudi sestavni del v proizvodnem procesu, njegova proizvodnja pa je ključna za samo proizvodnjo te elementarne kovine!

V pečeh Higginsovega tipa pri temperaturi 1350-1550 stopinj Celzija nastane struktura aluminijevega oksida, medtem ko se z vodo hlajene jeklene ali ogljikove posode, ki vsebujejo ohlajeno jeklo ali ogljikove posode, uporabljajo za hitro ohlajanje in kristalizacijo, preden se staljen material izlije za hitro kristalizacijo in hitro ohlajanje taline. Ko se ohladi, se grobo kristalinični aluminijev oksid zdrobi za uporabo v sintranih materialih z visoko gostoto kot osnova sintranih materialov z visoko gostoto, zasnovanih posebej za zahtevna okolja ali aplikacije.

Aluminij se zaradi svojih edinstvenih fizikalnih in kemijskih lastnosti ponaša z izjemno odpornostjo proti koroziji in obrabi, zato je primeren za uporabo v težkih okoljih, kot so raziskovanje nafte in plina, avtomobilska in letalska proizvodnja, obrati za kemično predelavo in rezervoarji za shranjevanje kemikalij. Poleg tega se ti materiali lahko uporabljajo tudi pri izdelavi rezalnih in brusilnih orodij s povečanimi zahtevami glede odpornosti proti obrabi.

Aluminij ni le odlično odporen proti koroziji in obrabi, temveč je zaradi svoje nizke toplotne prevodnosti in visokega tališča idealen tudi za izdelavo toplotne izolacije in drugih toplotno odpornih komponent. Poleg tega je zaradi njegove nizke gostote proizvodnja preprosta, saj je mogoče zlahka oblikovati različne oblike.

Atomska struktura aluminijevega oksida je podobna tesno zapakiranemu heksagonalnemu kristalnemu sistemu, v katerem so kisikovi ioni povezani s kovalentnimi vezmi med oktaedričnimi centri. Aluminijevi ioni zavzemajo dve tretjini teh vmesnikov, medtem ko njihovi centri zavzemajo eno tretjino. Zaradi tega je izjemno ognjevzdržen material z nizkimi lastnostmi električne prevodnosti.

Kovinski aluminij močno reagira z atmosferskim kisikom, zato se na njegovi površini tvori tanka plast aluminijevega oksida, ki preprečuje nadaljnjo oksidacijo. Ta postopek se imenuje anodiziranje in se pogosto uporablja pri številnih aluminijevih zlitinah, da bi povečal odpornost proti koroziji, hkrati pa ustvaril bolj gladko in tršo površino, ki poveča natezno trdnost.

th-Al2O3

Aluminijev oksid (Al2O3) je anorganska kemična spojina s kemijsko formulo Al2O3, ki se pogosto uporablja v najrazličnejših industrijah. Aluminij je sestavljen iz atomov aluminija in kisika, ki so med seboj povezani v heksagonalno kristalno strukturo (hcp), in je ena od najbolj priljubljenih aluminijevih spojin, ki se danes uporabljajo; proizvodnja, taljenje in protipožarna zaščita so ključne aplikacije za uporabo aluminijevega oksida, prav tako pa se uporabljajo številne surovine, kot so kemikalije, steklo in keramika, ki uporabljajo njegove lastnosti, zaradi katerih je aluminijev oksid nepogrešljiv material.

Struktura th-Al2O3 se ponaša z veliko specifično površino in majhno porazdelitvijo velikosti por, zato je zelo cenjen material za nosilce katalizatorjev, pri katerih imajo njegove pore pomembno vlogo pri podpiranju njihove funkcionalnosti. Al2O3 je tudi izjemen abraziv, zato je bistvena sestavina v rezalnih orodjih in drugih abrazivnih aplikacijah. Zaradi svoje kristalne strukture lahko th-Al2O3 prenese visoke temperature, njegove številne pore pa omogočajo nastanek kristalov aluminijevega oksida. Faza th-Al2O3 je lahko koristna tudi za električne aplikacije. Keramične preproge, izdelane iz tega materiala, se na primer nameščajo v dimne kanale elektrarn na premog, da se zaščitijo pred obrabo; poleg tega je sestavni del izolatorjev in protipožarnih premazov.

