اکسید آلومینیم

تعداد بازدید: 3050
چهارشنبه 03 دي 1393

اکسید آلومینیم

اکسید آلومینیم (Aluminium Oxide) ترکیب شیمیایی آلومینیم و اکسیژن با فرمول شیمیایی Al2O3 است. این ترکیب فراوان ترین نوع اکسید آلومینیم است و به نام اکسید آلومینیم III شناخته می شود. بسته به نوع کاربرد یا شکل آلومینا (alumina)، آلوکساید، آلوکسایت یا آلوندوم نامیده می شود. اکسید آلومینیم معمولا به شکل کریستالی α-Al2O3 متبلور می شود که ساختار کریستالی کانی کوراندوم را تشکیل می دهد و برخی از انواع آن، سنگ های قیمتی یاقوت و یاقوت کبود هستند. از مهم ترین کاربردهای اکسید آلومینیم، ماده اولیه تولید فلز آلومینیم، ساینده ها و دیرگداز ها است.

پایدارترین فرم کریستالی اکسید آلومینیم ساختار کوراندوم α-Al2O3 بوده که به واسطه انباشتگی یونی اکسیژن و آلومینیم به شکل هگزاگونال متبلور می شود. در این ساختار کریستالی a=12.99 و c=4.75 است. شکل روبرو واحد ساختمانی کوراندوم را نشان می دهد. یون های اکسیژن در گوشه واحد شبکه قرار گرفته و از آن جایی که کاتیون Al ظرفیت 3+ و اکسیژن ظرفیت 2- را دارد به ازای هر سه یون اکسیژن در واحد شبکه می بایستی دو کاتیون آلومینیم حضور داشته باشد تا خنثی بودن ماده حفظ شود. بدین ترتیب یون های آلومینیم دو سوم محل های اکتاهدرال را اشغال می کنند.

90 درصد اکسید آلومینیم تولید شده در جهان برای تولید فلز آلومینیم و 10 درصد بقیه برای مواردی چون کاتالیست ها، ساینده ها، نسوزها، عایق ها و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.

اکسید آلومینیم به دلیل داشتن نقطه ذوب بالا، عایق بودن و مقاومت شیمیایی خوب به عنوان بلوک و لوله های نسوز، غلاف ترموکوپل و بوته ذوب مواد مورد استفاده قرار می گیرد. آلومینا با اندازه متوسط دانه های کریستالی بزرگتر از 200 میکرون و فاز شیشه کم در کاربردهای فوق مطمئن تر عمل می کند. به همین دلیل 4-2 درصد ترکیباتی چون CaO-SiO2 و یا CaO-MgO-SiO2 به آلومینا اضافه شده که در دمای پخت ایجاد فاز مایع نموده و زمینه رشد دانه را ایجاد می نمایند. مناسب ترین فاز مایع برای رشد دانه شامل:60%Sio2, 35%CaO, 5%Mgo یا 60% SiO2, 40% CaO است.

  ساختار اکسید آلومینیم، ساختار آلومینا

نسوزهای آلومینایی به علت پایداری حرارتی و شیمیایی خوب در هر دو محیط قلیایی و اسیدی کاربرد دارند. به عنوان مثال نسوزهای زاک که شامل 50 درصد اکسید آلومینیم ، 40 درصد زیرکونیا و 10 درصد سیلیس است، جهت وان های ذوب شیشه استفاده می شود.

آلومینا به دلیل مقاومت دی الکتریک نسبتا بالا و تلفات دی الکتریک پایین در کاربردهای الکترونیکی به عنوان پایه مدارها مورد استفاده قرار می گیرد. شرایط لازم برای این پایه ها عبارتند از :

1- هدایت حرارتی بالا

2- مقاومت الکتریکی بالا و اتلاف دی الکتریک کم

3- پایداری بالا در برابر ولتاژ

4- پایداری شیمیایی

5- زبری کم سطح

6- انعکاس حداقل تشعشعات

7- پایداری در برابر حرارت

8- استحکام مکانیکی

9- قیمت پایین

اندازه گیری های انجام شده توسط دیلاتومتری برای ضریب انبساط حرارتی آلومینا مقدار 6.99×106 را نشان می دهد که برای کاربرد آن به عنوان زیر پایه الکتریکی در سلول های خورشیدی مشکل ساز است زیرا مطابقت خوبی با پوشش سیلیسیم با ضریب انبساط 4×10-6 ندارد اما خوشبختانه برای سطوح بالاتر از 100 سانتی متر مربع مطابقت خوبی بین پایه و پوشش سیلیسیم برقرار می شود. لازم به ذکر است که انبساط α-Al2O3 انیزیتروپ بوده و در جهت موازی ،C ده درصد بیشتر از جهت موازی با قاعده است. در این میان اکسید بریلیم نیز مناسب بوده اما گران و در ضمن سمی است.

