آلومینیوم با طهارت بالا سوخت رشد صنعتی نسل بعدی است

یک ماده کوچک را تصور کنید که می تواند نوآوری در فناوری نمایش را تحریک کند، امید را برای راه حل های انرژی جدید روشن کند، صنعت خودرو را ارتقا دهد، پیشرفت های نیمه هادی را تسریع کند،و حتی عملکرد کامپیوتر را به ارتفاعهای جدید می رسانداین داستان علمی تخیلی نیست بلکه واقعیت است که توسط آلومینیوم با خالصیت بالا به دست آمده است.

آلومینیوم: از پایه به استثنایی

آلومینیوم (Al2O3) ، یک ماده ظاهراً معمولی، به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی استثنایی خود، نقش مهمی در بسیاری از صنایع دارد.مقاوم به پوشیدن، و مقاوم در برابر خوردگی است که آن را برای تولید مواد آتش گیر، چراغ قوه، زیربناهای مدار یکپارچه و بیشتر ایده آل می کند.99٪ با ذرات نازک یکسانی، از یک ماده پایه به یک قطعه با عملکرد بالا تبدیل می شود و برای لوله های لامپ سدیم با فشار بالا، سطوح ساعت سفیر، ابزار سرامیکی با قدرت بالا ضروری می شود.و آسیاب های نوار مغناطیسی.

افزایش تقاضا: عصر طلایی آلومینیوم با خلوص بالا

در سال های اخیر، توسعه سریع صنایع نوظهور مانند مواد نمایش، انرژی، خودرو، نیمه هادی،و محاسبات منجر به رشد انفجاری در تقاضا برای آلومینیوم با خلوص بالابرای پاسخگویی به این نیاز بازار، Sumitomo Chemical با موفقیت تولید در مقیاس بزرگ آلومینا با پاکیزه بودن بالا را از طریق فرآیند هیدرولیز آلومینیوم الکساید اختصاصی خود به دست آورده است.از زمان تاسیس اولین کارخانه خود با ظرفیت سالانه 250 تن در سال 1981، شرکت شیمیایی سومیتومو به طور مداوم تولید خود را گسترش داده است و تا سال 2004 به 1500 تن در سال رسیده است.این شرکت همچنین پودرهای آلومینیوم با کیفیت بالا را برای نیازهای کاربردی مختلف توسعه داده است.

بینش فنی: علم پشت هیدرولیز آلومینیوم آلککسید

در حالی که روش های صنعتی مختلفی برای تولید آلومینیوم با خلوص بالا وجود دارد، مانند تجزیه حرارتی آلومینیوم آمونیوم، تجزیه حرارتی آلومینیوم آمونیوم کربنات (AACH) ،تخلیه جرقه ای از آلومینیوم در زیر آب، و اکسیداسیون فاز بخار، روش هیدرولیز آلکوسید آلومینیوم با مزایای منحصر به فرد خود برجسته است.این فرآیند شامل سنتز آلکسید آلومینیوم با طهارت بالا از فلز آلومینیوم و الکل است، هیدرولیز آن برای تشکیل آلومینا هیدراته شده، و در نهایت آن را برای بدست آوردن آلومینا با خالصیت بالا کالسین کنید.

معادلات واکنش شیمیایی:

Al + 3ROH → Al(OR) 3 + 3/2H2 (1)

2Al ((OR) 3 + 4H2O → Al2O3·H2O + 6ROH (2)

Al2O3·H2O → Al2O3 + H2O (3)

کلید این روش در تصفیه تقطیر آلکوسید آلومینیوم و کنترل دقیق شرایط هیدرولیز برای جلوگیری از تشکیل تجمعات سخت در هنگام خشک شدن است.از آنجایی که آلومینیوم الکسید به سرعت هیدرولیز می شود، تمایل به تولید ذرات آلومینیوم هیدراته نازک دارد که به راحتی تجمع های دشوار را تشکیل می دهد.

کنترل تحول فاز: کلید تولید دقیق

هنگامی که آلومینیوم هیدراته شده (مانند بوهمیت) کالسین می شود، مراحل میانگین از جمله γ، δ و θ-Al2O3 را قبل از تبدیل به درجه حرارت بالا به α-Al2O3 تبدیل می کند.این ذرات آلومینیوم فاز متوسط معمولا فوق العاده نازک هستند، که اندازه اش فقط ده ها نانومتر است. انتقال از آلومینیوم فاز متوسط به α-Al2O3 نیاز به دماهای بالاتر از 1،0 °C دارد.200°C برای تنظیم مجدد ساختار بسته بندی اکسیژن ( بسته بندی نزدیک مکعب/ بسته بندی نزدیک شش گوشه ای)شکل گیری هسته های فاز α مرحله تعیین کننده سرعت این تحول است و تراکم هسته نسبتا کم است.رشد سریع دانه به دلیل انتقال جرم از آلومینیوم فاز متوسط اطراف رخ می دهد.، که منجر به ذرات دندریتک α-Al2O3 در اندازه میکرو می شود.

