Alümina Formülü

Alümina olarak da adlandırılan alüminyum oksit (Al2O3), mükemmel kimyasal dirence ve orta düzeyde gerilme ve eğilme mukavemetine sahip bir elektrik yalıtkanıdır; ancak eğilme tokluğu düşüktür.

Alümina, bolluğu, düşük maliyeti ve diğer oksitlere göre üstün mekanik özellikleri nedeniyle oksit seramikler söz konusu olduğunda başvurulan malzemedir.

Kimyasal Formül

Alüminyum oksit (daha yaygın olarak alümina veya alundum olarak adlandırılır), Al2O3 formülüne sahip, yüksek erime noktasına ve güçlü sertliğe, beyaz renge, suda çözünmezliğe ve amfoterik özelliklere - hem asidik hem de alkalin reaksiyona girme - sahip inorganik bir kimyasal bileşiktir ve onu en popüler endüstriyel seramiklerden biri yapar. Alümina doğal olarak korindon, yakut ve safir olarak ortaya çıkmasının yanı sıra boksitte ana alüminyum cevheri olarak bulunurken, üretim yöntemleri arasında bir alüminat çözeltisinin kimyasal olarak dehidrasyonu veya bir alüminat çözeltisinin kimyasal dehidrasyonu yer almaktadır.

Alümina, ısı ve elektrik yalıtımı özelliklerinin yanı sıra üretim süreçleri sırasında kullanılan kimyasalların neden olduğu korozyona karşı direnci nedeniyle fırınlar, ocaklar ve yakma fırınları gibi yüksek sıcaklıktaki cihazların kaplanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Alümina, mükemmel ısı ve elektrik yalıtımı özelliklerinin yanı sıra korozyona karşı koruma sağlar; bu da onu ideal malzeme seçimi haline getirir.

Alümina en sert mühendislik malzemelerinden biridir, sertlikte elmasa rakiptir ve aşınma direnci açısından silikon karbürden sonra ikinci sıradadır. Ayrıca, alümina mükemmel bir yalıtkan görevi görür ve ısı transferinin verimli ve öngörülebilir bir şekilde gerçekleşmesini sağlayan düşük bir genleşme katsayısına sahiptir.

Alüminanın en kararlı polimorfu olan korundum, en kararlı formlarından biridir. Oksijen iyonlarının c eksenine paralel katmanları işgal ettiği, alüminyumun ise oktahedral aralıkların üçte ikisini doldurduğu trigonal Bravais kafes yapısına sahiptir. Korundumun oksijen iyonları: alüminyum iyonları oranı 1:2:1'dir.

Kristalin alümina, düşük özgül ağırlığa ve sertliğe sahip ekonomik bir malzemedir ve tipik olarak 0,3 ila 0,8 mm arasında partikül boyutlarına sahip toz halinde bulunur. Kristalin alümina tozunun iki formu vardır; A tipi altıgen kristaller içerir ve 4.0 yoğunluğa sahiptir, B tipi ise 3.0 yoğunlukta kübik kristallere sahiptir; her ikisi de A tipi daha hızlı kesme ile iyi aşınma direnci sergiler.

94% saflıkta alümina üretilebilir, ancak çoğu ticari uygulama tipik olarak 85%-100% arasında saflıklar gerektirir. Daha düşük saflıktaki kaliteler genellikle refrakter uygulamalarda kullanılırken, daha yüksek saflıktaki kaliteler zirkonya sertleştirilmiş alümina (ZTA) seramiklerinde veya sert ve yoğun ZTA kaliteleri gibi monolitik seramiklerde bulunabilir.

Fiziksel Özellikler

Genellikle alümina olarak adlandırılan alüminyum oksit (Al2O3), metaller ve alaşımlar gibi yük altında akmayan iyonik-kovalent bir katıdır. Alüminanın düşük elektrik iletkenliği ve termal kararlılığı onu mükemmel bir yalıtkan, kimyasal saldırılara karşı mükemmel direnç ve aşırı sertlik (Mohs ölçeğinde 9) haline getirir. Yüksek erime noktası nedeniyle dökümü mümkün değildir, ancak gücü, dayanıklılığı ve korozyon direnci onu fırınlar ve ocaklar gibi zorlu işleme ortamlarında kullanım için uygun hale getirir.

Alüminadan oluşan seramik astarlar, metal nozulları ve mızrakları korumak için yüksek fırın astarları, çelik fırınları ve döner fırınlar için refrakter astarlar ve ayrıca dökülebilir refrakter tuğla döküm kum döküm işlemleri olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Alümina, bükülme veya çatlama olmaksızın çok yüksek sıcaklıklara dayanmasını sağlayan düşük bir genleşme katsayısına sahiptir; ayrıca, bakır tel uygulamaları aşındırıcı ortamlar gibi zorlu elektrik uygulamalarında bir elektrik teli yalıtım uygulaması yalıtkanı olarak başarısının kanıtladığı gibi asit saldırısına karşı dirençlidir.

Alüminanın yüksek erime noktası onu cam üretimi için ideal bir refrakter malzeme haline getirmektedir; birçok pencere ve kap camında sadece eser miktarda Al2O3 bulunmaktadır. Bu camlar sır olarak kullanılsaydı, bileşimlerinde yeterli refrakter element bulunmaması nedeniyle akar ve çatlarlardı.

Bununla birlikte, bir cam reçetesine az miktarda alümina eklenmesi, gerilme mukavemetini, yüzey gerilimini, parlaklığı, çalışma aralığı uzunluğunu, devitrifikasyon direncini ve tokluğu artırırken daha düşük bir sıcaklıkta erimesini sağlar. Ayrıca, sadece bir tutam eklemek eğilme ve gerilme mukavemetlerini artırır ve kırılgan kırılma davranışını önemli ölçüde azaltır.