هدایت حرارتی برای آلومینا بدون تخلخل و تک کریستال نسبتا بالا بوده به طوری که قابلیت برش و یا سوراخ شدگی به اندازه دلخواه با لیزر را دارد. هدایت الکتریکی آلومینا با افزایش دما افزایش یافته و در دماهای بالای 830 درجه سانتی گراد هدایت یونی به هدایت الکترونی تبدیل می شود. با حضور ناخالصی های قلیایی در محدوده 400 تا 700 درجه سانتی گراد مقاومت ویژه آلومینا به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. نمونه های ریز دانه با عیوب بالا مقاومت الکتریکی بالاتر دارند. هر اندازه آلومینا خالص تر و فاز شیشه ای کمتری داشته باشد عایق الکتریکی بهتری خواهد بود چرا که فاز شیشه با داشتن یون های قلیایی و ایجاد پیوندهای ضعیف مقاومت الکتریکی را کاهش می دهند.

آلومینا یک ماده دیامغناطیس یا غیرمغناطیسی است و عایق در برابر جرقه محسوب می شود. این سرامیک می تواند تخلیه الکتریکی حدود چند صد هزار ولت که فشار حدود 10 مگا پاسکال را ایجاد می نماید برای چندین ساعت تحمل نماید و از طرفی به علت استحکام پیچشی خوب برای کاربردهایی چون پایه شمع اتومبیل، پرسلان ها و مقره های الکتریکی استفاده می شود.

آلومینای بدون تخلخل که از شفافیت خوبی برخوردار است جهت ساخت لوله های لامپ قوس الکتریکی چون لامپ بخار سدیم مورد استفاده قرار می گیرد که بازده آن بسیار بالاتر از لامپ های جیوه ای و یا فلورسنت می باشد چرا که قابلیت کار در دماهای بالاتر را داشته و بیشتر نور آن در طیف مرئی قرار می گیرد.

آلومینا به جهت دارا بودن مقاومت به خوردگی بالا در برابر مایع غضروفی، تحمل بار خوب، فعالیت مورد نیاز متابولیکی، خنثی بودن، زیست سازگاری خوب (سازگار با فیزیولوژی بدن و جوش خوردن با استخوان)، مقاومت به سایش بالا (میزان سایش آن حدود 1.1 فلزات می باشد)، ضریب اصطکاک کم (آلومینا به آلومینا) و آبدوست بودن (شکل گیری یک لایه هیدراته بسیار نازک به ضخامت 50 آنگستروم که بسیار سازگار با بدن می باشد) به عنوان ایمپلنت (قطعات بیوسرامیکی) کاربرد دارد. در قسمت هایی که استحکام مطرح نباشد استفاده از آلومینای متخلخل (با اندازه بزرگتر از 100 میکرون) امکان رشد بافت های بدن در داخل آن وجود داشته که سازگاری بهتری ایجاد می نماید (ران و دندان). البته سرامیک های بر پایه زیرکونیا Y-TZP و Mg-TZP به جهت استحکام و چقرمگی بالاتر اولویت بالاتری نسبت به آلومینا دارند. از جمله سرامیک های کریستالی مناسب برای دندان آلومینا می باشد.

برای ساخت قطعات بیوسرامیکی از مخلوط پودر آلومینا با یک ماده افزودنی چون متیل سلولز استفاده می کنند سپس این مخلوط را از لوله های باریک کاربید تنگستن عبور داده شده تا فرم مورد نظر به خود بگیرد (میله ای، ورقه ای، لوله ای). متیل سلولز نقش افزایش پلاستیسیته و شکل پذیری آلومینا را دارد. اشکال فرم داده شده مورد عملیات خشک کردن و سپس پخت تا دمای 1650 درجه سانتی گراد قرار می گیرند. سرامیک های تک کریستال برای کاربردهای بیوسرامیکی اولویت دارند. 

آلومینا از یک طرف به دلیل سازگاری بالا و آب بندی خوب با فلزات و از طرف دیگر با داشتن مقاومت به خوردگی بالا به عنوان اجزای پمپ در صنایع شیمیایی کاربرد دارد.

آلومینا و اکسید تیتانیم به جهت مقاومت به سایش خوب و داشتن سطحی صیقلی و ضد اصطکاک به عنوان هدایت کننده الیاف نساجی و تغییر جهت آن ها در صنعت نساجی مورد استفاده قرار می گیرد.

به دلیل ضد سایش بودن و سختی بالا به عنوان ساینده چون گلوله های آسیا و سمباده ها، ابزارهای برشی، سیم های هدایت کننده در حدیده ها مورد استفاده قرار می گیرد. به علت خواص خوب ترمودینامیکی به عنوان تیغه تراش استفاده می شود زیرا تراشنده های فلزی در سرعت های بالا به دلیل افزایش شدید دما، نرم شده و دفرمه می شوند.

