تطبيق و انتقال الطور لبلورات الألومينا المختلفة
في مجالات التعدين والسيراميك وعلوم المواد، أكسيد الألومنيوم (الصيغة الكيميائية Al2O3)، والمعروف أيضًا باسم البوكسيت، هو مركب أيوني ذو روابط كيميائية قوية. يتمتع بخصائص ممتازة مثل الصلابة العالية والقوة الميكانيكية العالية ومقاومة التآكل الكيميائي ومقاومة التآكل الجيدة والتوصيل الحراري الجيد. إنه مادة خام كيميائية مهمة في الصناعة.
هناك طريقتان رئيسيتان لترتيب البنية البلورية لأكسيد الألومنيوم: الأولى هي ترتيب ذرات الأكسجين في تكديس سداسي، والأخرى هي ترتيب ذرات الأكسجين في تكديس مكعب.
(1) خصائص وتطبيقات α-Al2O3
يُعرف α-Al2O3 عادةً باسم الكوراندوم. α-Al2O3 عبارة عن بلورة بيضاء وهي النوع الأكثر شيوعًا واستقرارًا من بلورات الألومينا. تنتمي إلى البنية المكدسة الثلاثية. في بنية بلورة α-Al2O3، يتم ترتيب أيونات الأكسجين في نمط مضغوط سداسي الشكل، ويتكرر في طبقتين من ABABAB… لتشكيل عدة أشكال ثماني السطوح، بينما تملأ أيونات الألومنيوم الفجوات بين كل ثماني السطوح.
حاليًا، يتم استخدام α-Al2O3 على نطاق واسع في المواد الكاشطة والمواد المقاومة للحرارة وركائز الدوائر المتكاملة والسيراميك الوظيفي البنيوي.
(2) خصائص وتطبيقات β-Al2O3
β-Al2O3 هو في الواقع ألومينات، وهو مركب مركب يتكون من أكاسيد معدنية وأكسيد الألومنيوم. يمكن لأيونات المعادن مثل Na+ أن تنتشر بسرعة في هذه الطبقة المستوية، لذلك يمكن لبلورات β-Al2O3 توصيل الكهرباء وهي نوع مهم من الإلكتروليت الصلب. لذلك، يمكن استخدام β-Al2O3 لتحضير مواد غشاء الإلكتروليت الصلبة في بطاريات الصوديوم والكبريت، ويمكنه أيضًا أن يلعب دورًا مهمًا في توصيل الأيونات وعزل الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة للبطارية.
(3) خصائص وتطبيقات γ-Al2O3
γ-Al2O3 هو أكسيد الألومنيوم الأكثر استخدامًا في الحالة الانتقالية. لا يوجد في الطبيعة. في بنيته، يمكن تقريب أيونات الأكسجين على أنها مكعبة ومزدحمة بشكل وثيق، بينما يتم توزيع أيونات الألومنيوم بشكل غير منتظم في الفراغات الثمانية السطوح والرباعية السطوح التي تشكلها أيونات الأكسجين، والتي تنتمي إلى بنية السبينيل. عملية تحضير γ-Al2O3 بسيطة نسبيًا، ودرجة حرارة تكوينه منخفضة نسبيًا، وعادة ما تكون في نطاق 500~700 درجة مئوية. γ-Al2O3 غير قابل للذوبان في الماء ولكن يمكن عادةً إذابته في الأحماض أو القلويات.
التحول الطوري لأكسيد الألومنيوم البلوري المختلف
من بين الأشكال البلورية المختلفة، يعتبر α-Al2O3 فقط هو الطور البلوري المستقر، وجميع المراحل الأخرى هي مراحل انتقالية، وهي في حالة غير مستقرة ترموديناميكيًا. مع ارتفاع درجة الحرارة، يمكن تحويل أكسيد الألومنيوم الانتقالي غير المستقر إلى طور مستقر، وهو تحول لا رجعة فيه لإعادة بناء الشبكة.
للحصول على أكسيد الألومنيوم الانتقالي α-Al2O3 المستقر، يلزم التحكم المثالي في العملية من فحص الخام الأولي، وتوليف المسحوق إلى التلبيد. يستخدم تحضير أكسيد الألومنيوم عالي الحرارة في الداخل والخارج عادةً هيدروكسيد الألومنيوم الصناعي أو أكسيد الألومنيوم الصناعي كمواد خام، ويشكل مرحلة انتقالية من خلال التجفيف، ثم يخضع لتحولات طورية متعددة عند درجة حرارة عالية، ويتحول أخيرًا إلى أكسيد الألومنيوم في طور ألفا.
يعد الجيبسيت (Al(OH)3) والبوهيميت (AlOOH) من أكثر المواد الأولية استخدامًا لتحضير أكسيد الألومنيوم α-Al2O3. في عملية المعالجة الحرارية الأولية، يتحول هيدروكسيد الألومنيوم إلى أكسيد الألومنيوم الانتقالي في شكل بنية غير مستقرة، وينتهي في النهاية بمرحلة مستقرة ترموديناميكيًا من α-Al2O3.
في الصناعة، تُستخدم طرق التكليس المختلفة عادةً لتحويل المرحلة غير المستقرة γ-Al2O3 إلى المرحلة المستقرة α لإعداد α-Al2O3 بأشكال مختلفة. يمكن إنتاج α-Al2O3 بأشكال مختلفة من خلال التحكم في درجات حرارة التكليس المختلفة، وإضافة أنواع مختلفة من المواد المضافة، وطرق الطحن، وما إلى ذلك. عادةً، يتم تضمين بلورات α-Al2O3 بأشكال مختلفة مثل الدودة، والرقائق، والعمودية، والكروية، والليفية.
مع التطور السريع لصناعة السيراميك، وصناعة الأدوية، والصناعة الإلكترونية، وصناعة الآلات، لا يزال الطلب في السوق على الألومينا لديه الكثير من المجال للتطوير، وبالتالي فإن البحث في الألومينا له أهمية عميقة. إن فهم وإتقان البنية البلورية وخصائص الألومينا هو شرط أساسي مهم لإعداد مسحوق الألومينا. الأشكال البلورية المختلفة للألومينا لها مجالات تطبيق مختلفة. α-Al2O3 هو الأكثر استقرارًا من بين جميع أشكال الألومينا. في الإنتاج، يتم تحضير أنواع مختلفة من بلورات α-Al2O3 بشكل عام عن طريق التحكم في بيئة نمو بلورات α-Al2O3 لتلبية احتياجات السيراميك والمواد المقاومة للحرارة وغيرها من المواد الوظيفية الجديدة للهياكل البلورية المختلفة لـ α-Al2O3.