Введение
Мы считаем, что уже не является скрытым фактом, что оксид алюминия приобрел такую большую популярность в отрасли передовой керамики. Он широко известен своей исключительной твердостью и абразивностью, что часто делает его более дешевой альтернативой промышленному алмазу. Интересно, не так ли?
В сегодняшней статье представлен полный анализ оксида алюминия, его выдающихся качеств и многочисленных областей применения.
Характеристики оксида алюминия
Оксид алюминия — это кристаллическое соединение без запаха, образованное химическим соединением алюминия и кислорода. Это белое твердое соединение с химической формулой Al2O3, обычно называемое глиноземом, корундом или оксидом алюминия. Он встречается в основном в порошкообразной форме и в природной форме: оксид алюминия (III) (Al2O3). Он имеет ряд применений в производственной, коммерческой и химической промышленности благодаря своим выдающимся качествам.
Оксид алюминия известен своей превосходной абразивностью и исключительной твердостью, и только карбид кремния и алмазное усиление лучшего качества, чем он. Фактически, шкала твердости стали Мооса установила твердость оксида алюминия на впечатляющем уровне 9. Кроме того, благодаря наличию кристаллов оксида алюминия, это очень подходящий материал для производства высокопрочных алюминиевых металлов, оксида керамические материалы, сильные абразивы, такие как наждачная бумага, и даже в качестве замены ценных камней, таких как рубин, сапфир и т. д. Эта твердость также делает их полезными для операций грубой притирки.
Оксид алюминия по своей природе в основном амфотерный и обладает высокой температурой плавления 2072°C, что делает его хорошим огнеупорным материалом. Он имеет температуру кипения 2977°C и плотность 3,99 г/см³. Он нерастворим в любом растворителе, включая воду, обладает высоким показателем преломления и теплопроводностью около 30 Вт·м−1·К−1. Он также имеет магнитную восприимчивость −37,0×10−6 см³/моль.
Оксид алюминия имеет октаэдрическую тригональную структуру и молекулярную массу 101,960 г·моль−1. Природные формы Al2O3, такие как корунд и боксит, могут использоваться в самых разных инженерных фирмах в качестве адсорбирующих материалов или даже осушающих агентов.
Несмотря на твердость оксида алюминия и данное ему название металлического оксида, он все еще остается керамическим материалом, что делает его полезным в передовой керамической промышленности. Это связано с тем, что это твердое кристаллическое соединение, образованное с помощью кислорода, известно своей высокой устойчивостью к коррозии или ржавлению. Самое главное, что он создает тонкий слой, который прочно прилипает, делая его нерастворимым в любом растворителе, в который он был помещен.
Применение оксида алюминия (Al2O3)
Области применения оксида алюминия весьма многочисленны, как мы уже упоминали ранее, вот некоторые из них:
-
Используется как катализатор в химических реакциях.
-
Используется для устранения газовых потоков из воды при ее очистке.
-
Используется в производстве стекла.
-
Используется как превосходный абразив в наждачной бумаге.
-
В натриевых лампах используется оксид алюминия.
-
В качестве подложек для интегральных схем в качестве электроизолятора используется оксид алюминия.
-
Он используется в качестве одного из ингредиентов при производстве косметических средств, таких как солнцезащитные кремы, лаки для ногтей, губная помада и т. д.
-
Его используют для покрытия кухонных принадлежностей из-за его устойчивости к царапинам и абразивности.
Производство оксида алюминия
Алюминий, его основной компонент, присутствует в почве в виде обильных латеритов, особенно в красноземе, поскольку это второй по значимости элемент на Земле. обильный металл. Хорошим примером этой формы латерита, используемой в производстве оксида алюминия, является боксит, который состоит из примесей оксида железа, кварца, силикатов, глинозема 55%, бёмита (γ−AlO(OH), диаспора (α−AlO(OH) и гиббсита (Al(OH)3).
В первую очередь он производится с помощью простой химической процедуры, известной как процесс Байера. Эта процедура затем завершается прокаливанием, чтобы в конечном итоге получить порошок оксида алюминия. Теперь давайте объясним, как разворачивается этот процесс Байера.
Сначала руда, содержащая боксит, при температуре, достигающей 175°C, расщепляется на горячий раствор гидроксида натрия. Это приводит к образованию алюмината натрия. Затем следует фаза фильтрации глинозема. Отфильтрованный глинозем обычно имеет высокое качество.
