Aluminiumoxidens struktur

Aluminiumoxid är en imponerande kristallin form av aluminiumoxid med enastående egenskaper. Den har låg elektrisk ledningsförmåga, hög hållfasthet och extrem hårdhet på Mohs-skalan; dessutom har den stor lagringskapacitet.

Även om aluminiumoxidens egenskaper är imponerande är dess mikrostruktur fortfarande omdiskuterad. Detta beror på oenigheter om var katjonerna sitter i dess enhetscell och om det finns interstitiellt väte närvarande.

g-Al2O3

Strukturen hos aluminiumoxid av typen g-Al2O3 är avgörande för att förklara dess reaktivitet. Den kännetecknas av ett helt syreterminerat ytskikt och 53%-kontraherade dubbla Al-skikt därunder, båda helt syreterminerade. När den utsätts för fukt kan den antingen bilda aktiv aluminiumoxid (g-Al(OH)3) eller delvis hydroxylerad aluminiumoxid som g-Al2O3-c, som har olika reaktiva egenskaper på grund av strukturella variationer dem emellan.

Studier av g-Al2O3:s kristallstruktur genomfördes med hjälp av selektiv elektrondiffraktion (SAED) och pulverröntgendiffraktion (XRD). SAED-analysen indikerar att de dominerande strukturdefekterna är antifasgränser som finns på gitterplan och som leder till undergitterförskjutningar; deras exakta natur är dock fortfarande oidentifierad.

En undersökning av g-Al2O3-strukturer har visat att både konservativa och icke-konservativa antifasgränser (APB), beroende på deras typ, kan orsaka förskjutningar i positioneringen av antingen katjonplatser eller tomma oktaederplatser; dessutom påverkar deras närvaro också stabiliteten hos den kristallina strukturen hos Alumina-kristallin.

Dessa icke-konservativa APB:er har ett stort inflytande på de strukturella egenskaperna hos g-Al2O3. De kan ändra katjonpositionerna med upp till 0,2 respektive 0,45 för varje APB, och ytterligare APB:er behövs för att producera specifika skiftvektorer.

Icke-konservativa APB:er kan genereras med hjälp av olika mekanismer, inklusive enkla glid- och rotationsgränser. Dessa mekanismer ger upphov till olika mikrostrukturmodeller som leder till olika reaktivitet hos aluminiumoxid; att förstå dess struktur är avgörande för att effektivt kunna manipulera dess reaktivitet och termiska stabilitet.

d-Al2O3

Aluminiumoxid (aluminium(III)oxid) är en förening som består av två aluminiumatomer och tre syreatomer i lika förhållande och som används som slipmedel och eldfast material och är nödvändig vid framställning av aluminiummetall. Aluminiumoxid har olika fysikaliska och kemiska egenskaper som gör den lätt att tillverka till olika produkter med varierande design, samtidigt som den motstår korrosion och slitage väl. Det har blivit en av de primära beståndsdelarna vid framställning av denna elementära metall. Det kan också hittas som en del av många formuleringar som används i produktionsprocessen för att tillverka aluminiummetall. Det spelar också en integrerad roll i tillverkningen av produktionsprocessen och dess produktion är nyckeln till att producera denna elementära metall själv!

I ugnar av Higgins-typ vid 1350-1550 degC produceras aluminiumoxidstrukturen, medan vattenkylda behållare av stål eller kolplåt som innehåller kylda behållare av stål eller kolplåt snabbt kyler och kristalliserar den, innan det smälta materialet hälls ut för snabb kristallisering och snabb kylning av smältan. När kylningen har skett krossas den grovkristallina aluminiumoxiden ner för sintertillämpningar med hög densitet som bas för sintermaterial med hög densitet som är speciellt utformade för krävande miljöer eller tillämpningar.

Aluminiumoxid har enastående korrosions- och slitstyrka tack vare sina unika fysikaliska och kemiska egenskaper, vilket gör det lämpligt för applikationer i tuffa miljöer som olje- och gasutvinning, fordons- och flygplanstillverkning, kemiska processanläggningar och kemiska lagringstankar. Dessutom kan dessa material också användas för tillverkning av skärande och slipande verktyg med ökade krav på nötningsbeständighet.

Aluminiumoxid ger inte bara utmärkt korrosions- och slitstyrka, utan dess låga värmeledningsförmåga och höga smältpunkt gör den också idealisk för tillverkning av värmeisolering och andra värmebeständiga komponenter. Dessutom gör dess låga densitet produktionen enkel eftersom det är lätt att skapa olika former.

Aluminiumoxid har en atomstruktur som liknar den i ett tätt packat hexagonalt kristallsystem, där syrejoner hålls samman genom kovalenta bindningar som bildas mellan deras oktaedriska centra. Aluminiumjoner upptar två tredjedelar av dessa mellanrum medan deras egna centra tar upp en tredjedel. Som ett resultat av detta är det ett extremt eldfast material med låg elektrisk ledningsförmåga.

