Distanser av aluminiumoxid används inom en rad olika branscher

Distanser av aluminiumoxid tillverkas av högkvalitativ keramik. Dessa starka men spröda distanser tål temperaturer på upp till 1400F utan att spricka, och deras korrosionsbeständighet och värmeledningsförmåga är utmärkta egenskaper – dessa egenskaper gör att distanser av aluminiumoxid är användbara inom en rad industriella tillämpningar där exakta längdmätningar måste uppfyllas. De kan till och med borras, slipas eller fräsas ned med hög precision.

Hög hållfasthet

Keramiska distanser används ofta inom olika branscher tack vare sina utmärkta mekaniska egenskaper och värmebeständighet. De erbjuder en balanserad kombination av hållfasthet och flexibilitet, vilket gör dem lämpliga för tillämpningar där komponenter måste komprimeras eller expandera samtidigt. Dessutom är dessa hållbara distanser konstruerade för långsiktig hållbarhet vid extrema temperaturer, i kemiska miljöer eller under tuffa förhållanden – och inte att förglömma: de är extremt kostnadseffektiva!

Aluminiumoxid är ett extremt starkt material med ett extremt högt hållfasthets-vikt-förhållande, som ofta används i tillämpningar som kräver hög slitstyrka, såsom beläggningar, keramiska tätningar och lager. Aluminiumoxid tål mycket höga temperaturer och kan samtidigt enkelt bearbetas till exakta mått för användning i lager eller beläggningar; dessutom är det korrosions- och oxidationsbeständigt.

Aluminiumets hållfasthet gör det också till ett utmärkt material för tillverkning av distanser, en viktig komponent inom elektronikindustrin. Dessa små runda föremål används för att förhindra att två komponenter kommer i kontakt med varandra under monteringen – något som är särskilt viktigt i högteknologiska tillämpningar där elektrisk ström leds genom dem; varje form av kontakt kan leda till skador och försämrad prestanda.

Aluminiumoxidavståndshållarnas isolerande egenskaper gör dem ovärderliga vid konstruktion av energiomvandlingsanordningar, såsom termiska omvandlare. Deras avstånd på under 10 mm mellan plana elektrodytor vid höga temperaturer gör dessa material idealiska, men det är fortfarande en utmaning att hitta material som kan fylla dessa mellanrum utan att orsaka oönskad värmeöverföring.

Nyligen har forskare vid University of Pennsylvania utvecklat distanser av aluminiumoxid som både ger effektiv avståndsskiljning och värmeisolering. Deras ALD-distanser av aluminiumoxid hade en effektiv värmeledningsförmåga på 5 milliwatt per kvadratmeter per kelvin, vilket är betydligt lägre än för isoleringsprodukter av aerogel. Dessutom kunde de motstå stora kompressionsspänningar utanför planet utan att spricka under belastning.

Distanser i aluminiumoxid är en vanlig modifiering för många ägare av Lamborghini Huracán, eftersom de bidrar till att bredda bilens spårvidd och ger den ett mer kraftfullt utseende. De är tillverkade av höghållfast aluminium med snäva toleranser för att garantera överlägsen styrka och hållbarhet – de tål även de tuffaste körförhållandena och klarar slitage utan att deras integritet försämras.

Motståndskraft mot höga temperaturer

Keramik, som vanligtvis består av aluminiumoxid (Al₂O₃), har utmärkta egenskaper vad gäller elektrisk ledningsförmåga, slitstyrka, korrosionsbeständighet och högtemperaturbeständighet. Eftersom keramik kan användas säkert i temperaturer upp till 1500 °C och samtidigt tåla betydande mekanisk belastning utan att gå sönder, används den i allt större utsträckning som högtemperaturisolatorer och elektriska komponenter inom olika tillämpningsområden.

När det gäller termojoniska energiomvandlare kan enhetens verkningsgrad förbättras genom att man upprätthåller små avstånd mellan elektroderna. Ett praktiskt sätt att uppnå detta är genom värmeisolerande distanser; sådana material medför dock ofta betydande tryckbelastningar och kräver stor tjocklek för att ge strukturellt stöd. Författarna har utvecklat ett alternativt distansstycke bestående av aluminiumoxid som är tunt men ändå starkt och samtidigt värmeisolerande; det är utformat för att upprätthålla ett stabilt mellanrum på 3–8 mm mellan plana substrat samtidigt som det klarar tryckbelastningar på upp till 0,4–4 MPa och har en effektiv värmeledningsförmåga som är lägre än hos aerogeler.

Distanselement av aluminiumoxid tillverkades på kiselformar genom att ytan etsades isotropiskt med XeF₂-ånga och ett skikt av 1–2 mikrometer aluminiumoxid avsattes, innan mekaniska tester utfördes på en materialprovningsmaskin för att karakterisera dem och visa att de kunde motstå tryckkrafter på upp till 1 MPa utan väsentliga skador, samtidigt som de uppvisade utmärkt tryckhållfasthet utanför planet – vilket innebär att de kan motstå termiska expansionsspänningar på upp till 1% utan att gå sönder.

Dessa resultat visar att en keramisk komposit av aluminiumoxid och zirkoniumoxid (ZTA) uppvisar enastående egenskaper vad gäller hållfasthet, styvhet, duktilitet och värmeisolering. Eftersom detta material tål stora tryckbelastningar samtidigt som det erbjuder överlägsen tryckhållfasthet utanför planet och låg värmeledningsförmåga, är det en utmärkt lösning för många tillämpningar som kräver denna kombination av egenskaper. Dessa enheter kan inkludera termoelektriska energiomvandlare, slitstarka komponenter och högpresterande elektriska enheter såsom sensorer och ställdon. Keramik av aluminiumoxid och zirkoniumoxid är väl lämpad för dessa tillämpningar tack vare kombinationen av aluminiumoxidens överlägsna mekaniska och elektriska egenskaper och zirkoniumoxidens kemiska beständighet, bearbetbarhet, slitstyrka och låga erosionsnivåer.

