Питома теплоємність глинозему

Глиноземна інженерна кераміка є однією з найбільш широко використовуваних завдяки своїм чудовим експлуатаційним характеристикам за привабливою ціною. Глинозем має видатну питому теплоємність і буває різних марок.

У цій статті досліджено вплив наночастинок глинозему (НЧ) на одиничні коефіцієнти гідрофобності (ОГФ) розплавлених нанофлюїдів на основі солей. Експериментальні дані показали, що ОГК зменшуються зі зменшенням як розміру, так і концентрації НЧ; крім того, запропоновано теоретичні передбачення, що підтверджують ці експериментальні результати.

Термодинамічні властивості

Глинозем - одна з найпоширеніших інженерних керамік, відома своїми чудовими термічними, корозійними та зносостійкими властивостями. Дрібнозернистий технічний глинозем має підвищену механічну міцність і міцність на стиск, ніж будь-яка інша оксидна кераміка; крім того, він має низьку діелектричну проникність і хімічну інертність, що робить його придатним для використання в суворих умовах експлуатації.

Проте його термодинамічні властивості залишаються недостатньо вивченими; наприклад, висока питома теплоємність ускладнює його швидке охолодження. Тому розуміння його термодинамічних властивостей є життєво важливим при використанні глинозему в різних сферах застосування; один із способів зробити це - виміряти стандартну ентропію стану і вільну енергію Гіббса, як показано нижче.

Термодинамічні дані про глинозем можна використовувати для розрахунку його ентальпії випаровування та ентропії кристалізації, що надає безцінну інформацію при розробці процесів, які потребують цього матеріалу, або для порівняння його характеристик між різними продуктами. Ентальпія випаровування для зразків глинозему залежить від температури, тиску і густини - її можна визначити з температурної залежності тиску і ентальпії його пари, отриманої шляхом розв'язання рівняння Пуассона в циліндричних об'ємах для зразків з подібною геометрією, як це показано тут.

Ця формула може бути використана для розрахунку ентальпії випаровування твердих зразків на основі даних про температуру і тиск, хоча важливо пам'ятати, що зразки з великою площею поверхні можуть мати вищу ентальпію випаровування, ніж їхні об'ємні еквіваленти.

Розрахунок ентальпії випаровування вимагає врахування температури, оскільки її значення залежить від температурних коливань, а з підвищенням температури зразка її значення зростає. Тому дуже важливо, щоб вимірювання як питомої теплоємності, так і ентальпії проводились при однакових температурах.

Термодинамічні дані про глинозем можна отримати за допомогою адіабатичного калориметра або шляхом крапання краплі в льодовий калориметр Бунзена і вимірювання ентропії його стандартного стану обома методами. Як показано на рисунку 4, ентропія стандартного стану зростає з підвищенням температури, досягаючи найвищого значення при 14 К.

Теплопровідність

Теплопровідність вимірює, наскільки легко тепло проходить крізь матеріал. Ця властивість визначається взаємодією між молекулами в матеріалі і тим, як вони рухаються всередині нього, його структурою і розташуванням, що впливає на теплопровідність, а також методами вимірювання, які використовуються. Глинозем має одну з найвищих теплопровідностей серед інженерної кераміки, що робить його чудовим кандидатом для використання в абразивах і вогнетривах.

Теплопровідність глинозему визначається його молекулярною будовою та довжиною шляху, через який має пройти тепло, що, в свою чергу, залежить від температури. Нижчі температури, як правило, призводять до більшої теплопровідності, в той час як його структура може бути змінена за допомогою маніпуляцій; наприклад, домішки в глиноземі можуть впливати на його теплопровідність, оскільки вони спричиняють нижчі значення, ніж чисті форми.

Розмір також відіграє певну роль у теплових властивостях глинозему: менші гранули, як правило, мають меншу теплопровідність, ніж їхні більші аналоги, оскільки мають більшу площу поверхні, яка взаємодіє одна з одною та обмінюється енергією з навколишнім середовищем. Однак більші гранули, як правило, залишаються ізольованими і не можуть легко обмінюватися енергією одна з одною.

На теплопровідність можуть впливати як атомні, так і молекулярні взаємодії, а також щільність матеріалу. Металевий сплав має нижчу теплопровідність через коливання атомів у його твердому тілі, які зменшують середню довжину вільного пробігу вільних електронів у ньому, внаслідок чого вони втрачають теплову енергію більш ефективно, ніж у чистому металі.

