کاربرد و انتقال فاز آلومینا کریستالی مختلف

در زمینه‌های معدن، سرامیک و علم مواد، اکسید آلومینیوم (فرمول شیمیایی Al2O3) که با نام بوکسیت نیز شناخته می‌شود، یک ترکیب یونی با پیوندهای شیمیایی قوی است. دارای ویژگی های عالی مانند سختی بالا، مقاومت مکانیکی بالا، مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی، مقاومت در برابر سایش خوب و هدایت حرارتی خوب است. یک ماده خام شیمیایی مهم در صنعت است.

دو روش اصلی برای چیدمان ساختار بلوری اکسید آلومینیوم وجود دارد: یکی این که اتم های اکسیژن به صورت شش ضلعی چیده می شوند و دیگری اینکه اتم های اکسیژن به صورت مکعبی قرار می گیرند.

(1) خواص و کاربردهای α-Al2O3

α-Al2O3 معمولاً به عنوان کوراندوم شناخته می شود. α-Al2O3 یک کریستال سفید رنگ است و رایج ترین و پایدارترین نوع کریستال آلومینا است. به ساختار بسته بندی مثلثی تعلق دارد. در ساختار کریستالی α-Al2O3، یون های اکسیژن در یک الگوی بسته بندی نزدیک شش ضلعی مرتب شده اند و در دو لایه ABABAB تکرار می شوند تا چندین شکل هشت وجهی را تشکیل دهند، در حالی که یون های آلومینیوم شکاف های بین هر هشت وجهی را پر می کنند.

در حال حاضر، α-Al2O3 به طور گسترده ای در مواد ساینده، مواد نسوز، بسترهای مدار مجتمع و سرامیک های کاربردی ساختاری استفاده می شود.

(2) خواص و کاربردهای β-Al2O3

β-Al2O3 در واقع یک آلومینات است که ترکیبی مرکب از اکسیدهای فلزی و اکسید آلومینیوم است. یون‌های فلزی مانند Na+ می‌توانند به سرعت در این لایه مسطح پخش شوند، بنابراین کریستال‌های β-Al2O3 می‌توانند جریان الکتریکی را هدایت کنند و نوع مهمی از الکترولیت جامد هستند. بنابراین می توان از β-Al2O3 برای تهیه مواد دیافراگمی الکترولیت جامد در باتری های سدیم سولفور استفاده کرد و همچنین می تواند نقش مهمی در هدایت یونی و جداسازی الکترودهای مثبت و منفی باتری داشته باشد.

(3) خواص و کاربرد γ-Al2O3

γ-Al2O3 رایج ترین اکسید آلومینیوم حالت گذار است. در طبیعت وجود ندارد. در ساختار آن، یون‌های اکسیژن را می‌توان به صورت مکعبی تقریبی کرد و به‌صورت نزدیک بسته‌بندی کرد، در حالی که یون‌های آلومینیوم به‌طور نامنظم در حفره‌های هشت‌وجهی و چهاروجهی تشکیل‌شده توسط یون‌های اکسیژن، متعلق به ساختار اسپینل، توزیع می‌شوند. فرآیند تهیه γ-Al2O3 نسبتاً ساده است و دمای تشکیل آن نسبتاً پایین است، به طور کلی در محدوده 500 ~ 700 ℃. γ-Al2O3 در آب نامحلول است اما معمولاً می تواند در اسید یا قلیایی حل شود.

تبدیل فاز آلومینا کریستالی مختلف

در بین اشکال مختلف کریستالی، تنها α-Al2O3 یک فاز کریستالی پایدار است و تمام فازهای دیگر فازهای انتقالی هستند که در حالت ترمودینامیکی ناپایدار هستند. با افزایش دما، آلومینا انتقالی ناپایدار می تواند به فاز پایدار تبدیل شود، که یک تبدیل برگشت ناپذیر بازسازی شبکه است.

برای به دست آوردن α-Al2O3 پایدار، کنترل کامل فرآیند از غربالگری اولیه سنگ معدن، سنتز پودر تا پخت مورد نیاز است. تهیه آلومینا با دمای بالا در داخل و خارج از کشور معمولاً از هیدروکسید آلومینیوم صنعتی یا آلومینا صنعتی به عنوان مواد خام استفاده می کند، یک فاز انتقالی را از طریق کم آبی تشکیل می دهد و سپس در دمای بالا دستخوش تبدیل فازهای متعدد می شود و در نهایت به فاز α Al2O3 تبدیل می شود.

گیبسایت (Al(OH)3) و بوهمیت (AlOOH) متداول ترین پیش سازهای مورد استفاده برای تهیه α-Al2O3 هستند. در فرآیند عملیات حرارتی اولیه، هیدروکسید آلومینیوم به شکل یک ساختار فراپایدار به آلومینا انتقالی تبدیل می‌شود و در نهایت با فاز پایدار ترمودینامیکی α-Al2O3 به پایان می‌رسد.

در صنعت، معمولاً از روش‌های مختلف کلسینه برای تبدیل فاز ناپایدار γ-Al2O3 به فاز پایدار α برای تهیه α-Al2O3 با مورفولوژی‌های مختلف استفاده می‌شود. α-Al2O3 با مورفولوژی های مختلف را می توان با کنترل دماهای مختلف تکلیس، افزودن انواع مختلف افزودنی ها، روش های آسیاب و … تولید کرد. ، و فیبری گنجانده شده است.

با توسعه سریع صنعت سرامیک، صنعت داروسازی، صنعت الکترونیک و صنعت ماشین‌آلات، تقاضای بازار برای آلومینا هنوز هم فضای زیادی برای توسعه دارد، بنابراین تحقیق در مورد آلومینا از اهمیت عمیقی برخوردار است. درک و تسلط بر ساختار کریستالی و خواص آلومینا یک پیش نیاز مهم برای تهیه پودر آلومینا است. اشکال کریستالی مختلف آلومینا مناطق کاربرد متفاوتی دارند. α-Al2O3 پایدارترین شکل آلومینا است. در تولید، انواع مختلف بلورهای α-Al2O3 به طور کلی با کنترل محیط رشد بلورهای α-Al2O3 برای رفع نیازهای سرامیک، مواد نسوز و سایر مواد کاربردی جدید برای ریزساختارهای کریستالی مختلف α-Al2O3 تهیه می‌شوند.