Hög korrosionsbeständighet

Distanser av aluminium är lätta och korrosionsbeständiga, vilket gör dem perfekta för många användningsområden. Framför allt bidrar deras utmärkta isoleringsegenskaper till att förhindra värmeförlust mellan olika ytor – något som är särskilt viktigt i elfordon, där positiva och negativa elektroder annars skulle kunna komma i kontakt med varandra och orsaka kortslutning som skadar batterierna eller försämrar fordonets prestanda. Distansbrickorna förhindrar denna kortslutning genom att hålla de positiva och negativa elektroderna åtskilda – och skyddar därmed både batterierna och fordonens prestanda.

Den globala marknaden för distanser av aluminium kan delas in i segment efter typ, slutanvändning och region. Marknadssegmenten för böjbara och icke-böjbara distanser av aluminium förväntas uppvisa den snabbaste sammansatta årliga tillväxten tack vare sina lägre kostnader och mångsidighet; å andra sidan kommer icke-böjbara distanser att uppvisa högre kostnadsökningar på grund av förbättrade isoleringsegenskaper som hämmar tillväxten jämfört med de böjbara. Slutligen delas aluminiumdistanser upp ytterligare efter slutanvändning i transport, byggnadsindustri, maskiner och utrustning eller övrigt, vilket ger ytterligare möjligheter vad gäller slutanvändning: transport kontra maskiner och utrustning

Distanser av aluminium har många användningsområden inom olika branscher. Mekaniska anordningar som arbetar vid höga temperaturer drar nytta av distanser av aluminium för att minska friktion och vibrationer mellan intilliggande ytor, samtidigt som de även används som elektriska isolatorer i elfordon för att förhindra att positiva och negativa batteripolar kommer i kontakt med varandra och orsakar kortslutningar.

Distanser av metall kan också bidra till att förhindra galvanisk korrosion mellan olika metaller. Som ett test visade, visade sig en distans av aluminium som placerats mellan komponenter av stål och magnesium för att minska galvanisk korrosion ha lägre korrosionspotential än sin motsvarighet i stål, vilket därmed minimerade toppströmmen vid galvaniska övergångar.

Distanser av aluminium är naturligt korrosionsbeständiga och tål även extrema miljöförhållanden, samtidigt som de är kemiskt stabila – vilket gör dem till ett utmärkt val för industriprodukter som kräver slitstyrka och hög termisk stabilitet. Dessutom är dessa distanser olösliga i vatten, medan de endast är svagt lösliga i sura och alkaliska lösningar.

Hög värmeledningsförmåga

Många energikonverteringsenheter bygger på isolerande mikrostrukturer för att separera elektroderna i syfte att minska det parasitiska värmeflödet och maximera verkningsgraden, för att på så sätt minimera det parasitiska värmeflödet och optimera verkningsgraden. Tidigare metoder byggde på glesa eller små mikrostrukturer som inte kunde motstå betydande tryckbelastningar på grund av böjning eller ytjämnheter i enhetens icke-stödda mittdel30; nyare forskning har dock visat att distanser av aluminiumoxid effektivt kan isolera och stödja stora mellanrum i mikrometerskala som förekommer i termojoniska och termofotovoltaiska enheter³¹.

De uppnår en värmeledningsförmåga i vakuum på endast 5 mikrowatt per meter K⁻¹, vilket är betydligt lägre än hos aerogeler, samtidigt som de är tillräckligt robusta för att tåla kompressionsspänningar och monteras direkt i en elektrod, vilket ger både den isolering och det stöd som krävs för högpresterande energikonverteringsenheter. Dessa resultat visar hur distanser av aluminiumoxid kan tillverkas direkt till elektroder för högpresterande energikonverteringsenheter.

Alumina är en naturlig aluminiumoxid med den kemiska formeln Al³⁺ och O²⁻. Den kännetecknas av höga smältpunkter, hög hårdhet och god beständighet mot angrepp från starka oorganiska syror, såsom ortofosforsyra eller fluorvätesyra.

Dessa egenskaper gör aluminiumoxid till ett idealiskt material för användning i högpresterande tillämpningar, bland annat inom elproduktion och kärnkraftsproduktion. Dessutom skyddar dess hållbarhet materialet mot skador orsakade av stötar, korrosion eller kemisk påverkan.

Tack vare denna egenskap används titanlegeringar ofta i styrstavar i kärnkraftverk och andra tekniska komponenter som kräver extrem hållbarhet, däribland ledproteser som kan utsättas för omfattande slitage. Det är också ett utmärkt materialval för komponenter i knäproteser som utsätts för frekvent slitage.

Aluminiumoxidkeramikens vätbarhet och hårdhet gör den till det perfekta materialet för medicinska implantat, såsom höftproteser, knäleder och ryggradsdiskar. Dess tålighet mot tuffa miljöer, inklusive höga temperaturer och kemisk påverkan, bidrar till att den fortsätter att fungera även under svåra förhållanden.

”Warm edge”-avståndshållare minskar värmeledningsförmågan vid kanterna på isolerglasfönster för att förbättra isoleringseffekten och spara energi, vilket bidrar till att bevara resurserna. Vistazas Swisspacer ULTIMATE har en exceptionellt låg värmeledningsförmåga på endast 1 mWm⁻¹K⁻¹, vilket avsevärt sänker U-värdena och energiförbrukningen i fönster och fasader; dessutom förhindrar den kondens och mögelbildning vid fönsterkanterna, vilket bidrar till en hälsosammare boendemiljö.