1.1 Alumina kristalining tuzilishi
Alyuminiy oksidi nisbatan murakkab tuzilishga ega bo'lib, unda O2- joylashuviga ko'ra ikki toifaga bo'linadi: kubik struktura (fcc) yoki olti burchakli zich o'ralgan struktura (hcp). Ushbu ikkita asosiy toifalar ichida Al3+ asosida keyingi tasniflash mumkin, ular orasida (kubik), ķ (kubik), th (monoklinik) va d (ortorombik) tuzilmalar fcc panjarasiga asoslanadi, (trigonal), k (ortorombik) va ch (olti burchakli) tuzilmalar.
-Al2O3 kristalli strukturasi O2- olti burchakli yaqin{8}}oʻralgan tuzilishga ega, qolgan qismlari oktaedral oraliq joylarni hosil qiladi va Al3+ oraliq joylarning 2/3 qismini toʻldiradi va shu bilan alyuminiy oksidining kimyoviy formulasi -Al2O3 boʻlishini taʼminlaydi. Oktaedral interstitsial saytlarda Al{11}} ni to'ldirish printsipi Pauling qoidalariga javob beradi, ya'ni bir qatlam ichidagi Al3+ va qatlamlar orasidagi masofani iloji boricha uzoqroq tutish kerak [1].
-Al2O3 yana -bo‘laklarga bo‘linadi, masalan, -Al2O3 va sharsimon -Al2O3. Yong'oq-Al2O3 kabi -Al2O3 kosmosda ikki o'lchovli planar tuzilmani ko'rsatadi, qalinligi kichik va katta diametri-qalinlik nisbati. Odatda uchta usul bilan tayyorlanadi: nam kimyo, qattiq{18}}holat reaktsiyasi va erigan tuz usuli. Sferik -Al2O3 strukturasi asosan uch oʻlchovli fazoda joylashadi va uning ikki oʻlchovli yoʻnalishdagi oʻsishini tayyorlash jarayonida bostirish kerak, shuning uchun bu yerda bir hil yogʻingarchilik, gidrotermik usul, tomchilatib toʻplash usuli, shablon usuli, purkash usuli va plazma elektroliz kabi usullardan asosan foydalaniladi. Sferik -Al2O3 tayyorlash nisbatan qiyinroq.
-Al2O3 kristall strukturasi O2 ning kubik yaqin joylashishi bilan tavsiflanadi- va shu bilan oktaedr strukturani hosil qiladi. Bu struktura keyinchalik shpinel strukturasiga aylanadi, unda 32 kubik zich joylashgan O atomlari birlik hujayrani tashkil qiladi. Shpinel strukturasida 32 O atomi 8 ta tetraedral bo'shliqni va 16 ta oktaedral bo'shliqni hosil qiladi, ularda 67/3 alyuminiy atomlari bo'shliqlarda tasodifiy taqsimlanadi, 8/3 bo'sh joylar mavjud [2].
-Al2O3 kristall strukturasining oʻziga xos xususiyati uning yuqori oʻziga xos sirt maydoni va keng tarqalgan faol markazlaridadir. Tegishli katalitik haroratlarda bu material yaxshi barqarorlikni namoyish etadi. Shuning uchun -Al2O3 katalizatorlari yuqori selektivligi tufayli sanoat va ilmiy tadqiqotlarda keng qoʻllash istiqbollariga ega.
-Al2O3 aluminaning eng barqaror kristall shaklidir, boshqa kristall shakllari esa beqaror va oʻtish fazalari deb ataladi. Bu o'tish fazalari oxir-oqibat ma'lum sharoitlarda barqaror -Al2O3 tuzilishiga aylanadi, shuning uchun -Al2O3 ham aluminaning yakuniy transformatsiya bosqichidir. Shuning uchun tabiatda faqat -Al2O3 tabiiy korund, yoqut va sapfir kabi tabiiy minerallar shaklida mavjud. Bu struktura korund kristalli strukturasi deb ham ataladi [3-4].
