اکسید آلومینیوم ( آلومینا )

اکسید آلومینیوم چیست ؟

اکسید آلومینیوم، که معمولاً به آن آلومینا گفته می شود، حاوی پیوند بین اتمی قوی یونی بوده که باعث مشخصات مطلوب آن شده است.

آلومینا میتواند در چندین فاز کریستالی وجود داشته باشد که همه‌ی آنها در دماهای بالا به پایدارترین فاز با ساختار هگزاگونال یعنی فاز آلفا تبدیل می شوند. این فاز در کاربردهای ساختمانی بسیار مورد توجه قرار میگیرد .

فاز آلفا آلومینا مستحکم ترین و سفت ترین اکسید سرامیکی است. سختی بالا، خواص عالی دی الکتریک، دیرگدازی و خواص حرارتی مناسب، این فاز را انتخابی مناسب برای طیف گسترده ای از کاربردها تبدیل کرده است.

آلومینا با خلوص بالا در هر دو اتمسفر اکسیدی و احیایی تا دمای 1925 درجه سانتیگراد قابل استفاده است. کاهش وزن در خلاء از 10-7 تا 10-6 گرم بر سانتیمتر مربع در طیف وسیعی از دمای 1700 تا 2000 درجه سانتیگراد رخ میدهد.

این ماده در مقابل تمام گازها بجز فلوئور مرطوب و در برابر همه معرف های متداول به جز اسید هیدروفلوئوریک و اسید فسفریک مقاوم است. شوک حرارتی بالا در حضور بخارات فلز قلیایی به ویژه در سطح خلوص پایین تر رخ می دهد.

به منظور تقویت و بهبود خصوصیات مطلوب مواد، می توان ترکیب بدنه سرامیک را تغییر داد. به عنوان مثال افزودن اکسید کروم یا اکسید منگنز برای بهبود سختی و تغییر رنگ استفاده می شود.

برای سهولت و ثبات فیلم های فلزی که برای مونتاژ برنز و لحیم کاری به سرامیک شلیک می شوند می توان افزودنی های دیگری ساخت.

آلومینا در صنعت

اکسید آلومینیوم از نظر حرارتی ناپایدار بوده و ترکیبات آن نامحلول می باشد که به طور طبیعی از مواد معدنی مختلفی از جمله بوکسیت که به عنوان سنگ معدن اصلی آلومینیوم محسوب می شود و کوراندوم که نوع کریستالین این اکسید می باشد ، بدست می آید .

آلومینا یکی از مقرون به صرفه ترین و پرکاربردترین مواد در خانواده سرامیک های مهندسی است. مواد اولیه ی به دست آمده از این سرامیک به راحتی در دسترس می‌باشد.

در نتیجه باعث تولید اشکال مختلف آلومینا با درصد خلوص های متفاوت و با قیمت مناسبی می شود. بدلیل ترکیب عالی خواص و قیمت جذاب، آلومینا دانه ریز دارای کاربردهای بسیار گسترده ای است.

انواع و دسته بندی اکسید آلومینیوم به چه صورت است ؟

آلومینا تولید شده در فرایند بایر به صورت پودر است. در حالی که با وجود گستره ی وسیع کاربرد این ماده ، اغلب به منظور پاسخگویی به نیازها ، به اشکال دیگر از لحاظ اندازه ، شکل و درجات خلوص متنوع تولید می­شود.

این روش­ها ممکن است شامل تکنیک­های انباشتگی یا آگلومراسیون مانند گلوله­ سازی یا غبار زدایی یا روش­های تولید حرارتی دما بالا مانند سینترینگ یا کلسینه ­کردن باشد.