Aluminiummetall reagerar starkt med atmosfäriskt syre, så ett tunt lager av aluminiumoxid bildas på ytan för att förhindra ytterligare oxidation. Denna process kallas anodisering och används ofta i många aluminiumlegeringar för att öka korrosionsbeständigheten och samtidigt skapa en jämnare och hårdare yta som ökar draghållfastheten.

th-Al2O3

Aluminiumoxid (Al2O3) är en oorganisk kemisk förening med den kemiska formeln Al2O3, med utbredda tillämpningar inom en mängd olika branscher. Aluminiumoxid består av aluminium- och syreatomer som är bundna till varandra i en hexagonal tätpackad (hcp) kristallstruktur och är en av de mest populära aluminiumföreningarna som används idag; tillverkning, smältning och brandskydd är viktiga användningsområden för aluminiumoxid, liksom dess många råmaterialtillämpningar som kemikalier, glas och keramiska produktionsprocesser som utnyttjar dess egenskaper som gör aluminiumoxid till ett oumbärligt material.

th-Al2O3:s struktur har en hög specifik ytarea och en snäv porstorleksfördelning, vilket gör det till ett mycket uppskattat material för katalysatorstöd där porerna spelar en viktig roll för att stödja deras funktionalitet. Al2O3 är också ett enastående slipmedel, vilket gör det till en viktig ingrediens i skärverktyg och andra slipande applikationer. På grund av sin kristallstruktur tål th-Al2O3 höga temperaturer samtidigt som de många porerna möjliggör bildandet av aluminiumoxidkristaller. Th-Al2O3-fasen kan också vara fördelaktig för elektriska tillämpningar. Exempelvis placeras keramiska mattor tillverkade av detta material i rökgaskanaler i koleldade kraftverk för att skydda mot slitage; dessutom är det en integrerad komponent i isolatorer samt brandhämmande beläggningar.

Detta material tillverkas huvudsakligen av mineralet bauxit. Bauxitmalm innehåller gibbsite (Al(OH)3), boehmite (g-AlO(OH)3) och diaspore (a-AlO(OH)3) tillsammans med föroreningar som kvarts och silikater, bland annat. När mineralet utvunnits ur jorden mals det till en slurry som innehåller en blandning av g-AlO(OH), a-AlO(OH)3 och b-AlO(OH)3. För att utvinna detta värdefulla mineral smälts det i en smältugn.

Al2O3 är mer än bara ett effektivt slipmedel; det är också ett enastående katalysatorstöd. Det används för olika reaktioner, inklusive petrokemiska reaktioner, och dess mycket lösliga struktur gör det även lämpligt för enzymstödjande tillämpningar. Dessutom fungerar Al2O3 som ett integrerat råmaterial i produktionsprocesser för keramik, slipmedel och brandsäkra beläggningar.

c-Al2O3

Aluminiumoxid är ett oumbärligt industriellt material som har gjort betydande framsteg när det gäller att förbättra liv och samhällen över hela världen. Tack vare sina kemiska, termiska och mekaniska egenskaper används aluminiumoxid i stor utsträckning inom modern teknik - den bidrar med sin termiska stabilitet vid tillverkning av aluminiumlegeringar som ökar säkerheten och effektiviteten inom fordons- och elindustrin, medan dess hårdhet bidrar till att skapa skärverktyg eller slipmaterial som används av tillverkare av skärverktyg.

Eftersom aluminium har både en hög smältpunkt och låg expansionskoefficient har det flera önskvärda egenskaper för användning i vattenfiltrering och kemiska processapplikationer samt är korrosionsbeständigt och slitstarkt, aluminium kan också användas som ett elektriskt isolatormaterial. Dessutom gör dess oxidationstillstånd +3 att det kan donera eller acceptera elektroner, vilket gör att olika reaktioner med andra element kan äga rum.

I kombination med zirkoniumoxid bildar aluminiumoxid ett enkelt eutektiskt system som behåller sin tetragonala struktur när det kyls vid högre temperaturer - vilket ökar segheten samtidigt som skörheten minskar. Aluminiumoxid-zirkoniumdioxidkeramik är ett populärt val vid tillverkning av halvledarkomponenter; dessutom spelar aluminiumoxid en viktig roll vid tillverkningen av kiselkarbid (SiC), ett extremt hårt och slitstarkt material som lämpar sig för miljöer med höga temperaturer.

Aluminiumoxid är kemiskt inert och luktfritt och är en oorganisk förening med formeln Al2O3. Detta oorganiska material kallas även alun, alundum eller bauxit, men kan också vara känt under andra namn, t.ex. alun, alundum eller bauxit. Det finns naturligt i form av korundkristaller och bildar rubiner och safirer vars röda färg kommer från kromföroreningar medan den blågröna färgen kommer från järn- respektive titanföroreningar. Aluminiumoxid används också som slipmedel för sandpapper, som ingrediens i glasemaljer och eldfasta material samt som ett viktigt adsorbent mot gaser eller vattenångor.

Exponering för aluminiumoxid kan orsaka lungsjukdom. När radioaktivt märkt 26Al inandas binds det till makrofager i lungorna och ackumuleras, vilket kan leda till atrofiska bronkioler eller små lungarterioler; dessutom har det också visat sig leda till lymfoid hyperplasi hos råttor samt fokala områden med lipoid lunginflammation hos hamstrar.