Питома теплоємність глинозему - або скільки енергії потрібно для підвищення його температури на певну величину - впливає на його теплопровідність, оскільки вища питома теплоємність означає, що для підвищення температури потрібно більше енергії.

Питома теплоємність глинозему може значно змінюватися залежно від температури прожарювання і вмісту води в матеріалі, причому корунд (a-Al2O3) має найвищу питому теплоємність серед усіх форм. Фази g-Al2O3, як правило, мають нижчу питому теплоємність порівняно зі своїми аналогами, що відображається в їхній нижчій теплопровідності.

Стійкість до корозії

Електрокорунд - це зносостійкий технічний керамічний матеріал з відмінною корозійною стійкістю, термічною стабільністю та термостійкістю. Крім того, електрокорунд буває різних форм, розмірів і марок для задоволення конкретних потреб застосування.

Мідь або інші метали можуть допомогти поліпшити корозійну стійкість глинозему, додаючи їх до його матриці, допомагаючи зменшити кристалічну структуру і сприяючи утворенню більшої кількості захисних шарів. Ніобій, титан і ванадій також можуть бути додані для додаткового підвищення корозійної стійкості.

Іншим способом підвищення корозійної стійкості глинозему є його включення до складу інших сплавів. У поєднанні з іншими елементами, такими як нікель або титан, алюмоутворюючі аустенітні нержавіючі сталі (AFA SS) мають більш високі експлуатаційні характеристики, ніж у чистому вигляді [1]. Наприклад, вони можуть витримувати температури понад 750 градусів Цельсія без впливу на термін служби при розриві при повзучості [1].

Ніобій може значно підвищити корозійну стійкість глинозему в агресивних середовищах. При додаванні до глиноземної матриці він утворює карбід ніобію (NbC), який є стійким до високих температур. Крім того, додавання ніобію допомагає стабілізувати мікроструктуру глинозему та запобігти будь-яким пошкодженням під час процесів спікання.

Цей метод можна використовувати для виробництва сплавів на основі глинозему з бажаними властивостями для різних застосувань, включаючи автомобільну промисловість, хімічну промисловість, електротехніку та електроніку.

Глинозем виявився дуже стійким до корозії, спричиненої агресивними водними розчинами, витримуючи вплив сірчаної та фосфорної кислот, а також сульфатних і хлористих солей, і водночас несприйнятливим до органічних кислот, таких як лимонна кислота. Завдяки цим характеристикам глинозем є ідеальним матеріалом для виробництва газоподібного водневого палива; крім того, він широко використовується в процесах отримання надкритичної води як чудовий матеріал.

Температура плавлення

Температура плавлення, або температура переходу, речовин є невід'ємним фактором виробничих застосувань, оскільки вона визначає, чи починають тверді речовини переходити з твердої форми в рідку. Алюміній має шосту найвищу температуру плавлення серед металів - від 1220 F до 660 C; така висока температура плавлення дозволяє алюмінію витримувати суворі умови, не деформуючись і не стаючи крихким.

Глинозем має надзвичайно високу температуру плавлення завдяки енергії, необхідній для розриву ковалентних зв'язків між атомами алюмінію та кисню, що призводить до його надзвичайно високої температури плавлення. Крім того, це означає, що він зберігає свою структурну цілісність при дуже високих температурах, що робить його чудовим вогнетривким матеріалом, який використовується для футерування печей і горнів.

При плавленні глинозему утворюється білий розплавлений метал з надзвичайно гладкою текстурою, який ідеально підходить для формування різних форм і відливання у великі листи або блоки для різних застосувань. Однак процес його плавлення вимагає глибоких знань, оскільки хімічні домішки в розплаві можуть змінювати його властивості, зокрема температуру плавлення. Тому дуже важливо ретельно контролювати виробничі процеси, одночасно відстежуючи якість розплаву для виявлення домішок перед розливанням.

Хімічні домішки можуть впливати на температуру плавлення глинозему, але температура плавлення також може змінюватися залежно від його складу. Фактори, що впливають на температуру плавлення, включають відсотковий вміст глинозему, частку фази g і вміст пористості; додавання цих додаткових компонентів може значно підвищити температуру плавлення порівняно з використанням лише чистого глинозему як матеріалу для виробництва.

Окрім варіацій термодинамічних та енергетичних властивостей, теплоємність глинозему також залежить від способу його виготовлення. Експерименти показали, що функції теплоємності зразків, створених з використанням різних алкоксидів алюмінію, прожарених при різних кінцевих температурах, можуть суттєво відрізнятися, що підкреслює складність їх вимірювання, а також важливість дотримання суворих калориметричних практик під час їх створення.