1.2 Aluminali keramika
Alumina keramikasi yuqori samarali-keramika materialidir. Zo'r jismoniy va kimyoviy xossalari tufayli ular yuqori harorat, yuqori quvvat, yuqori aşınma qarshilik va yuqori izolyatsiya kabi og'ir muhitlarda keng qo'llaniladi. Ularning rivojlanish tarixi 19-asrning oxiriga to'g'ri keladi. Yuqori kuch va qattiqlik tufayli alumina keramikasi eng mashhur oksidli keramikalardan biridir. Shu bilan birga, umumiy mexanik, elektr va optik xususiyatlari tufayli alumina keramikasi ko'plab zamonaviy sanoat sohalarida qo'llaniladi.
Alumina keramikasi yuqori qattiqlikka ega, Rockwell qattiqligi HRA80-90 bo'lib, u olmosdan keyin ikkinchi o'rinda turadi. Alumina keramikasining aşınma qarshiligi marganets po'latiga nisbatan 266 baravar va yuqori-xromli quyma temirga nisbatan 171,5 baravarga teng. Xuddi shu ish sharoitida uskunaning ishlash muddatini kamida o'n barobarga uzaytirishi mumkin. Alumina keramika materialining zichligi 3,7 ~ 3,95 g / sm³ ni tashkil qiladi, bu po'latdan faqat yarmini tashkil etadi, bu esa uskunaning yukini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin. Shu bilan birga, u yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, yaxshi qarshilik va issiqlik barqarorligi va kichik dielektrik doimiyligi kabi afzalliklarga ham ega. Bu mikroelektron qurilmalar va tizimlarning yangi avlodi uchun afzal qilingan material boʻlib, aerokosmik, 5G aloqasi, yuqori quvvatli yarimoʻtkazgichlar va yuqori quvvatli LED yoritgichlar kabi sohalarda elektron sxemalar uchun asosiy materialga aylandi [5].
Yuqori-tozalikdagi oʻta nozik alumina kukuni tayyorlash texnologiyasi maxsus alumina keramika materiallarining jadal rivojlanishini cheklovchi asosiy omillardan biri boʻlib, sanoat ishlab chiqarishida xarajatlarni kamaytirish va samaradorlikni oshirishning asosiy boʻgʻini hisoblanadi. Yuqori sifatli keramika kukunlarini tayyorlashning yangi usullarini ishlab chiqish keramika materiallari va ular bilan bog'liq yuqori-texnologik sohalarni rivojlantirish uchun katta ahamiyatga ega.
2
Alumina kukunini tayyorlash texnologiyasi
2.1 Alumina prekursorlarining tasnifi
Alyuminiy oksidini tayyorlash odatda tarkibida Al{0}} ionlari yoki organometalik birikmalar bo'lgan eritmalardan cho'ktiriladigan alumina gidratlarining termik parchalanishini o'z ichiga oladi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, bu konversiya jarayoni (masalan, bekmitning -Al2O3 ga suvsizlanishi) topotaktik reaktsiya bo'lib, aluminada prekursorning mikroskopik morfologiyasini saqlab qolish imkonini beradi. Shuning uchun aluminaning xarakteristikalari gidrat prekursori bilan chambarchas bog'liq.
Tuzilishi va suv tarkibidagi farqlarga ko'ra, alumina prekursorlari asosan gibbsit, bayerit, nordstrandit va diasporani o'z ichiga oladi, ular orasida diaspora diaspora va boehmitga bo'linadi. Gibbsit tropik mintaqalarda boksitning asosiy tarkibiy qismidir. Tijoriy Bayer jarayonining yakuniy mahsuloti sifatida u Al{2}} gidroksidi cho'kmasi orqali keng miqyosda ishlab chiqariladi va olovga chidamli, polimerlar va qog'ozlar uchun qo'shimchalar, tish pastasini to'ldiruvchi va titan dioksidi uchun stabilizator sifatida keng qo'llaniladi. Gibbsitning kristall strukturasi monoklinik tizimga tegishli bo'lib, alyuminiy{4}}kislorodli oktaedralar qatlamli tuzilish hosil qilish uchun qirralar bilan bog'langan va ikki-qatlamli stacking tartibini AB BA AB BA sifatida ifodalash mumkin.... Boehmit, shuningdek, psevdomite{7}}boeh deb ham ataladi. Uni xom ashyo sifatida gibbsit yordamida gidrotermal sintez qilish yoki bayeritni nazorat ostida qovurish orqali olish mumkin. Boehmit ortorombik tizimga tegishli boʻlib, alyuminiy{10}}kislorod oktaedralari qirralar bilan bogʻlangan va bosqichma-bosqich joylashtirilgan va uning qatlamlari vodorod bogʻlari bilan bogʻlangan. Oktaedral tuzilishda kislorod atomlari ABC ABC tarzida joylashtirilgan....
Turli alyuminiy gidroksid prekursorlari orasida psevdo{0}}boehmit nisbatan past kristallilikka ega gidrat turi hisoblanadi. U yuqori oʻziga xos sirt maydoni, koʻp gözenekler, musbat zaryadlangan sirt, suvda va gidroksil{2}}oʻz ichiga oluvchi erituvchilarda oson tarqalish va kislotali sharoitda jelning yaxshi eruvchanligi bilan ajralib turadi. Bu xususiyatlar psevdo{4}}boehmitni katalizator tashuvchisi va bog'lovchi sifatida keng qo'llashga imkon beradi va u faollashtirilgan alumina ishlab chiqarish uchun muhim oraliq mahsulotdir [6].
2.2 Alumina kukunini tayyorlash usullari
2.2.1 Gaz fazasi usuli
Gaz fazasi usuli to'g'ridan-to'g'ri gazdan foydalanadi yoki turli xil isitish usullari orqali reaktivlarni bug'laydi, bu esa gaz holatida fizik-kimyoviy reaktsiyalarning paydo bo'lishiga olib keladi va nihoyat, ultra nozik kukunlarni hosil qilish uchun kondensatsiyalanadi. Ushbu turdagi usul yumshoq reaktsiya sharoitlariga ega, aglomeratsiyani oson nazorat qiladi, zarrachalarning yaxshi tarqalishi, kichik zarracha hajmi va tor taqsimlanishi; kamchiligi juda past rentabellikdir va ishlab chiqarish xarajatlarini nazorat qilish qiyin.
Gaz fazasi usulida xomashyo reaksiyadan oldin to'liq bug'lanishi kerak, bu juda ko'p energiya sarflaydi va reaktsiya juda past namlik bilan ko'p miqdorda inert gazni talab qiladi, bu esa gaz fazasi usuli uchun nisbatan yuqori narxga olib keladi.
Kimyoviy bug'larni cho'ktirish (CVD) nano-alyuminiy oksidini tayyorlash uchun keng qo'llaniladigan gaz fazali usuldir. Bu usul alyuminiy xlorid va suv bug'idan alyuminiy oksidi nano kukuni hosil qilish uchun reaksiya kamerasida reaksiyaga kirishadi. Keng tarqalgan CVD usullari olovli CVD, lazerli piroliz CVD va boshqalarni o'z ichiga oladi. Xan Shizhong va boshqalar. [7] sferik nano{10}}alyuminiy kukunini olish uchun 1000 daraja va 5,3 kPa kislorodli muhitda reaksiyaga kirishib, plazma organometalik CVD orqali oʻrtacha zarracha hajmi 5,6 nm boʻlgan yuqori{6}}soflikdagi alumina kukuni tayyorladi.
2.2.2 Suyuqlik fazasi usuli
Suyuq faza usuli alyuminiy tuzlarini ma'lum bir erituvchida eritib, erituvchi va erituvchini bug'lanish, sublimatsiya qilish, cho'kma qo'shish, gidroliz va boshqa usullar bilan ajratish, ma'lum shakl va o'lchamdagi zarrachalarni olish, ya'ni Al2O3 kukunining prekursorini tayyorlash va nihoyat, prekursorni isitish va parchalashni o'z ichiga oladi.
Birinchidan, alyuminiy element eritmada ion shaklida mavjud va alyuminiy sulfat, alyuminiy sek-butoksid va natriy metaalyuminat kabi alyuminiy tuzlari orqali triklorometil, etanol va toluol kabi organik erituvchilar yoki suv erituvchilarda eritilishi mumkin. Keyinchalik, alyuminiy ionlari alyuminiy tuzlarini gidrolizlash va bug'lanish kabi usullar yoki ammoniy karbonat, natriy gidroksid, karbamid va sulfat kislota kabi cho'ktiruvchilar yordamida kovalent oksidlar shaklida cho'ktirilishi va cho'ktirilishi mumkin. Nihoyat, cho'kma yuviladi va quritiladi yoki kerakli alumina kristalli shaklini olish uchun yuqori haroratda kaltsiylanadi [8-9].
Spray Piroliz texnologiyasi
Olovli buzadigan amallar piroliz texnologiyasi sifatida ham tanilgan buzadigan amallar piroliz texnologiyasi 400 ° ~ 800 ° haroratda isitiladigan va parchalanadigan ultratovushli mikron{0}}o'lchamdagi aerozol tomchilariga asoslangan o'ta nozik alumina kukunini tayyorlash usulidir. Laine va boshqalar. [10] buzadigan amallar piroliz texnologiyasidan foydalangan holda koʻp fazali alumina kukunini muvaffaqiyatli tozalab, zarracha oʻlchami 50 nm~80 nm va -fazali tozaligi 50%~85% boʻlgan yuqori{6}}soflikdagi nano{7}}alyuminiy oksidi kukunini oldi.
Alkoksid gidroliz usuli
Alkoksid gidroliz usuli suvda eruvchan alyuminiy tuzidan stexiometrik nisbatlarga muvofiq eritma tayyorlashni, so‘ngra cho‘kma hosil qilish uchun metall ionlari bilan reaksiyaga kirisha oladigan cho‘ktiruvchini tanlashni va nihoyat, o‘ta nozik kukun olish uchun cho‘kmani isitish va suvsizlantirishni o‘z ichiga oladi [11]. Umumiy alkoksid gidroliz usullariga oltingugurt-emissiyasi-erkin alyuminiy ammoniy sulfat usuli va alyuminiy ammoniy karbonat usuli va boshqalar kiradi [12-13].
Zhong Lianyun va boshqalar. [14] nano{2}}Al2O3 kukunini ko-choʻktirish usulida tayyorlash uchun asosiy xom ashyo sifatida analitik toza alyuminiy nitrat va ammoniy bikarbonatdan foydalangan. Tayyorlangan nano-Al2O3 kukunining o'rtacha zarracha hajmi 20 nm ~ 30 nm edi. PEG6000 sirt faol moddasini qoʻshish -Al2O3 kukunining dispersiya samaradorligini oshirdi.
Yaxshilangan Bayer jarayoni
Bayer jarayoni alyuminiy gidroksidni natriy aluminatiga aylantirish uchun konsentrlangan natriy gidroksid eritmasidan foydalanib, alyuminiy gidroksidini natriy aluminatiga aylantirish, so‘ngra cho‘ktirish yo‘li bilan erimaydigan moddalarni ajratish va nihoyat, suyultirish va alyuminiy gidroksidi qo‘shish yo‘li bilan alyuminiy gidroksidini qayta cho‘ktirish, so‘ngra aluminiy gidroksidini qo‘shish, so‘ngra rogidratlanish yo‘li bilan cho‘ktirish Bayer jarayonidan foydalaniladi. kukun.
So'nggi yillarda Bayer jarayonini doimiy ravishda takomillashtirish orqali samarali quritishning yangi usullari ishlab chiqildi [15]. Takomillashtirilgan Bayer jarayoni asosan natriy gidroksidni tayyorlash va natriyni olib tashlashni yaxshilaydi, natriy aluminatda desilikatsiya va temirni olib tashlashni amalga oshiradi va yuqori-toza alyuminiy gidroksidni olish uchun parchalanish sharoitlarini tartibga soladi. Ushbu jarayon davomida alyuminiy gidroksid asta-sekin cho'kadi, g'ayritabiiy kristall yadrolarning paydo bo'lishini samarali ravishda kamaytiradi, shuningdek, natriy va kremniy aralashmalarining kiritilishini kamaytiradi. Nihoyat, yuqori-tozalikdagi alumina yuqori haroratda-kalsinlash va maydalash orqali olinadi.
Sol-Gel usuli
Sol{0}}gel usuli nano-alyuminiy oksidini sintez qilishning oddiy va samarali usuli hisoblanadi. Dastlab zol va gelga aylanadigan choʻktirish usulidan farqli oʻlaroq, alyuminiy tuzlari va yuqori-soflikdagi amin yoki ammoniy tuzi eritmalari gidrolizga yoki polimerlanishga oʻtib, prekursor gel hosil qiladi, soʻngra alkogol-yuviladi, qariydi va alyuminiy oksidi kukunini olish uchun kalsinlanadi.
Ayrim tadqiqotchilar anʼanaviy sol{0}}gel usuli asosida texnik yaxshilanishlarni ham amalga oshirdilar. Masalan, Chju Zuoyuan [16] yuqori tozalikdagi oʻta nozik alumina kukunini tayyorlash uchun metall alkoksidi gidrolizning gibrid jarayoni va sol{3}}gel usulini qoʻlladi. Birinchidan, tozaligi 2N dan katta yoki unga teng bo'lgan alyuminiy kukuni alyuminiy alkoksid eritmasini sintez qilish uchun qizdirildi, erimaydigan zarracha aralashmalar mikrofiltratsiya orqali olib tashlandi va qarishdan keyin gidroliz amalga oshirildi. Distillash yo'li bilan quruq jel olindi va nihoyat, yuqori-tozalikdagi alumina kukuni yuqori haroratda kalsinlash orqali olindi.
Alyuminiy alkoksid usuli
Alyuminiy alkoksid usuli alkoksid gidroliz usulining texnologik iteratsiyasiga tegishli. Bu alyuminiy izopropoksidni hosil qilish uchun reaktsiya uchun izopropanol eritmasiga metall alyuminiy parchalarini qo'shishni, so'ngra gidratlangan alumina hosil qilish uchun alyuminiy izopropoksidini gidrolizlashni va qarish, filtrlash, quritish va suvsizlanishni faollashtirish kabi bosqichlardan so'ng, nihoyat nisbatan yuqori sinterlash faolligi bilan alumina kukunini olishni o'z ichiga oladi.
Yang Conglin va boshqalar. [17] yuqori-saf alyuminiy alkoksidini sintez qilish uchun xom ashyo sifatida metall alyuminiy va uglerod spirtidan foydalangan va alkoksid gidrolizi yoʻli bilan gidratlangan alumina tayyorlagan, yuqori uskuna talablari bilan vakuumli distillash jarayonini yoʻqotgan va nihoyat tozaligi yuqori boʻlgan 5N-yuqori{5}}oʻta nozik alumina kukuniga nisbatan yuqori tozaligi yoki tozaligi yuqori kukunga ega boʻlgan. 99,999% va zarracha hajmi 0,1 mkm ~ 0,3 mkm. Ushbu usul bilan tayyorlangan alumina kukuni yuqori tozalikka ega va mahsulotning kuchli nazorat qilinishi bilan tayyorlash jarayoni oddiy.
2.2.3 Qattiq faza usuli
Qattiq faza usuli - bu ikki yoki undan ortiq kukunni aralashtirish va ma'lum harorat va atmosfera ostida to'g'ridan-to'g'ri reaksiyaga kirishib, nano-alyuminiy oksidi hosil qilish usulidir.
Mexanik maydalash usuli
Mexanik maydalash usuli xom ashyoni toʻgʻridan-toʻgʻri maydalash va oʻta nozik kukunga aylantirish uchun turli oʻta nozik maydalagichlardan (yuqori{0}}energiyali sharli tegirmonlar, sayyora sharli tegirmonlar, minorali tegirmonlar, reaktiv tegirmonlar va boshqalar) foydalanadi. Ular orasida yuqori-energiyali shar tegirmonlari keng qo'llaniladi. Ular alumina kukunini suvda yoki alkogolli muhitda mexanik ravishda maydalab, yuqori-tozalikdagi o‘ta nozik alumina kukunini tayyorlashadi. Bilye tegirmonining tebranishi va aylanishi orqali xom ashyoga energiya beriladi, bu xom ashyoning qattiq to'plar tomonidan kuchli ta'sirlanishiga, mayda zarrachalarga ezilishiga yoki kimyoviy reaktsiyalarga kirishishi uchun faollashishiga olib keladi va shu bilan o'ta nozik kukunni tayyorlaydi.
Detonatsiya usuli
Detonatsiya usuli alyuminiy oksidi kukunini tayyorlash uchun qattiq-faza usuli sifatida ham ishlatilishi mumkin. Bu usul doimiy{2}}hajmli idish ichida yonish reaksiyalarini amalga oshiradi va katta miqdorda gaz hosil qiladi. Shuning uchun lahzali reaktsiya ko'pincha yuqori bosim ostida davom etadi, reaktivlarning to'yingan bug' bosimini bostiradi va normal bosim ostida fazaga o'tish haroratini oshiradi, bu esa bir fazali metastabil alumina kukunining barqaror shakllanishiga yordam beradi. Detonatsiya usuli ishlab chiqarish uskunalariga yuqori talablarga ega, ishlab chiqarish jarayonini qiyin nazorat qilish, past rentabellik va nisbatan yuqori ishlab chiqarish narxiga ega.
Peng va boshqalar. [18] glisin{2}}alyuminiy nitrat tizimining pH qiymatini nazorat qilish orqali turli detonatsiya natijalarini oldi. Natijalar shuni ko'rsatdiki, ishqoriy muhit don hajmini samarali nazorat qilishi, amorf fazalar ulushini kamaytirishi va o'ziga xos sirt maydonini oshirishi mumkin, shu bilan birga turli darajadagi aglomeratsiya pH 6 dan kam yoki unga teng bo'lgan muhitda sodir bo'ladi.
3
Xulosa
Yuqori-soflikdagi oʻta nozik alumina kukuni oʻzining ilgʻor fizik va kimyoviy xossalari tufayli alumina kukunini qoʻllash stsenariylarini ancha kengaytirdi va zamonaviy ilgʻor ishlab chiqarishda asosiy xom ashyo hisoblanadi. Hozirgi vaqtda Xitoyda yuqori{2}}tozalikdagi ultra nozik alumina kukunini ishlab chiqarishning asosiy usullari murakkab jarayonlar, texnik sharoitlarni qiyin nazorat qilish, yuqori narx va jiddiy ifloslanish kabi kamchiliklarga ega. Xitoy iqtisodiyotining uzluksiz rivojlanishi bilan yuqori-tozalikdagi o'ta nozik aluminaga talab ortib boradi va kelajakdagi uskunalarning aniqligi, tayyorlash jarayonlari, nazorat qilish texnologiyasi, energiya tejash va atrof-muhitni muhofaza qilish talablari ham yuqori va yuqori bo'ladi.