디스플레이 기술의 혁신을 촉진하고 새로운 에너지 솔루션에 대한 희망을 불러일으키고 자동차 산업을 업그레이드하고 반도체 돌파구를 가속화할 수 있는 작은 물질을 상상해보세요.컴퓨터 성능을 새로운 수준으로 끌어올릴 수도 있습니다.이것은 공상 과학이 아니라 고순도 알루미늄으로 이루어진 현실입니다.
알루미나 (Al2O3) 는 겉으로 보기에는 평범한 물질이지만, 그 뛰어난 물리적, 화학적 특성으로 인해 수많은 산업 분야에서 중요한 역할을 합니다.마모성그러나 알루미나 알루미나는 순수도율이 99.99 이상인 경우99%의 균일한 미세먼지, 기본 재료에서 고성능 부품으로 변해 고압 나트륨 램프 튜브, 사피어 시계 표면, 고강도 세라믹 도구,마그네틱 테이프 가열제.
최근 몇 년 동안, 디스플레이 재료, 에너지, 자동차, 반도체,그리고 컴퓨팅은 고순도 알루미나 수요의 폭발적인 증가로 이어졌습니다.이 시장 수요를 충족시키기 위해, 수미토모 화학은 독자적인 알루미늄 알코산화 수분분해 과정을 통해 고순도 알루미나 대량 생산을 성공적으로 달성했습니다.1981년에 연간 250톤의 생산량을 가진 첫 공장 설립 이후, 수미토모 화학은 지속적으로 생산을 확장하여 2004년까지 연간 1,500톤에 도달했습니다.회사는 또한 다양한 응용 요구 사항에 맞춘 고품질 알루미나 분말을 개발했습니다..
고 순수 알루미나를 생산하기 위해 여러 산업 방법이 있지만, 아모니아 알루미늄의 열 분해, 알루미늄 암모늄 탄산 (AACH) 의 열 분해와 같은알루미늄의 수중 분출, 그리고 증기 단계 산화~알루미늄 알코산 수분 분석 방법은 독특한 장점으로 돋보인다.이 공정 은 알루미늄 금속 과 알코올 에서 고 순수성 알루미늄 알코산 을 합성 하는 것 을 포함한다, 수분 된 알루미나를 형성 할 수 있도록 수분화하고, 마지막으로 고 순수 알루미나를 얻기 위해 연소합니다.
알 + 3ROH → 알 ((OR) 3 + 3/2H2 (1)
2Al ((OR) 3 + 4H2O → Al2O3·H2O + 6ROH (2)
알2O3·H2O → 알2O3 + H2O (3)
이 방법의 핵심은 알루미늄 알코산의 증류 정화와 건조 과정에서 단단한 집적물의 형성을 방지하기 위해 수분 분석 조건의 엄격한 통제에 있습니다.알루미늄 알코산이 급속히 수분화되기 때문에, 그것은 쉽게 분산하기 어려운 집적물을 형성하는 미세한 수분 알루미나 입자를 생성하는 경향이 있습니다.
수분화된 알루미나 (보히마이트와 같이) 가 연화되면, 최종적으로 고온 안정성 α-Al2O3로 변환되기 전에 γ, δ, θ-Al2O3를 포함한 중간 단계로 통과합니다.이 중간 단계 알루미나 입자는 일반적으로 초미세합니다., 단 수십 나노미터의 크기를 측정합니다. 중간 단계의 알루미나에서 α-Al2O3로 전환하려면산소 포장 구조를 재배치하기 위해 200°C (큐브 밀접 포장 / 육각형 밀접 포장)이 변환의 속도 결정 단계는 α-fase 핵의 형성이며, 핵 밀도는 상대적으로 낮습니다. 핵이 형성되면인근 중간 단계 알루미나에서 질량 이전으로 인해 곡물의 빠른 성장이 발생합니다., 미크론 크기의 dendritic α-Al2O3 입자를 생성합니다.
미세하고 균일한 크기의 α-Al2O3 입자를 얻기 위해서는 연소 과정에서 온도 분포를 균일하게 유지하고 불균형 핵화를 일으키는 요인을 제거하는 것이 중요합니다.그리고 가능한 가장 낮은 온도에서 단계 변환을 완료연구 결과에 따르면 α-fase 변환 온도는 씨앗 결정 추가, 연소 대기에서의 수증기 부분 압력 및 원소 불순물에 의해 크게 영향을 받는다..α-Al2O3 씨앗 결정을 추가하면 핵화와 성장을 위한 저에너지 사이트를 제공합니다.대기의 물 함량은 표면 확산을 증진시키고 중간 단계 알루미나에서 곡물 성장을 가속화합니다.이 요소들은 함께 α-fase 변환의 활성화 에너지를 감소시켜 필요한 변환 온도를 낮추게 된다.
정밀히 통제된 수분분해, 건조,소화과정은 일반적으로 집적되어 있으며 좁은 입자 크기의 분포를 달성하기 위해 집적 해제를 필요로합니다.구슬 밀링, 진동 밀링, 제트 밀링 및 습한 미디어 밀링을 포함한 다양한 방법이 deagglomeration에 사용될 수 있습니다. 알루미나 세라믹 응용 프로그램에서,집적 물질은 녹색 물체에서 지역 불일체성을 유발하고 시너지 제품에서 잔류 포로를 남길 수 있습니다.특히 고압 나트륨 램프용 투명한 알루미나 세라믹에서 잔류 포는 빛 전달을 감소시킵니다.집적 물질은 표면 매끄러움을 감소시키고 작동 중 자기 머리를 손상시킬 수 있습니다., 전자기 변환 특성을 저하시킨다. 고 순수 알루미나 분말의 집적 물질을 최소화하는 정제 과정을 통해,수미토모 화학은 다양한 용도로 적합한 분자를 개발했습니다..
고 기능적 인 서브 미크론 및 나노 입자에 대한 수요가 증가함에 따라 효율적인 제트 밀링 및 습한 미디어 밀링 기술이 발전했습니다. 일반적으로,분말 분해는 조심스럽게 처리해야합니다. 소형 원자 입자는 반응 분해와 오염을 방지하기 위해 더 많은 주의가 필요합니다.생산 조건에 대한 정확한 통제를 통해, 수미토모 화학은 다양한 전문 용도로 고 순수 알루미나 분자를 만들었습니다.
고 순수 알루미나는 기술 발전에 따라 계속 확장되는 광범위한 응용 프로그램을 찾습니다. 아래에서 우리는 사피어 단일 결정, 플라스마 디스플레이 패널 (PDP),자동차 배기가스 센서, 반도체 제조.
수 십 년 동안, 원료 로 γ-Al2O3 를 사용하여 화염 융합 방법 으로 생산 된 사피르 단일 결정 은 그 우수한 특성 으로 인해 보석 및 시계 표면 에 가치 를 부여 해 왔다.,화염에 녹아있는 사파이어는 희미한 결정성을 가지고 있기 때문에 응용이 제한됩니다.가장자리 정의 필름 공급 성장 (EFG) 방법은 산업용 확장성을 가진 고 결정성 사파이어를 생산하기 위해 등장했습니다.EFG에서 자라는 사파이어는 현재 고 밝기 빛 방출 다이오드 (LED) 및 액체 결정 프로젝터에서 편광기의 지지판의 기판으로 널리 사용됩니다.특히 높은 밝기의 LED에서, 백색 LED는 광고 조명, 디스플레이, 자동차 헤드 라이트 및 가정 조명, 특히 휴대 전화 백 라이트, 현재 주요 응용 프로그램에서 광범위한 채택을 보게 될 것으로 예상됩니다.
LED 장치는 기판에 GaN (III-V 화합물) 크리스탈을 재배하여 제조됩니다.사파이어는 GaN와 긴 격자 일치 및 결정 성장 온도에서 예외적인 열 안정성 때문에 이상적인 기판으로 사용됩니다.사파이어 시작 재료는 고 순도뿐만 아니라 물 흡수를 최소화해야합니다. 물은 2,000 ° C 이상의 고온 녹화 과정에서 몰리브덴 크라이블을 산화 할 수 있습니다.프로세스에 α-Al2O3를 지속적으로 공급할 때, 입자는 장비의 막힘을 방지하기 위해 서로 융합을 피해야합니다.~ 2mm 입자 크기의 구형 고 순수 알루미나 AKQ-10는 이러한 요구 사항을 충족시키고 사파이어 시작 재료로 널리 사용됩니다.초크랄스키 단일 결정 성장 기법의 최근 개선은 원료에서 더 높은 포장 밀도를 요구하여 산업 생산성을 향상 시켰습니다.이러한 필요에 대응, 수미토모 화학은 사파이어 시작 재료에 대한 새로운 고밀도 α-Al2O3를 개발하여 최적화된 입자 밀도와 크기 분포를 통해 2.0g/cm3 포장 밀도를 달성했습니다.
플라즈마 디스플레이 패널 (PDP) 은 더 얇고 가벼운 장치를 가능하게 하는 크고 얇고 평면 디스플레이로 주목을 받았습니다.PDP는 진공 자외선 (VUV) 빛으로 147 nm (Xe 엑시머 방사선에서) 및 172 nm (Xe 공명선) 에서 광소를 흥분시켜 작동합니다.마찬가지로, LCD 백라이트에 사용되는 콜드 캐토드 형광등에서, 빨간색, 녹색, 파란색 광소는 수은 원자로부터 254nm 자외선으로 흥분됩니다.상업적으로 사용되는 파란색 인산 BaMgAl10O17:Eu2+ (BAM) 는 가장 안정적이지 않은 것으로 알려져 있습니다. 패널 제조 중 과열 및 PDP 작동 중 VUV 노출은 BAM의 발광 강도를 저하시킬 수 있으며 색소 변화를 일으킬 수 있습니다.연구 는 밝기 를 향상 시키고 퇴화 저항성 을 향상 시키는 일 이 계속 되고 있다.
BAM과 같은 알루미나이트 광소는 일반적으로 고순도의 알루미나를 Ba, Mg, Eu 화합물과 플루오라이드 흐름과 혼합하여 고체 반응 방법으로 연연하여 제조됩니다.이 과정은 복잡합니다.예를 들어, 전통적인 플루오라이드 플럭스 폼포스는 넓은 크기의 분포를 가진 사각형 혈소판을 형성하는 동안, Oshio et al.합성 된 구형 알루미나트 인화염소, 크기와 모양이 불액 알루미나 시작 분말과 일치합니다.이 구형 광소는 5% 더 높은 밝기와 더 나은 열 안정성을 제공하면서 색소에서 전통적인 제품과 일치합니다.알루미나트 광소는 차세대 디스플레이의 핵심 재료가 되면서, 수요가 증가할 것으로 예상됩니다. 고 순수 알루미나는 광소 특성을 제어하는 데 중요한 역할을합니다.그리고 수미토모 화학은 이러한 애플리케이션을 위해 맞춤형 알루미나 분자를 계속 개발합니다..
엔진 연소를 제어하는 데 사용되는 공기/연료 비율 (A/F) 센서 시장은 빠르게 확장되고 있습니다.A/F 센서는 연료 주입을 정확하게 조절하기 위해 배기가스에서 산소와 잔류 불태우지 않은 가스 농도를 감지합니다.제안된 A/F 센서 디자인은 부분적으로 안정된 지르코니아 (산소 이온 전도체) 와 알루미나 기판 (전기 단열 및 높은 열 전도성) 을 결합합니다.이 구성 요소들을 통합하기 위해, 진료는 재료 간의 일치하는 수축 속도와 열 팽창 계수를 수용해야합니다.열 확장 차이 를 최소화 하는 것 은 작동 중 인트라피스 균열 을 방지 하기 위해 매우 중요합니다.또한, 지르코니아 및 알루미나 기판 모두 높은 밀도와 미세한 곡물 크기를 필요로 한다. 알루미나의 저온 시너링 특성을 개선하는 것은 이러한 요구를 충족시키는 데 도움이 된다.작은 원자 입자가 시너지 시작 온도를 낮추는 동안, 그들은 또한 녹색 밀도를 감소시키고 합금 밀도를 손상시키는 단단한 집적물을 형성 할 수 있습니다.수미토모 화학은 낮은 온도 sintering에 최적화 된 다양한 sinterable α-Al2O3 분자를 개발했습니다..
