Aplikasi dan transisi fase berbagai kristal alumina
Dalam bidang pertambangan, keramik, dan ilmu material, aluminium oksida (rumus kimia Al2O3), yang juga dikenal sebagai bauksit, merupakan senyawa ionik dengan ikatan kimia yang kuat. Senyawa ini memiliki karakteristik yang sangat baik seperti kekerasan tinggi, kekuatan mekanik tinggi, ketahanan korosi kimia, ketahanan aus yang baik, dan konduktivitas termal yang baik. Senyawa ini merupakan bahan baku kimia yang penting dalam industri.
Ada dua cara utama untuk menyusun struktur kristal aluminium oksida: satu adalah bahwa atom oksigen disusun dalam susunan heksagonal, dan yang lainnya adalah bahwa atom oksigen disusun dalam susunan kubik.
(1) Sifat dan aplikasi α-Al2O3
α-Al2O3 umumnya dikenal sebagai korundum. α-Al2O3 adalah kristal putih dan merupakan jenis kristal alumina yang paling umum dan stabil. Senyawa ini termasuk dalam struktur trigonal rapat. Dalam struktur kristal α-Al2O3, ion oksigen tersusun dalam pola heksagonal yang rapat, berulang dalam dua lapisan ABABAB… untuk membentuk beberapa bentuk oktahedral, sementara ion aluminium mengisi celah di antara setiap oktahedron.
Saat ini, α-Al2O3 banyak digunakan dalam bahan abrasif, bahan tahan api, substrat sirkuit terpadu, dan keramik fungsional struktural.
(2) Sifat dan aplikasi β-Al2O3
β-Al2O3 sebenarnya adalah aluminat, yang merupakan senyawa komposit yang terdiri dari oksida logam dan aluminium oksida. Ion logam seperti Na+ dapat berdifusi dengan cepat di lapisan bidang ini, sehingga kristal β-Al2O3 dapat menghantarkan listrik dan merupakan jenis elektrolit padat yang penting. Oleh karena itu, β-Al2O3 dapat digunakan untuk menyiapkan bahan diafragma elektrolit padat dalam baterai natrium-sulfur, dan juga dapat memainkan peran penting dalam konduksi ion dan mengisolasi elektroda positif dan negatif baterai.
(3) Sifat dan aplikasi γ-Al2O3
γ-Al2O3 merupakan aluminium oksida dalam keadaan transisi yang paling umum digunakan. Ia tidak ada di alam. Dalam strukturnya, ion oksigen dapat didekati sebagai kubik dan tersusun rapat, sedangkan ion aluminium terdistribusi secara tidak teratur dalam rongga oktahedral dan tetrahedral yang dibentuk oleh ion oksigen, yang termasuk dalam struktur spinel. Proses pembuatan γ-Al2O3 relatif sederhana, dan suhu pembentukannya relatif rendah, umumnya dalam kisaran 500~700℃. γ-Al2O3 tidak larut dalam air tetapi biasanya dapat larut dalam asam atau alkali.
Transformasi fase berbagai alumina kristal
Di antara berbagai bentuk kristal, hanya α-Al2O3 yang merupakan fase kristal stabil, dan semua fase lainnya adalah fase transisi, yang berada dalam keadaan termodinamika yang tidak stabil. Saat suhu meningkat, alumina transisi yang tidak stabil dapat diubah menjadi fase stabil, yang merupakan transformasi ireversibel dari rekonstruksi kisi.
Untuk mendapatkan α-Al2O3 yang stabil, diperlukan kontrol proses yang sempurna dari penyaringan bijih awal, sintesis bubuk hingga sintering. Persiapan alumina suhu tinggi di dalam dan luar negeri biasanya menggunakan aluminium hidroksida industri atau alumina industri sebagai bahan baku, membentuk fase transisi melalui dehidrasi, dan kemudian mengalami beberapa transformasi fase pada suhu tinggi, dan akhirnya berubah menjadi Al2O3 fase-α.
Gibsit (Al(OH)3) dan boehmit (AlOOH) adalah prekursor yang paling umum digunakan untuk persiapan α-Al2O3. Dalam proses perlakuan panas awal, aluminium hidroksida berubah menjadi alumina transisi dalam bentuk struktur metastabil, dan akhirnya berakhir dengan fase α-Al2O3 yang stabil secara termodinamika.
Dalam industri, metode kalsinasi yang berbeda biasanya digunakan untuk mengubah fase metastabil γ-Al2O3 menjadi fase α-stabil untuk menyiapkan α-Al2O3 dengan morfologi yang berbeda. α-Al2O3 dengan morfologi yang berbeda dapat diproduksi dengan mengendalikan suhu kalsinasi yang berbeda, menambahkan berbagai jenis aditif, metode penggilingan, dll. Biasanya, kristal α-Al2O3 dalam berbagai bentuk seperti seperti cacing, seperti serpihan, berbentuk kolom, bulat, bulat, dan berserat disertakan.
Dengan pesatnya perkembangan industri keramik, industri farmasi, industri elektronik, dan industri permesinan, permintaan pasar terhadap alumina masih memiliki banyak ruang untuk dikembangkan, sehingga penelitian tentang alumina menjadi sangat penting. Memahami dan menguasai struktur kristal dan sifat alumina merupakan prasyarat penting untuk persiapan bubuk alumina. Bentuk kristal alumina yang berbeda memiliki area aplikasi yang berbeda. α-Al2O3 adalah yang paling stabil dari semua bentuk alumina. Dalam produksi, berbagai jenis kristal α-Al2O3 umumnya disiapkan dengan mengendalikan lingkungan pertumbuhan kristal α-Al2O3 untuk memenuhi kebutuhan keramik, bahan tahan api, dan bahan fungsional baru lainnya untuk berbagai struktur mikro kristal α-Al2O3.