Затем для охлаждения этого горячего раствора используется осадительный резервуар. Кристаллы гидроксида алюминия постепенно образуются по мере охлаждения раствора. После этого вновь образованные кристаллы при высоких температурах около 1260°C отправляются на прокалку в печь. Конечным продуктом здесь является порошок оксида алюминия.
Свойства оксида алюминия
Существует ряд качеств, которые делают оксид алюминия крайне важным материалом для многих секторов мировой экономики сегодня, в том числе:
-
Имеет высокую температуру плавления — 2072°C.
-
Он имеет высокую теплопроводность 30 Вт·м−1·К−1.
-
Молекулярная масса составляет 101,960 г·моль−1.
-
Он вступает в сильную реакцию нейтрализации с серной кислотой. Благодаря своей амфотерной природе как оксид металла он эффективно действует как основание и кислота.
-
Реакция с соляной кислотой - Al2O3 реагирует с кислотами, такими как разбавленная соляная кислота, таким же образом, как оксид натрия и магния будет. Это связано с ионами оксида в них. Например, в случае разбавленной соляной кислоты (6HCl), оксид алюминия (Al2O3) будет реагировать с шестью молями этого соединения, давая раствор хлорида алюминия (2AlCl3).
-
Плотность составляет 3,99 г/см³.
-
Имеет высокую температуру кипения — 2977°C.
Шкала твердости Мооса
Шкала твердости Мооса — это произвольная нелинейная шкала, которую можно использовать для измерения десяти легкодоступных минералов, таких как оксид алюминия, алмаз, карбид кремния и т. д., на основе их соответствующей твердости, устойчивости к царапинам от более твердых материалов и их абразивности в диапазоне от 1 до 10. Она называется нелинейной, поскольку между относительными значениями твердости нет равенства.
Твердость глинозема по шкале Мооса можно определить, наблюдая, царапается ли он другим минералом известной твердости. Твердость оксида алюминия позволяет ему получить впечатляющий рейтинг 9 по шкале твердости минералов Мооса. Только драгоценные камни, такие как алмаз, передовые керамические материалы, такие как карбид кремния и карбид бора, указаны выше, чем оксид алюминия.
Алмаз находится наверху с рейтингом 10, поскольку он способен спокойно выдерживать царапины от других минералов. Шкала Мооса для стали составляет около 7,5-8, что означает, что он может поцарапать более мягкие минералы, такие как топаз и медный шлак. Это также означает, что его могут поцарапать более твердые минералы, такие как глинозем и алмаз.
Модуль упругости оксида алюминия
Это измерение упругости глинозема. Это отношение его упругости в различных количествах и степенях. Он дает больше подробностей о механической прочности и устойчивости Al2O3 к деформации. Метод гранулирования и методы литья ленты обычно являются наиболее распространенными способами, которые вы можете использовать для определения модуля упругости глинозема. Способ, которым вы можете различить эти два метода, в основном заключается в однородности толщины используемых пластин. Оба метода включают использование прессования порошка, прокаливания, спекания, изготовления гранул и разрезания их на пластины. В настоящее время 249 ГПа является известным средним значением модуля упругости Al2O3 относительно его плотности 3,99 г/см³.
Твердость керамики на основе оксида алюминия
Современные керамические материалы получают огромную выгоду от твердости алюминия по шкале Мооса, поскольку они обладают впечатляюще твердыми и устойчивыми к царапинам поверхностями. Эти керамики из оксида алюминия имеют хорошо организованную и жесткую структуру кристаллической решетки, которая плотно пригнана.
Высокая прочность на сжатие, сильная абразивность, устойчивость к коррозии, износу и разрывам — вот некоторые из превосходных механических свойств, которыми вы наслаждаетесь в керамике из оксида алюминия. Это означает, что эта передовая керамика может выдерживать большие нагрузки, не меняя своей первоначальной структуры. Ее можно использовать в промышленности при сильном нагреве для изготовления конвейерных систем и труб, требующих высокого уровня трения. Она также имеет химически инертную природу, что делает ее надежным материалом для производства лабораторного оборудования.
Твердость алюминия по Роквеллу и твердость по Виккерсу — две из наиболее распространенных процедур, которые можно использовать для измерения твердости керамики из оксида алюминия. Вы можете провести этот тест, используя индентор на поверхности материала, а затем измерив деформацию, которую вы видите. Вы также можете вывести механические свойства керамики из оксида алюминия из результатов, полученных в ходе этих испытаний.
Однако из-за хрупкости алюмооксидной керамики, особенно при воздействии изгибающих сил или растяжения, ее прочность и долговечность можно повысить с помощью определенных полимеров и металлов в электрохимическом процессе, известном как анодирование; тем самым повышая ее эффективность.
Марки глинозема
Оксид алюминия существует в различных формах и сортах в зависимости от различных промышленных процессов. Некоторые из этих сортов:
-
Плавленый белый глинозем
-
Плавленый коричневый глинозем
-
Прокаленный глинозем
-
Реактивный глинозем
-
Пузыристый глинозем
-
Активированный оксид алюминия
-
Субмикронный оксид алюминия.
С этими различными марками глинозема связаны особые свойства и области применения.
Применение оксида алюминия
Оксид алюминия может быть использован в различных секторах по всему миру. Мы подробно рассмотрим основные области применения, в том числе:
Современная керамическая промышленность
Твердость и прочность оксида алюминия очень полезны в современной керамической промышленности. Он используется для изготовления изоляции печей и футеровки печей. Помимо того, что он также используется как дешевая альтернатива промышленному алмазу, он широко используется как хороший абразив. Кристаллы оксида алюминия составляют большую часть многих наждачных бумаг. Шлифовальные операции также сильно выигрывают от Al2O3 из-за его низкого удержания тепла и низкой удельной теплоемкости.
Металлургия
Металлический алюминий получает абразивность и твердость от оксида алюминия. Высокая температура плавления и показатель преломления делают его хорошим огнеупорным материалом для производства металлического алюминия. Недавние исследования показали, что в 2015 году 80-90% оксида алюминия, произведенного в мире, было использовано в производстве алюминиевых металлов ежегодно.
Пластик и косметика
Пластмассовая и косметическая промышленность не остались в стороне, поскольку они, как правило, эффективно используют оксид алюминия в качестве своих наполнителей. Это стало возможным благодаря инертной природе и белизне соединения.
Стекло
Оксиды алюминия являются основным компонентом стекла. Их устойчивость к царапинам гарантирует надежную защиту металлических покрытий, стекла и оптического оборудования.
Краска
В отраслях, связанных с производством красок, чешуйки оксида алюминия используются для достижения светоотражающих декоративных эффектов.
Композитное волокно
Коммерческие волокнистые материалы обязаны своими высокими характеристиками твердости оксида алюминия. Al2O3 в последнее время сделал производство нановолокон оксида алюминия растущей тенденцией.
Военный
Керамические пластины из оксида алюминия являются компонентами, которые делают бронежилет из оксида алюминия пуленепробиваемым и прочным. Керамические пластины из оксида алюминия, продукт твердости оксида алюминия, в основном используются военными, и со временем они значительно улучшили качество и эффективность военных.
Полупроводники и электроника
Печатные платы, полупроводники, емкостные диэлектрики и силовая электроника обычно используют изолирующие свойства оксида алюминия. Его электроизоляционные свойства делают его необходимым для этих печатных плат, полупроводников и конденсаторных диэлектриков.
Лекарство
Современная медицина обязана некоторыми своими технологическими достижениями оксиду алюминия. Было обнаружено, что твердость оксида алюминия биосовместима с медицинскими устройствами, искусственными суставами и костями, а также зубными имплантатами.
Размер мирового рынка оксида алюминия
Рынок оксида алюминия растет феноменальными темпами. В 2022 году размер рынка оценивался в $20 миллиардов. В настоящее время он находится на среднегодовом темпе роста (CAGR) 7%, и в результате, по прогнозам, достигнет $70 миллиардов долларов к 2030 году. Здесь, в GGSCeramics, мы предоставляем вам высокопроизводительные продукты из оксида алюминия с очень высокой чистотой и впечатляющей плотностью для любого из ваших применений.
Часто задаваемые вопросы
Оксид алюминия является основным или кислотным?
Оксид алюминия — это амфотерный оксид металла. Это значит, что он может действовать как основание, а также как кислота. Природа вещества, с которым он реагирует, определяет, будет ли он действовать как основание или кислота.
Какие методы используются для определения модуля упругости оксида алюминия?
Используются 2 метода: метод гранулирования и метод литья в ленту.
Какие жидкости обычно реагируют на алюминий?
Такие жидкости, как разбавленная соляная кислота, жидкий бром и хлорид алюминия, — это некоторые из жидкостей, которые при комнатной температуре могут реагировать с оксидом алюминия.
Заключение
С быстрым прогрессом в современных технологиях и индустриализации, оксид алюминия становится игроком, который меняет правила игры и становится ключевым игроком в различных секторах материалов. Его полезность в нескольких отраслях, начиная от производства широкого спектра передовых керамических материалов, использования в силовой электронике, медицине и многих других, делает его безопасным и интересным сектором для инвестиций.