آلومینا

با سلام خدمت دوستان و همراهان همیشگی پارس بوته. امروز با یک مطلب آموزشی دیگر در خدمت شماهستیم. آلومینا (Alumina) پودری جامد و سفید است که از ترکیب شیمیایی آلومینیوم و اکسیژن تشکیل می‌شود. فرمول شیمیایی این ماده به صورت Al₂O₃ است و با نام‌های آلومینیوم اکسید یا اکسید آلومینیوم شناخته می‌شود.

آلومینا از رایج‌ترین و پرکاربردترین اکسیدهای آلومینیوم است اما ممکن با توجه به کاربرد خاص با نام‌های Aloxite (Aloxide یا Alundum) شناخته شوند.

آلومینیوم اکسید، اکسیدی آمفوتر یا دوخصلتی است و با برندهای تجاری مختلفی مانند آلومینا و کرندوم در صنایع گوناگون با کاربردهای مختلف شناخته می‌شود. آلومینا رسانای گرمایی بالایی دارد و همچنین عایق جریان الکتریکی است. در ادامه مقاله برای آشنایی بیشتر با آلومینا و خواص و کاربرد آن با ما همراه باشید.

آلومینا چیست

آلومینا یا آلومینیوم اکسید ترکیبی از آلومینیوم و اکسیژن است که با فرمول شیمیایی Al₂O₃ نمایش داده می‌شود. آلومینا پودری جامد و سفید و شبیه به نمک است که یکی از مواد سرامیکی و جزو خانواده ترکیبات غیرآلی به حساب می‌آید.

از طرفی آلومینیوم اکسید، اکسیدی آمفوتر یا دوخصلتی است و به دلیل کاربردهای فراوان در صنایع گوناگون با نام‌های تجاری آلومینا، کرندوم و غیره شناخته شده است.

بیشترین و باثبات‌ترین ماده‌ای که در طبیعت وجود دارد و فرمی کریستالی از آلومینیوم اکسید به حساب می‌آید، کرندوم نام دارد و با نام آلومینای آلفا شناخته می‌شود. کرندوم تشکیل دهنده دو سنگ گرانبها به نام یاقوت سرخ و یاقوت کبود است و دلیل وجود رنگ‌های متنوع در کرندوم ناشی از ناخالصی آن است.

ناخالص بودن کرندوم سبب بوجود آمدن رنگ قرمز در یاقوت قرمز شده است ولی در سنگ کبود، تنوع رنگ‌های مختلف ناشی از ناخالصی‌هایی مانند تیتانیم و آهن است.

آلومینا عایقی الکتریکی است که استحکام دی الکتریک بالایی دارد و از رسانای گرمایی خوبی برخوردار است که البته این رسانای گرمایی مقداری ثابت ندارد. با این وجود بالاترین و پایدارترین رسانای گرمایی در بین سرامیک‌ها مربوط به آلومینا است. همچنین این ماده از نقطه ذوب بالایی برخوردار است و دلیل استفاده زیاد این ماده در صنایع مقاومت بالای آن در برابر سایش و برش ابزارها است.

انواع آلومینا

آلومینیوم اکسید ماده‌ای سرامیکی و از خانواده ترکیبات غیرآلی است و به دلیل مقاومت بالا در برابر سایش و خوردگی استفاده‌های فراوانی را شامل می‌شود. آلومینیوم اکسید با نام‌هایی مانند آلومینا، آلوندوم، آلوکسایت و آلوکساید شناخته می‌شود و از انواع مختلفی برخوردار است که عبارتند از:

آلومینای کلسینه

این ماده در زمان حرارت هیدروکسید آلومینیوم (در زمان حرارت 1100 درجه سانتی‌گراد) ساخته می‌شود و برای محصولات دیرگداز و سرامیکی مناسب است. این نوع از آلومینیوم اکسید شامل ناخالصی اکسید سدیم است.

آلومینای تبولار

این ماده از بلوری کردن مجدد آلومینیوم اکسید تشکیل می‌شود و با نام تبولار شناخته می‌شود. شکل ظاهری این ماده به صورت کریستال‌های بزرگ، ورقه‌ای و پهن از ساختار کرندوم است. این ماده در دمای ذوب 1700 تا 1850 درجه سانتی‌گراد تشکیل می‌شود و در صنایع دیرگداز ریختنی و شکل‌دار کاربرد دارد.

آلومینای فعال

این آلومینیوم اکسید از خالصی نسبتا خوب و کریستال‌های کوچکی برخوردار است و با نام راکتیو یا فعال نیز شناخته می‌شود. دمای ساختار بدنه‌ای این آلومینا حدود 1550 تا 1650 درجه سانتی‌گراد است. این ماده در هنگام ذوب چگالی پایین و بعد از آن چگالی بالایی دارد و برای ساخت پایه کاتالیزور و کاتالیزورها، ماده‌ای مناسب به شمار می‌رود.

آلومینای متخلخل

این ماده از چگالی پایین و تخلخل بسته بالایی برخوردار است و به دلیل داشتن خواصی مانند عایقی و سبک بودن در ساخت جرم‌های ریختنی عایق کاربرد دارد.