آلومینا،اکسید آلومینیم

آلومینا نقش مهمی در صنعت تولید سرامیک های ظریف داشته که می توان به مواردی چون ساخت لعاب ها به خصوص به شکل هیدراته، پوشش بر روی ساگارهای مورد استفاده در کوره پخت سرامیک ها جهت جلوگیری از چسبیدن بدنه های سرامیکی، به عنوان پر کننده در بدنه های سرامیکی ظریف (ظروف خانگی و سرامیک های بهداشتی) جهت افزایش خواص مکانیکی و تولید بدنه های نازک تر، کاهش تغییر شکل قطعه در ضمن پخت، پخت سریعتر سرامیک ها بدون ترک خودرگی، بهبود رنگ محصول، افزایش مقاومت شیمیایی و الکتریکی، کاهش قابل توجه خطر بیماری سیلیکوز با جایگزینی سیلیس توسط آلومینا و سایر موارد نام برد.

سنتز پودر اکسید آلومینیم

از مواد معدنی که برای تولید پودر اکسید آلومینیم یا آلومینا مورد استفاده قرار می گیرد می توان به موارد زیر اشاره نمود:

1- بوکسیت با میزان 35 تا 75 درصد اکسید آلومینیم

2- آلونیت با فرمول شیمیایی KAl3(SO4)2(OH)6 که مقدار آلومینای آن در سنگ معدن اولیه 16 تا 20 درصد و در آلونیت فراوری شده 35 تا 40 درصد می باشد.

3- نفلین با فرمول شیمیایی (Na,K)AlSiO4 که مقدار آلومینای آن بین 19 تا 28 درصد می باشد.

نام بوکسیت از منطقه بوکس فرانسه که برای اولین بار در آن جا یافت شده گرفته شده است. بوکسیت شامل 45 تا 60 درصد اکسید آلومینیم به شکل هیدرواکسیدهایی چون گیبسیت [Al(OH)3]، بوهمیت (AlooH) و دیاسپور (AlooH) و ناخالصی هایی چون TiO2، SiO2 و Fe2O3 به شکل هیدروسیلیکات می باشد و تقریبا از هر دو تن بوکسیت یک تن آلومینا و 0.5 تن آلومینیم حاصل می شود. 50 درصد بوکسیت را مواد باطله تشکیل داده که بعد از فرآنید هیدرومتالورژی به صورت لجن قرمز در می آید. مشخصات انواع مینرال های تشکیل دهنده بوکسیت در جدول زیر آمده است.

مشخصات انواع مینرال های تشکیل دهنده بوکسیت

دیاسپور

بوهمیت

گیبسیت

مشخصه

Al2O3.H2O

Al2O3.H2O

Al2O3.3H2O

فرمول شیمیایی

85

85

65.4

درصد آلومینا

15

15

34.6

درصد حجمی آب

ارتورومبیک

ارتورومبیک

منوکلینیک

سیستم تبلور

6.5-7

3.35-5

2.3-3.5

سختی

3.2-3.5

3.01-3.06

2.3-2.4

وزن مخصوص

 
داده های آماری از بوکسیت های موجود در دنیا نشان می دهد که میزان بوکسیت های گیبسیتس حدود 90 درصد کل بوکسیت های جهان و 10 درصد باقی مانده بوکسیت های بوهمیتی و یا دیاسپوری هستند. بیش از 95 درصد آلومینای دنیا از بوکسیت گسیبسیتی تولید می شود. فرآوری بوکسیت و جدا کردن ناخالصی ها از آن بر اساس روش بایر انجام می گیرد.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

مهدی کلانتر، سرامیک های سازه ای دما بالا، انتشارات دانشگاه یزد، 1387.

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

 

هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97   ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97
بیستمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97   ...بیشتر
تقویم نمایشگاه های بین المللی سال 1397
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات گرمایشی و سرمایشی زنجان 97
بیستمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات گرمایشی و سرمایشی زنجان 97   ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه بین المللی ساختمان شیراز 97
بیستمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان شیراز 97   ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان و راهسازی بیرجند
هفدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان و راهسازی بیرجند 97     ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه ساختمان و سیستم های گرمایشی و سرمایشی کرمانشاه
شانزدهمین نمایشگاه صنعت ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی کرمانشاه 97 &nb ...بیشتر
یازدهمین نمایشگاه بین المللی سیستم های سرمایشی و گرمایشی ارومیه 97
چهاردهمین نمایشگاه بین المللی سیستم های گرمایشی و سرمایشی ارومیه 97   ...بیشتر
چهاردهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان ارومیه 97
چهاردهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان ارومیه 97     ...بیشتر
چهاردهمین نمایشگاه بین المللی ساختمان کیش 97
چهاردهمین نمایشگاه بین المللی عمران و ساختمان کیش 97     ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر