कल्पना कीजिए कि एक छोटी सामग्री जो डिस्प्ले तकनीक में नवाचार को चला सकती है, नई ऊर्जा समाधानों के लिए आशा को प्रज्वलित कर सकती है, ऑटोमोटिव उद्योग को उन्नत कर सकती है, अर्धचालक सफलताओं को तेज कर सकती है,और यहां तक कि कंप्यूटर के प्रदर्शन को नई ऊंचाइयों पर ले जानेयह विज्ञान कथा नहीं है बल्कि उच्च शुद्धता वाले एल्युमिनियम से प्राप्त वास्तविकता है।
एल्युमिनियम (Al2O3) एक साधारण सामग्री है, जो अपने असाधारण भौतिक और रासायनिक गुणों के कारण कई उद्योगों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।पहनने के प्रतिरोधी, और संक्षारण प्रतिरोधी है, जो इसे अग्निरोधी सामग्री, स्पार्क प्लग, एकीकृत सर्किट सब्सट्रेट आदि के निर्माण के लिए आदर्श बनाता है।99% समान बारीक कणों के साथ, यह एक बुनियादी सामग्री से एक उच्च प्रदर्शन घटक में बदल जाता है, उच्च दबाव वाले सोडियम लैंप ट्यूबों, नीलमणि घड़ी सतहों, उच्च शक्ति वाले सिरेमिक उपकरणों के लिए आवश्यक हो जाता है,और चुंबकीय टेप घर्षण.
हाल के वर्षों में, प्रदर्शन सामग्री, ऊर्जा, ऑटोमोटिव, अर्धचालक,और कंप्यूटिंग ने उच्च शुद्धता वाले एल्यूमीनियम की मांग में विस्फोटक वृद्धि की हैइस बाजार की जरूरत को पूरा करने के लिए सुमितोमो केमिकल ने अपनी मालिकाना एल्यूमीनियम अल्कोक्साइड हाइड्रोलिसिस प्रक्रिया के माध्यम से उच्च शुद्धता वाले एल्यूमिना के बड़े पैमाने पर उत्पादन को सफलतापूर्वक प्राप्त किया है।वर्ष 1981 में 250 टन की वार्षिक क्षमता के साथ अपना पहला कारखाना स्थापित करने के बाद से, सुमितोमो केमिकल ने लगातार उत्पादन का विस्तार किया है, जो 2004 तक प्रति वर्ष 1,500 टन तक पहुंच गया है।कंपनी ने विभिन्न अनुप्रयोग आवश्यकताओं के अनुरूप उच्च गुणवत्ता वाले एल्यूमिना पाउडर भी विकसित किए हैं.
जबकि उच्च शुद्धता वाले एल्यूमीनियम का उत्पादन करने के लिए कई औद्योगिक विधियां मौजूद हैं, जैसे कि अमोनिया अलम का थर्मल अपघटन, एल्यूमीनियम एमोनिया कार्बोनेट का थर्मल अपघटन (AACH),एल्यूमीनियम का पानी के नीचे स्पार्क डिस्चार्ज, और वाष्प-चरण ऑक्सीकरण, एल्यूमीनियम अल्कोक्साइड हाइड्रोलिसिस विधि अपने अनूठे फायदे के लिए बाहर खड़ा है।इस प्रक्रिया में एल्यूमीनियम धातु और अल्कोहल से उच्च शुद्धता वाले एल्यूमीनियम अल्कोक्साइड का संश्लेषण शामिल है, इसे हाइड्रेटेड एल्यूमिना बनाने के लिए हाइड्रोलाइज किया जाता है, और अंत में उच्च शुद्धता एल्यूमिना प्राप्त करने के लिए इसे कैल्सीनिंग किया जाता है।
Al + 3ROH → Al(OR) 3 + 3/2H2 (1)
2Al(OR) 3 + 4H2O → Al2O3·H2O + 6ROH (2)
Al2O3·H2O → Al2O3 + H2O (3)
इस पद्धति की कुंजी एल्यूमीनियम अल्कोक्साइड के आसवन शुद्धिकरण और सूखने के दौरान कठोर एग्लोमेरेट के गठन को रोकने के लिए हाइड्रोलिसिस स्थितियों के सख्त नियंत्रण में निहित है।चूंकि एल्यूमीनियम अल्कोक्साइड तेजी से हाइड्रोलिसिस करता है, यह बारीक हाइड्रेटेड एल्यूमिना कणों का उत्पादन करता है जो आसानी से विखण्डित करने में मुश्किल एग्लोमेरेट बनाते हैं।
जब हाइड्रेटेड एल्यूमिना (जैसे बोहेमाइट) को कैल्सीनेट किया जाता है, तो यह अंततः उच्च तापमान स्थिर α-Al2O3 में बदलने से पहले γ, δ, और θ-Al2O3 सहित मध्यवर्ती चरणों से गुजरता है।ये मध्यवर्ती चरण एल्यूमीनियम कण आमतौर पर अति-नाजुक होते हैंमध्यवर्ती चरण के एल्युमिनियम से α-Al2O3 में संक्रमण के लिए 1,100 से अधिक तापमान की आवश्यकता होती है।ऑक्सीजन पैकिंग संरचना को फिर से व्यवस्थित करने के लिए 200 डिग्री सेल्सियस (घन घन बंद पैकिंग / हेक्सागोनल बंद पैकिंग)α-चरण नाभिकों का गठन इस परिवर्तन में गति निर्धारित करने वाला कदम है, और नाभिकों का घनत्व अपेक्षाकृत कम है। एक बार नाभिकों का गठन होने के बाद, नाभिकों का घनत्व बहुत कम होता है।आसपास के मध्यवर्ती चरण के एल्यूमीनियम से द्रव्यमान हस्तांतरण के कारण अनाज की तेजी से वृद्धि होती है, जिसके परिणामस्वरूप माइक्रोन आकार के डेंड्रिटिक α-Al2O3 कण होते हैं।
ठीक, समान आकार के α-Al2O3 कणों को प्राप्त करने के लिए, कैल्सीनेशन के दौरान समान तापमान वितरण बनाए रखना, असमान न्यूक्लेएशन के कारण कारकों को समाप्त करना,और सबसे कम संभव तापमान पर चरण परिवर्तन पूराअनुसंधान से पता चलता है कि α-चरण परिवर्तन तापमान बीज क्रिस्टल के अतिरिक्त, जल वाष्प आंशिक दबाव में कल्सिनेशन वायुमंडल, और तत्व अशुद्धियों से काफी प्रभावित होता है।.α-Al2O3 बीज क्रिस्टल को जोड़ने से न्यूक्लिएशन और विकास के लिए कम ऊर्जा वाले स्थान उपलब्ध होते हैं,जबकि वायुमंडलीय जल सामग्री सतह प्रसार को बढ़ाता है और मध्य-चरण एल्यूमिना में अनाज के विकास में तेजी लाता हैएक साथ, ये कारक α-चरण परिवर्तन की सक्रियण ऊर्जा को कम करते हैं, जिससे आवश्यक परिवर्तन तापमान कम हो जाता है।
α-Al2O3 कणों को सावधानीपूर्वक नियंत्रित हाइड्रोलिसिस, सुखाने,और ज्वलन प्रक्रियाएं आम तौर पर संचित होती हैं और संकीर्ण कण आकार वितरण प्राप्त करने के लिए विघटन की आवश्यकता होती हैविभिन्न विधियों, जिसमें बॉल मिलिंग, कंपन मिलिंग, जेट मिलिंग और गीले मीडिया मिलिंग शामिल हैं, को डीएग्लूमेरेशन के लिए नियोजित किया जा सकता है।एग्लोमेरेट्स ग्रीन बॉडीज में स्थानीय असमानता का कारण बन सकते हैं और सिंटर किए गए उत्पादों में अवशिष्ट छिद्र छोड़ सकते हैंविशेष रूप से उच्च दबाव वाले सोडियम लैंप के लिए पारदर्शी एल्यूमिना सिरेमिक में, अवशिष्ट छिद्र प्रकाश पारगम्यता को कम करते हैं। चुंबकीय टेप अनुप्रयोगों के लिए,एग्लोमेरेट्स सतह की चिकनाई को कम करते हैं और ऑपरेशन के दौरान चुंबकीय सिर को नुकसान पहुंचा सकते हैंउच्च शुद्धता वाले एल्यूमिना पाउडर में एग्लोमेरेट को कम करने के लिए शोधन प्रक्रियाओं द्वारा,सुमितोमो केमिकल ने विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त पाउडर विकसित किए हैं.
उच्च कार्यात्मक उपमाइक्रोन और नैनोकणों की बढ़ती मांग के साथ, कुशल जेट मिलिंग और गीले मीडिया मिलिंग प्रौद्योगिकियां आगे बढ़ी हैं।पाउडर डीएग्लूमेरेशन को सावधानी से संभालना चाहिए छोटे प्राथमिक कणों को अभिकर्मक एग्लूमेरेशन और संदूषण को रोकने के लिए अधिक ध्यान देने की आवश्यकता होती हैउत्पादन की परिस्थितियों के सटीक नियंत्रण के माध्यम से सुमितोमो केमिकल ने विभिन्न विशेष उपयोगों के लिए उच्च शुद्धता वाले एल्युमिना पाउडर बनाए हैं।
उच्च शुद्धता वाले एल्यूमीनियम को व्यापक अनुप्रयोग मिलते हैं जो तकनीकी प्रगति के साथ विस्तार करना जारी रखते हैं। नीचे, हम नीलमणि एकल क्रिस्टल, प्लाज्मा डिस्प्ले पैनल (पीडीपी),ऑटोमोबाइल निकास सेंसर, और अर्धचालक विनिर्माण।
दशकों से, लौ संलयन विधि द्वारा उत्पादित नीलमणि एकल क्रिस्टल को कच्चे माल के रूप में γ-Al2O3 का उपयोग करके रत्नों और घड़ियों की सतहों के लिए उनके उत्कृष्ट गुणों के कारण महत्व दिया गया है।,ज्वाला-जला हुआ नीलम को कम क्रिस्टलीयता का सामना करना पड़ता है, जिससे इसका उपयोग सीमित होता है।उच्च क्रिस्टलीयता वाले नीलम को औद्योगिक स्केलेबिलिटी के साथ बनाने के लिए एज-डिफाइंड फिल्म-फीड ग्रोथ (ईएफजी) विधि का उदय हुआईएफजी से उगाया गया नीलम अब व्यापक रूप से उच्च चमक वाले प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) और तरल क्रिस्टल प्रोजेक्टर में ध्रुवीकरण के लिए समर्थन प्लेटों के लिए सब्सट्रेट के रूप में उपयोग किया जाता है।विशेष रूप से उच्च चमक वाले एल ई डी में, सफेद एलईडी को विज्ञापन प्रकाश व्यवस्था, डिस्प्ले, ऑटोमोबाइल हेडलाइट और घरेलू प्रकाश व्यवस्था में व्यापक रूप से अपनाया जाना चाहिए, विशेष रूप से मोबाइल फोन बैकलाइट के लिए, उनका वर्तमान प्राथमिक अनुप्रयोग।
एलईडी उपकरणों को सब्सट्रेट पर गैन (एक III-V यौगिक) क्रिस्टल उगाने से निर्मित किया जाता है।नीलमणि GaN के साथ अपने निकट जाली मैच और क्रिस्टल विकास तापमान पर असाधारण थर्मल स्थिरता के कारण एक आदर्श सब्सट्रेट के रूप में कार्य करता है2. नीलमणि की प्रारंभिक सामग्री न केवल उच्च शुद्धता होनी चाहिए बल्कि पानी के अवशोषण को भी कम करना चाहिए, क्योंकि पानी 2,000 डिग्री सेल्सियस से अधिक उच्च तापमान के पिघलने के दौरान मोलिब्डेनम क्रिजबल को ऑक्सीकृत कर सकता है।जब प्रक्रिया में α-Al2O3 की निरंतर आपूर्ति की जाती है, कणों को एक साथ फ्यूज होने से बचना चाहिए ताकि उपकरण बंद न हो।~ 2 मिमी कण आकार के साथ गोलाकार उच्च शुद्धता एल्यूमीनियम AKQ-10 इन आवश्यकताओं को पूरा करता है और व्यापक रूप से नीलमणि प्रारंभिक सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता हैचोक्राल्स्की एकल क्रिस्टल वृद्धि तकनीकों में हाल के सुधारों ने प्रारंभिक सामग्रियों में उच्च पैकिंग घनत्व की मांग को बढ़ाया है, जिससे औद्योगिक उत्पादकता में वृद्धि हुई है।इन जरूरतों का समाधान, सुमितोमो केमिकल ने नीलम के लिए एक नया उच्च घनत्व वाला α-Al2O3 विकसित किया, जो कि कण घनत्व और आकार वितरण में सुधार के माध्यम से 2.0 ग्राम/सेमी 3 पैकिंग घनत्व प्राप्त करता है।
प्लाज्मा डिस्प्ले पैनल (पीडीपी) ने बड़े, पतले, फ्लैट-पैनल डिस्प्ले के रूप में ध्यान आकर्षित किया है जो पतले और हल्के उपकरणों को सक्षम करते हैं।पीडीपी 147 एनएम (एक्सई एक्सीमर विकिरण से) और 172 एनएम (एक्सई अनुनाद रेखाओं) पर वैक्यूम पराबैंगनी (वीयूवी) प्रकाश के साथ फास्फोरस को उत्तेजित करके काम करते हैंइसी प्रकार एलसीडी बैकलाइट के लिए उपयोग किए जाने वाले कोल्ड कैथोड फ्लोरोसेंट लैंप में, लाल, हरे और नीले फॉस्फोरस पारा परमाणुओं से 254 एनएम पराबैंगनी प्रकाश से उत्तेजित होते हैं। इन फॉस्फोरस में,वाणिज्यिक रूप से उपयोग किया जाने वाला नीला फॉस्फर BaMgAl10O17:Eu2+ (BAM) सबसे कम स्थिर के रूप में जाना जाता है। पैनल निर्माण के दौरान हीटिंग और पीडीपी संचालन के दौरान वीयूवी जोखिम BAM की प्रकाशक तीव्रता को कम कर सकता है और वर्णकता में बदलाव का कारण बन सकता है।चमक बढ़ाने और क्षरण प्रतिरोध में सुधार के लिए अनुसंधान जारी है.
बीएएम जैसे एल्युमिनेट फॉस्फोरस आमतौर पर उच्च शुद्धता वाले एल्यूमिना को बा, एमजी और यू यौगिकों के साथ मिश्रण करके और फ्लोराइड प्रवाह के साथ, फिर ठोस-राज्य प्रतिक्रिया विधि द्वारा कैल्सीनिंग करके निर्मित होते हैं।प्रक्रिया जटिल हैउदाहरण के लिए, जबकि पारंपरिक फ्लोराइड-फ्लक्स फॉस्फोर व्यापक आकार वितरण के साथ वर्ग प्लेटलेट्स बनाते हैं, ओशियो एट अल।संश्लेषित गोलाकार एल्युमिनेट फॉस्फोरस गैर फ्लक्स एल्यूमिना स्टार्टिंग पाउडर के आकार और आकार से मेल खाते हैंये गोलाकार फॉस्फोर पारंपरिक उत्पादों के रंग में मेल खाते हैं जबकि 5% अधिक चमक और बेहतर थर्मल स्थिरता प्रदान करते हैं।जैसे-जैसे अल्युमिनेट फॉस्फोरस अगली पीढ़ी के डिस्प्ले के लिए प्रमुख सामग्री बनते हैंउच्च शुद्धता वाले एल्यूमीनियम फॉस्फर की विशेषताओं को नियंत्रित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।और सुमितोमो केमिकल इन अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित एल्यूमिना पाउडर विकसित करना जारी रखता है.
इंजन दहन को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले वायु-ईंधन अनुपात (ए/एफ) सेंसरों का बाजार तेजी से बढ़ रहा है।ए/एफ सेंसर ईंधन इंजेक्शन को सटीक रूप से विनियमित करने के लिए निकास गैस में ऑक्सीजन और अवशिष्ट अप्रज्वलित गैस सांद्रता का पता लगाते हैंप्रस्तावित ए/एफ सेंसर डिजाइनों में आंशिक रूप से स्थिर जिरकोनिया (ऑक्सीजन आयन कंडक्टर) को एल्यूमीनियम सब्सट्रेट (इलेक्ट्रिकल इन्सुलेशन और उच्च थर्मल चालकता के लिए) के साथ जोड़ा गया है।इन घटकों को एकजुट करने के लिए, सेंटरिंग में सामग्री के बीच संकुचन दरों और थर्मल विस्तार गुणांक को समायोजित करना चाहिए।ऑपरेशन के दौरान इंटरफेस क्रैकिंग को रोकने के लिए थर्मल विस्तार अंतर को कम करना महत्वपूर्ण हैइसके अतिरिक्त, ज़िरकोनिया और एल्यूमिना दोनों सब्सट्रेट को उच्च घनत्व और ठीक अनाज आकार की आवश्यकता होती है। एल्यूमिना के निम्न तापमान सिंटरिंग गुणों में सुधार इन मांगों को पूरा करने में मदद करता है।जबकि छोटे प्राथमिक कणों कम sintering आरंभ तापमान, वे हरे घनत्व को भी कम करते हैं और कठोर एग्लोमेरेट बना सकते हैं जो सिंटर किए गए घनत्व को कम करते हैं।सुमितोमो केमिकल ने निम्न तापमान सिंटरिंग के लिए अनुकूलित विभिन्न सिंटर करने योग्य α-Al2O3 पाउडर विकसित किए हैं.
अर्धचालक और एलसीडी विनिर्माण उपकरण व्यापक रूप से उत्कृष्ट प्लाज्मा संक्षारण प्रतिरोध के लिए α-Al2O3 घटकों का उपयोग करते हैं।सूमीटोमो केमिकल के सूक्ष्म कण सूमीकोरुंडम® का उपयोग करते समय छिद्रों और अशुद्धियों को कम करनाएल्यूमीनियम, निकेल, क्रोमियम, जिंक, जिरकोनियम और उनके मिश्र धातुओं पर प्लाज्मा छिड़काव एल्यूमीनियम कोटिंग्स की मांग भी बढ़ रही है।अर्धचालक उपकरण कोटिंग्स की आवश्यकता होती है:
एकल क्रिस्टल और बड़े कण α-Al2O3 Sumicorundum® इन आवश्यकताओं को पूरा करता है, जिसकी मांग बढ़ने की उम्मीद है।
नैनोस्केल α-Al2O3 एक नई सामग्री का प्रतिनिधित्व करता है जो घर्षण, सिरेमिक और परिशुद्धता पृथक्करण झिल्ली में नए अनुप्रयोगों को अनलॉक करने के लिए तैयार है।
अल्ट्राफाइन α-Al2O3 सटीक पीसने और चमकाने के लिए एल्यूमिना की कठोरता का लाभ उठाती है।सुमितोमो केमिकल की हिट-सीरीज़ में चुंबकीय टेप योजक और धातु/प्लास्टिक घर्षण के लिए किनारे के आकार के कण होते हैंजैसे-जैसे टेप पतली चुंबकीय परतों (<100 एनएम) और बारीक चुंबकीय नैनोकणों की ओर विकसित होते हैं, वे पहनने के प्रतिरोध और सिर-सफाई प्रदर्शन के लिए α-Al2O3 नैनोकणों को शामिल करने के लिए आवश्यक हो जाते हैं।रासायनिक यांत्रिक चमकाने (सीएमपी) के लिए नैनोस्केल घर्षणों पर अनुसंधान जारी है.
नैनोकणों के संचय को रोकना और हरी-शरीर दोषों को कम से कम करना उच्च घनत्व वाले बारीक अनाज के साथ सिंटरिंग को संभव बनाता है।99% सापेक्ष घनत्व और उपमाइक्रोन अनाज को बॉल-फ्राइंग नैनोस्केल α-Al2O3 और 1 पर सिंटर करके प्रदर्शित किया गयासुमितोमो केमिकल का नमी से संसाधित नैनोस्केल एल्यूमिना केवल 1,250 डिग्री सेल्सियस पर 3.95 ग्राम/सेमी3 (99.2% घनत्व) तक पहुंचता है।
α-Al2O3 छिद्रित झिल्ली रासायनिक/तापीय प्रतिरोध के कारण अल्ट्राफिल्ट्रेशन और गैस पृथक्करण में कार्य करती है। Hydrogen separation membranes integrated into steam reforming systems (CH₄ + H₂O → 3H₂ + CO) can lower reaction temperatures (800°C→500°C) while combining production and separation—key for future fuel cellsझिल्ली संरचनाओं में आम तौर पर ट्यूबलर α-Al2O3 समर्थन होते हैं जिनकी γ-Al2O3 मध्यवर्ती परतें सिलिका, ज़ेओलाइट, या पैलाडियम हाइड्रोजन-अलगाव परतों से ऊपर होती हैं।वाष्प γ-Al2O3 अनाज के विकास/परिवर्तन को बढ़ावा देता हैअध्ययनों से पता चलता है कि नैनोस्केल α-Al2O3 स्लरी में 10 ¢ 60 एनएम के छिद्रों के साथ 40% छिद्रता वाले झिल्ली होते हैं, जबकि α/γ-Al2O3 मिश्रण 2 ¢ 50 एनएम के छिद्रों का उत्पादन करते हैं।बारीक प्राथमिक कण छोटे छिद्रों के आकार (16 एनएम तक) को सक्षम करते हैं, गैस पृथक्करण से परे सटीक निस्पंदन तक के अनुप्रयोगों के साथ।
जैसा कि चर्चा की गई है, नियंत्रित कण आकार, आकार और वितरण के साथ उच्च शुद्धता वाले एल्यूमीनियम एक परिवर्तनकारी सामग्री है जो डिस्प्ले, ऊर्जा, ऑटोमोटिव, अर्धचालक और कंप्यूटिंग में नवाचार चलाती है।.बढ़ती मांगों के साथ, सामग्री निर्माताओं को एल्यूमिना पाउडर के प्रदर्शन में लगातार सुधार करना चाहिए। विशेष रूप से, नैनोस्केल कण फैलाव तकनीक भविष्य की सफलताओं के लिए महत्वपूर्ण होगी।आगे बढ़ना, लक्षित प्रक्रिया विकास और डाउनस्ट्रीम एकीकरण एल्यूमिना की उल्लेखनीय क्षमता को और बढ़ाएगा।