آلومینای ذوبی

این ماده به دلیل چگالی بالا، نفوذپذیری پایین، تخلخل پایین و دیرگدازی بالا در تولید انواع ساینده و دیرگداز مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده با استفاده از کوره‌های قوس الکتریکی ساخته می‌شود.

کاربرد آلومینا

آلومینا کاربردهای مختلفی را در صنایع گوناگون دارد که به برخی از آن‌ها در زیر اشاره شده است:

1. تولید پوشش

استفاده فراوان در صنعت سرامیک برای ساخت پوشش‌ها و لعاب‌ها کاربرد دارد.

2. مواد مغناطیسی

به دلیل غیرمغناطیسی بودن عایقی در برابر جرقه است توانایی تخلیه بار الکتریکی چند صد هزار ولتی را دارد و در ساخت پایه شمع خودرو و پرسلان (نوعی سرامیک نفوذناپذیر) کاربرد دارد.

3. سایش و برش

برای تولید تیغه‌های فلزی، سمباده، ابزارهای برشی و غیره کاربرد دارد.

4. قطعات دیرگداز

برای تولید بلوک و لوله‌های نسوز، غلاف ترموکوپل و بوته ریخته گری آلومینیایی کاربرد دارد.

5. قطعات دی الکتریک

به دلیل هدایت الکتریکی و ثابت دی الکتریک بالا در پایه مدارها کاربرد دارد.

6. صنعت نساجی

به دلیل سطح صیقلی و غیراصطکاکی آن هدایت‌کننده‌ای مناسب برای الیاف نساجی به شمار می‌رود.

7. ایمپلنت دندانپزشکی

به دلیل سازگاری این ماده با بدن و مقاومت در برابر خوردگی و سایش در ساخت ایمپلنت کاربرد دارد.

خواص و مشخصات آلومینا

آلومینا استفاده‌ای پرکاربرد در صنایع دارد که دلیلی استفاده آن وجود ویژگی‌های خاص آن است. ساخت قطعات پیچیده در اندازه‌های مختلف و نیاز به ماده‌ای که در برابر سایش‌های شدید مقاوم باشد و تغییر شکل ندهد نیاز استفاده از آلومینیوم اکسید را افزایش داده است. ویژگی‌هایی که موجب اهمیت بالای آلومینیوم اکسید شده عبارتند از:

• استحکام و مقاومت بالا در برابر تغییر شکل ناشی از فشارهای زیاد
• سختی بالا در برابر وارد شدن ضربه‌های شدید به آن
• مقاومت بالا در برابر سایش در هنگام برش‌کاری و ماشین‌کاری قطعات
• آلومینیوم اکسید مقاومت بالایی را در برابر حملات شیمیایی قوی (قلیایی و اسیدی) حتی در دماهای بالا را دارد
• رسانای گرمایی بالایی دارد که با وجود ثابت نبودن عدد آن، پایداری خوبی در بالا بودن این رسانایی دارد
• مقاومت بالایی در برابر جوشکاری و شک‌های حرارتی دارد
• نقطه جوش بالا که اهمیت استفاده آن را در صنایع مختلف افزایش داده است
• عایق الکتریکی قوی، حتی در دماهای بالا
• در برابر فرکانس‌های اشعه مایکروویو شفاف است
• به دلیل فراوانی آن در طبیعت به راحتی قابل دسترس است و از نوسانات قیمتی پایینی برخوردار است

تولید آلومینا

مراحل تولید آلومینا شامل چند مرحله است که در ابتدا بوکیست را خوردشده و شسته‌شده را در سود سوزآور حل می‌کنند تا ماده‌ای به نام دوغابی تشکیل شود. این ماده حاوی 30 تا 55 درصد آلومینا است و در دمای 110 تا 270 درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود. سپس ماده گرم شده را از فیلتری عبور می‌دهند که از آن محلولی شیمیایی و سمی به نام گل قرمز باقی می‌ماند.

هیدروکسید آلومینیوم (محلول باقی‌مانده) در مخازنی منتقل می‌شود و فرآیند رسوب‌‌گذاری شروع می‌شود. با خنک شدن ماده، دانه‌هایی ایجاد می‌شود که سبب تشکیل بلورهای جامد هیدروکسید آلومینیوم می‌شود.

سپس برای از بین بردن آب اضافی هیدروکسید آلومینیوم، سود سوزآور باقی‌مانده را بعد از عبور از فیلترهای مختلف می‌شورند و گرم می‌کنند. با خنک شدن آن پودری سفید و ریز تولید می‌شود که آلومینا نام دارد.

سخن پایانی

آلومینیوم اکسید پودری سفید و سرامیکی است که با نام آلومینا شناخته می‌شود و ترکیبی از آلومینیوم و اکسیژن است. این ماده به دلیل خواصی مانند مقاومت بالا در برابر خوردگی و سایش کاربرد فراوانی در صنایع دارد.

از کاربردهای مهم آن تولید ایمپلنت، بلوک، سرامیک و عایق‌های مختلف الکتریکی است که کاربرد و تاثیرات مهمی در زندگی بشر دارد. همین دلایل کافیست تا اهمیت بالای فلز آلومینیوم را برای کشورهای مختلف صنعتی جهان نشان دهد.