Ta material se proizvaja predvsem iz minerala boksita. Boksitna ruda vsebuje gibbit (Al(OH)3), boemit (g-AlO(OH)3) in diasporo (a-AlO(OH)3) ter nečistoče, kot so med drugim kremen in silikati. Ko se izkoplje iz zemlje, se zmelje v suspenzijo, ki vsebuje mešanico g-AlO(OH), a-AlO(OH)3 in b-AlO(OH)3. Ta dragoceni mineral se pridobiva s taljenjem v talilni peči.

Al2O3 je več kot le učinkovito abrazivno sredstvo; je tudi odličen nosilec katalizatorjev. Uporablja se za različne reakcije, vključno s petrokemičnimi, zaradi svoje zelo topne strukture pa je primeren tudi za podporo encimom. Poleg tega je Al2O3 sestavni del surovin za proizvodnjo keramike, abrazivov in ognjevarnih premazov.

c-Al2O3

Aluminij je nepogrešljiv industrijski material, ki je pomembno prispeval k izboljšanju življenja in družbe po vsem svetu. Zaradi svojih kemijskih, toplotnih in mehanskih lastnosti se aluminijev oksid široko uporablja v sodobni tehnologiji - s svojo toplotno stabilnostjo prispeva k proizvodnji aluminijevih zlitin, ki povečujejo varnost in učinkovitost v avtomobilski in elektrotehnični industriji, medtem ko s svojo trdoto pomaga ustvarjati rezalna orodja ali abrazivne materiale, ki jih uporabljajo proizvajalci rezalnih orodij.

Ker ima aluminij visoko tališče in nizek koeficient raztezanja, se ponaša z več zaželenimi lastnostmi za uporabo v aplikacijah za filtriranje vode in kemično obdelavo, poleg tega pa je odporen proti koroziji in obrabi ter se lahko uporablja tudi kot material za električni izolator. Poleg tega lahko zaradi svojega oksidacijskega stanja +3 oddaja ali sprejema elektrone, kar omogoča različne reakcije z drugimi elementi.

V kombinaciji s cirkonijem tvori aluminijev oksid preprost evtektični sistem, ki pri ohlajanju pri višjih temperaturah ohrani tetragonalno strukturo, kar povečuje žilavost in zmanjšuje krhkost. Aluminij-cirkonijeva keramika je priljubljena izbira za izdelavo polprevodniških naprav; poleg tega je aluminij sestavni del proizvodnje silicijevega karbida (SiC), izjemno trdega in obstojnega materiala, primernega za visokotemperaturna okolja.

Aluminij je kemično inertna anorganska spojina s formulo Al2O3 brez vonja. Ta anorganski material se imenuje tudi Alum, Alundum ali Boksit, znan pa je tudi pod drugimi imeni, kot so Alum, Alundum ali Boksit. V naravi ga najdemo v obliki kristalov korunda, iz njega pa nastanejo rubini in safirji, katerih živo rdeči odtenek je posledica primesi kroma, modro-zeleni odtenek pa je posledica primesi železa oziroma titana. Aluminij se uporablja tudi kot abraziv za brusni papir in kot sestavina steklarskih emajlov ter kot pomemben adsorbent plinov ali vodnih hlapov.

Izpostavljenost aluminijevemu oksidu lahko povzroči pljučno bolezen. Pri vdihavanju radioaktivno označenega 26Al se ta veže z makrofagi v pljučih in se kopiči, kar lahko povzroči atrofične bronhiole ali majhne pljučne arteriole; poleg tega je bilo dokazano, da pri podganah povzroča limfoidno hiperplazijo, pri hrčkih pa tudi žariščna območja lipoidne pljučnice.