انواع مختلف اکسید آلومینیوم موجود به شامل :

1. آلومینا گرید اسملتر
2. آلومینای کلسینه شده
3. آلومینای تبولار
4. آلومینا با اکسید سدیم کم
5. آلومینای اکتیو
6. آلومینای فیوزد
7. آلومینای حباب دار
8. آلومینای راکتیو
9. آلومینای با خلوص بالا

ویژگی ها و خواص آلومینا به چه صورت است ؟

به دلیل خواص مکانیکی، شیمیایی و حرارتی عالی،  استفاده از آلومینا در مقایسه با سایر مواد مشابه ، منجر به کاهش هزینه های تولید و ساخت می‌شود . همچنین از خواص کلیدی آلومینیوم اکسید می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• مقاومت عالی در برابر سایش
• خواص دی­ الکتریک عالی
• مقاومت در برابر حمله اسید و قلیایی در دمای بالا
• انتقال حرارت خوب
• اندازه و شکل­ پذیری عالی
• استحکام و سفتی بالا

اکسید آلومینیوم چگونه تولید می شود ؟

اکسید آلومینیوم اغلب توسط فرآیند( Bayer ) بایر تولید می­ شود و این به معنی پالایش بوکسیت برای تولید آلومینا است.

این روند با خشک کردن بوکسیت خرد و شسته شده، که معمولاً حاوی 30-55٪ اکسید آلومینیوم است، آغاز می شود. بوکسیت در سود سوز آور حل شده و تا دمای حدود 110-270 درجه سانتیگراد گرم شده تا یک دوغاب تشکیل شود.

سپس این مخلوط از فیلتر عبور داده می شود تا باقیمانده ی ناخالصی ها ، به نام ” گل قرمز” را از بین ببرد. محلول آلومینای عبور داده شده از فیلتر (هیدروکسید آلومینیوم) سپس به مخازن رسوب کننده منتقل یا پمپاژ می شود که در آن سرد شده و شروع به دانه دانه شدن میکند .

این دانه ها منجر به فرآیند رسوب گذاری شده که اجازه می دهد بلورهای هیدروکسید جامد آلومینیوم تشکیل شود. تمام هیدروکسید آلومینیوم رسوب کرده در انتهای مخزن را جا به جا میکنند .

سود جوشانده باقیمانده از هیدروکسید آلومینیوم شسته شده که فیلترهای مختلفی را پشت سر می گذارد. سرانجام برای بخار شدن آب اضافی حرارت داده می شود. پس از گذر از مرحله خنک کننده، پودر ریز سفید تولید می شود.

آلومینا ، اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) ، یک ماده بلوری سفید که به عنوان ماده اولیه برای تولید فلز آلومینیوم استفاده می­شود.

کاربرد آلومینا در کجاست ؟

اکسید آلومینیوم تولید شده اغلب برای تشکیل فلز آلومینیوم استفاده می­ شود. اکسیژن در واکنش با آلومینیوم فلزی، خوردگی را تسریع می‌بخشد. با این حال، هنگام پیوند با اکسیژن برای تشکیل اکسید آلومینیوم، یک پوشش محافظ تشکیل داده و از اکسایش بیشتر جلوگیری می­کند. این فرآیند باعث افزایش استحکام شده و در نتیجه مواد در مقابل زوال آسیب کمتری می­بینند.

صنعت پزشکی و آزمایشگاهی

با توجه به سختی، خنثی بودن در کاربردهای زیستی و خاصیت شیمیایی اکسید آلومینیوم، یک ماده منتخب در تعویض مفصل ران، به عنوان پروتزها، ایمپلنت ­های بیونیک، جایگزینهای پروتز چشم، تقویت کننده ­های بافت، تاج ­های دندان، اتصال­ ها، پل­ ها و سایر ایمپلنت ­های دندان استفاده میشود.

همچنین از آلومینا در تجهیزات آزمایشگاهی و ابزارهایی مانند بوته مذاب فلزات، کوره­ ها و سایر وسایل آزمایشگاهی استفاده می­شود.

صنعت برق و الکترونیک

نقاط ذوب و جوش بالای آلومینا علاوه بر مقاومت حرارتی عالی آن ، پودر اکسید آلومینیوم را در ساخت عایق­های کوره دما بالا و مقره­ های الکتریکی مطلوب کرده است.

فیلم­ های آلومینا در صنعت میکروچیپ به عنوان اجزای حیاتی هستند. کاربردهای دیگر آن شامل عایق ­های شمع جرقه ­ای، بسترهای میکروالکتریکی و عایق­ه ای گرمکن است.