반도체 및 LCD 제조 장비는 우수한 플라스마 경식 저항을 위해 α-Al2O3 구성 요소를 광범위하게 사용합니다.수미토모 화학의 미세 입자 수미코룬드®를 사용하면서 틈새와 불순물을 줄이는또한 알루미늄, 니켈, 크롬, 아연, 지르코늄 및 그 합금에 플라즈마 분사 알루미나 코팅의 수요가 증가하고 있습니다.반도체 도구 코팅은:
단일 결정과 큰 입자 α-Al2O3 Sumicorundum®는 이러한 요구 사항을 충족시키고 수요가 증가할 것으로 예상됩니다.
나노 스케일 α-Al2O3는 가러미, 세라믹 및 정밀 분리막에서 새로운 응용 프로그램을 잠금 할 준비가 된 새로운 물질을 나타냅니다.
초미세 α-Al2O3는 알루미나의 경직성을 활용하여 정밀 밀링 및 닦을 수 있습니다.수미토모 화학의 HIT 시리즈는 자기 테이프 첨가물 및 금속/플라스틱 가려기 물질을 위한 가장자리 모양의 입자를 가지고 있습니다.테이프가 얇은 자기층 (<100 nm) 과 더 얇은 자기 나노 입자를 향해 진화함에 따라 α-Al2O3 나노 입자를 통합하는 것은 마모 저항성과 머리 청소 성능에 필수적입니다.화학 기계 닦기 (CMP) 에 사용 되는 나노 스케일 가시제 에 대한 연구 는 계속 되고 있다.
나노 입자 집적 방지 및 녹색 체 결함을 최소화 함으로써 고밀도 미세 곡물 sintering을 가능하게 합니다.99%의 상대 밀도와 미크론 이하의 곡물을 공을 깎아 나노 스케일 α-Al2O3로 시너링하여 1수미토모 화학의 습기 처리 나노 스케일 알루미나는 1,250°C에서 3.95g/cm3 (99.2% 밀도) 를 달성합니다.
α-Al2O3 포러스막은 화학/열성 저항 때문에 초필트레이션 및 가스 분리에 사용됩니다. 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 cells· 막 구조는 일반적으로 α-Al2O3 중간층이 실리카, 제올라이트 또는 팔라디움 수소 분리층으로 덮여있는 α-Al2O3 튜블러지 지원을 갖추고 있습니다.증기는 γ-Al2O3 곡물 성장/변화를 촉진합니다., α-Al2O3 대안에 대한 관심을 유발합니다. 연구 결과에 따르면 나노 스케일 α-Al2O3 매료는 10 ∼60 nm 포로와 40% 포러스성막을 생성하고, α/γ-Al2O3 혼합물은 2 ∼50 nm 포로를 생성합니다.더 얇은 원자 입자는 더 작은 포스 크기를 가능하게합니다 (16 nm까지), 가스 분리를 넘어 정밀 필터레이션에 적용이 확장됩니다.
논의된 바와 같이, 고 순수 알루미나 (high purity alumina) 는 제어된 입자 크기, 모양 및 분포를 가진 변형 물질로 디스플레이, 에너지, 자동차, 반도체 및 컴퓨팅 분야에서 혁신을 주도합니다..증가하는 수요로 인해 재료 생산자는 알루미나 분말 성능을 지속적으로 향상시켜야합니다. 특히 나노 스케일 입자 분산 기술은 미래의 돌파구에 결정적입니다.앞으로 나아갈 것, 표적 프로세스 개발 및 다운스트림 통합은 알루미나의 주목할만한 잠재력을 더욱 확장시킬 것입니다.