Alüminanın refrakter özellikleri, onu diş implantları ve diğer biyomedikal uygulamalar için kullanılan tıbbi alümina olarak kullanım için mükemmel bir aday haline getirmektedir. Medikal alümina, geniş saflık aralıklarında hassas ağa yakın şekiller üreten çeşitli konsolidasyon ve sinterleme teknikleri kullanılarak üretilir. Orta düzeydeki gerilme/eğilme mukavemeti, implant uygulamaları için polikristalin alümina implantların gerektirdiğinin altında kalsa da, üstün mekanik performansı bu malzemeyi tıbbi uygulamalar için dikkate değer kılmaktadır.

Termal Özellikler

Alümina, güçlü atomlar arası bağı sayesinde diğer metallerden veya alaşımlardan ayrılır ve yüksek mukavemet ve sertlik, hem düşük hem de yüksek sıcaklıklarda mükemmel dielektrik özellikler, hem oda hem de yüksek sıcaklıklarda kimyasal saldırılara ve korozyona karşı mükemmel direnç, yüksek sıcaklıklarda üstün termal özellikler ve verimli bir ısı emici çözüm sağlama dahil olmak üzere başka yerlerde görülmeyen benzersiz özellikler verir.

Alümina granül, toz ve bulamaçlar dahil olmak üzere çeşitli formlarda gelir ve çeşitli şekillerde oluşturulabilir. Orta derecede gerilme mukavemeti ve eğilme bükülme mukavemetine sahip olan Alümina, termal iletkenliği ve erime noktasının nispeten düşük olması nedeniyle birçok polikristal seramik malzemeden farklıdır - bu da büyük parçaların dökümünün imkansız olduğu anlamına gelir.

Alfa faz alümina (Al2O3), alüminanın yapısal uygulamaları için en sık kullanılan malzemedir. Bu polikristalin form, tüm oktahedral aralıkların üçte ikisini dolduran altıgen olarak yakın paketlenmiş oksijen iyonlarına sahiptir. Alümina ayrıca kübik g ve e fazlarında, monoklinik k fazında ve ortorombik d fazında metastabilite gösterir ve bunların hepsi yüksek sıcaklıklarda kararlı hekzagonal alfa fazına geri döner.

Saf alüminanın birçok endüstriyel kullanımı vardır ve tipik olarak NaAlO formüllü sodyum alüminat formunda tedarik edilir. Bu malzeme, sodyum alüminat üretmek için boksitin yüksek sıcaklıklarda kavrulmasıyla üretilir ve daha sonra ileri işlemler için bir bulamaç üretmek üzere suyla karıştırılmadan önce ince toz haline getirilir.

Modern alümina ürünleri tipik olarak 85%-100% saflık seviyeleri arasındadır, bu da onu bujiler ve mikroçip substratlarının yanı sıra kalın film kaplama gibi yüksek performanslı seramik uygulamaları için uygun hale getirir.

Saf alümina, porselen elektrik yalıtımından oda sıcaklıklarında en az iki, yüksek sıcaklıklarda ise dört kat daha iyi performans gösterir ve bozulmaya neden olan alkali saldırılarına karşı önemli ölçüde daha az savunmasızdır.

Mekanik Özellikler

Alüminanın mekanik özellikleri arasında mukavemeti veya gerilme-stres toleransı yer alır. Bu özellik, alümina seramikleri şoklara karşı oldukça dirençli hale getirir, yoğun basınç altında bile şekillerini ve boyutlarını korur. Ayrıca alümina, ağır yükleri hasar görmeden desteklemek için yüksek basınç dayanımına sahipken, çekme ve eğilme dayanımları yapısal bileşenlerin ve parçaların sağlam ve işlevsel kalmasını sağlar.

Alümina, dayanıklılığı ve kimyasal saldırılara karşı direnci gibi mükemmel mekanik özelliklere sahiptir, bu da onu enerji santralleri ve fabrikalar dahil olmak üzere endüstriyel ve ticari uygulamalar için uygun hale getirir. Günümüzde mevcut en dayanıklı mühendislik seramiklerinden biri olan alümina, aşırı sıcaklıklara ve aşınma ve yıpranmaya dayanabilir, bu da onu elektrik izolatörleri, gaz lazer tüpleri, conta halkaları ve laboratuvar ekipmanları gibi ürünlerin üretimi için mükemmel bir malzeme seçimi haline getirir.

Alüminanın saldırılara karşı direnci, onu aynı zamanda koruyucu zırh üretiminde aranan bir malzeme haline getirerek askeri araç ve personel üreticileri arasında tercih edilen seçeneklerden biri yapmaktadır. Alüminanın sertliği ve biyoinertliği burada özellikle yararlıdır; bu da onu kalça protezi yatakları, biyonik implantlar, doku takviyesi, doku iskelesi uygulamaları ve kalça protezi yatakları gibi tıbbi kullanım uygulamaları oluşturmak için uygun hale getirir. Ayrıca, dayanıklılığı da alüminayı balistik zırh üretiminde mükemmel bir seçim haline getirmektedir.

Alümina seramikler düşük akut ve kronik toksisiteye sahiptir ve kısa maruz kalma sürelerinde sadece küçük cilt tahrişine yol açarak tıbbi ekipman ve sağlık uygulamalarında kullanım için ideal bir malzeme haline gelir. Çeşitli kimyasallarla reaktif olmamaları, alümina seramikleri tungsten karbür gibi cerrahi alet ikameleri olarak giderek daha yaygın hale getirmektedir; ancak tıbbi alüminada optimum tokluk gereksinimleri için öncelikle sinterleme işlemi sırasında sıkı bir düzenlemeden geçmesi gerekir.