صنعت سنگ ­های قیمتی

اکسید آلومینیوم یک عنصر با ارزش در شکل­ گیری یاقوت ­ها و یاقوت کبود است. ساختار بلوری (کریستالین) آلومینا، کوراندوم، عنصر اصلی این سنگ­ های قیمتی است.

رنگ قرمز تیره ی  یاقوت­ ها به دلیل ناخالصی­ های کروم است در حالی که یاقوت کبود رنگ­های مختلف خود را از آهن و تیتانیوم دریافت می­کند.

کاربردهای صنعتی

از آنجایی که آلومینا از نظر شیمیایی خنثی است، از آن به عنوان پرکننده در پلاستیک، آجر و سایر ظروف سنگین مانند کوره ­ها استفاده می­ شود. به دلیل استحکام و سختی بسیار بالا، اغلب از آن به عنوان ساینده برای کاغذ سنباده استفاده می­شود.

همچنین یک جایگزین اقتصادی برای الماس­های صنعتی است. پودر اکسید آلومینیوم همچنین برای تولید قطعات لوله کشی از قبیل آرنج، تی، لوله مستقیم، هیدرو سیکلون، کاهنده­ ها، نازل و دریچه استفاده می­ شود.

سایر کاربردها شامل تولید ابزارهای مختلف ماشینکاری، ابزارهای برش، غلافهای ترموکوپل، پروانه های مقاوم در برابر سایش و صفحات بافل است.

مصارف عمومی اکسید آلومینیوم

• لوله­ های لیزر گازی
• پوشش لنت­ ها
• درزگیری حلقه­ ها
• مقره­ های الکتریکی درجه حرارت بالا
• عایق­ های ولتاژ بالا
• لوله­ های کوره
• هادی رشته­ ها و سیم­ ها
• بسترهای الکترونیکی
• لوله و آرنج مقاوم در برابر سایش
• سنسورهای دماسنج
• لوله­ های آزمایشگاهی و نگهدارنده نمونه
• ابزار ماشین ­ها برای آزمایش خواص حرارتی
• پوشش میانی سنگ­زنی
• دیرگدازها
• سایش میکرودرم
• سنگ­زنی
• جلا دادن
• آماده ­سازی فلز
• اشکال سرامیکی
• ضد لغزش
• لمینت­ ها
• روکش­ ها
• تصفیه
• ساینده­ ها
• نسوز
• آسیاب­ کردن
• پر­کننده
• عایق الکتریکی

ویژگی­ های برتر آلومینا آن را برای استفاده در بسیاری از کاربردها ایده ­آل می ­کند. برخی از رایج­ ترین کاربردها بجز تولید آلومینیوم در زیر ذکر شده است.

ساینده ­ها

آلومینا به دلیل سختی و استحکام بسیار زیاد، در انواع مواد ساینده صنعتی کاربرد زیادی دارد. به همین ترتیب، پودر آلومینا به عنوان محافظ در برابر سایش استفاده می­ شود.

دیرگدازها

آلومینا همچنین به دلیل دارا بودن نقطه ذوب بالا در محصولات نسوز بسیار مورد استفاده قرار می­ گیرد. به ویژه در کاربردهایی که باید استحکام دیرگداز در دماهای بالا حفظ شود ، بسیار مناسب می باشد .

شیشه

اکسید آلومینیوم اغلب در تولید محصولات شیشه­ای مورد استفاده قرار گرفته و باعث تقویت استحکام می­شود. به دلیل خواص ویژه پودر آلومینا، در تولید لیوان نشکن مورد مطالعه بسیاری از محققان قرار گرفته است.

سرامیک ­های مهندسی

آلومینیوم اکسید همچنین به طور گسترده در سرامیک­ های مهندسی مورد استفاده قرار می­ گیرد، همچنین به آن سرامیک پیشرفته یا مهندسی گفته می­ شود.

این مواد سرامیکی مهندسی برای کاربردهای خاص خشن ، که نیازمند  مقاومت در برابر سایش بالا، پایداری حرارتی و شیمیایی می باشند ، ساخته شده­اند و بسیاری از خصوصیات دیگر پودر اکسید آلومینیوم را در اختیار دارد.

سرامیک­ های مهندسی کاربردهایی در صنایع مواد شیمیایی و پزشکی، صنعتی، الکتریکی و … دارند.