برای به دست آوردن ذرات نازک α-Al2O3 با اندازه یکنواخت، ضروری است که توزیع درجه حرارت را در طول سوختگی حفظ کنید، عوامل ایجاد کننده هسته نامناسب را از بین ببرید،و فرگشت فاز را در پایین ترین دمای ممکن تکمیل کنید.تحقیقات نشان می دهد که دمای تبدیل مرحله α به طور قابل توجهی تحت تاثیر اضافه شدن کریستال دانه، فشار جزئی بخار آب در جو سوختگی و ناخالصی های عنصر است..اضافه کردن کریستال های دانه α-Al2O3 باعث ایجاد مکان های کم انرژی برای هسته سازی و رشد می شود.در حالی که محتوای آب جوی باعث افزایش انتشار سطح می شود و رشد دانه ها را در آلومینیوم فاز متوسط تسریع می کند.این عوامل در کنار هم انرژی فعال سازی از تبدیل مرحله α را کاهش می دهند و در نتیجه دمای تبدیل مورد نیاز را کاهش می دهند.

از همگرا شدن: اطمینان از عملکرد بهینه

ذرات α-Al2O3 که از طریق هیدرولیز دقیق کنترل شده، خشک کردن،و فرآیند کالسیناسیون به طور معمول تجمع یافته است و نیاز به از هم گسیختگی برای دستیابی به توزیع اندازه ذرات باریک دارد.روش های مختلفی از جمله آسیاب توپ، آسیاب لرزش، آسیاب جت و آسیاب رسانه مرطوب می تواند برای از هم پاشیدن استفاده شود.سنگ شکن ها می توانند ناهمگونی های محلی را در اجسام سبز ایجاد کنند و منافذ باقی مانده را در محصولات سینتر شده باقی بگذارند.به ویژه در سرامیک های آلومینیوم شفاف برای لامپ های سدیم با فشار بالا، منافذ باقیمانده انتقال نور را کاهش می دهند.سنگ شکن ها سطح صاف را کاهش می دهند و می توانند در طول کار به سر های مغناطیسی آسیب برسانندبا استفاده از فرایندهای تصفیه برای به حداقل رساندن تجمع در پودرهای آلومینیوم با خالصیت بالا،شرکت شیمیایی سومیتومو پودرهای مناسب برای کاربردهای متنوعی را توسعه داده است.

با افزایش تقاضا برای ذرات فرعی و نانوذرات بسیار کاربردی، فن آوری های آسیاب جت کارآمد و آسیاب رسانه های مرطوب پیشرفت کرده اند.پاکسازی گرد و غبار باید با دقت انجام شود ۰ ذرات اولیه کوچکتر نیاز به توجه بیشتری برای جلوگیری از reagglomeration و آلودگی دارنداز طریق کنترل دقیق شرایط تولید، Sumitomo Chemical پودرهای آلومینیوم با طهارت بالا را برای کاربردهای تخصصی مختلف ایجاد کرده است.

کاربردهای رو به گسترش: پتانسیل نامحدود آلومینیوم با خلوص بالا

آلومینیوم با خلوص بالا کاربردهای گسترده ای دارد که با پیشرفت تکنولوژیک گسترش می یابد. در زیر نقش آن را در کریستال های تک سفیر، پانل های نمایش پلاسما (PDPs) ،سنسورهای گازی خودرو، و تولید نیمه هادی.

1کریستال های انفرادی سفیر: پایه نورپردازی LED

برای دهه ها، کریستال های تک سفیر تولید شده از طریق روش فیوژن شعله با استفاده از γ-Al2O3 به عنوان یک ماده خام به دلیل خواص عالی خود برای سنگهای قیمتی و سطوح ساعت ارزش گذاری شده است.,سفیر ذوب شعله از کریستالیت ضعیف رنج می برد که کاربرد آن را محدود می کند.روش رشد فیلم تغذیه شده (EFG) برای تولید سفیر با بلوری بالا با مقیاس پذیری صنعتی ظهور کردسفیر تولید شده توسط EFG در حال حاضر به طور گسترده ای به عنوان زیربنایی برای دیودهای تولید کننده نور (LED) درخشان و صفحات پشتیبانی برای قطب افشان در پروژکتورهای کریستال مایع استفاده می شود.به خصوص در لامپ های روشنایی بالااز این رو، انتظار می رود که ال ای دی های سفید در نورپردازی تبلیغات، نمایشگاه ها، چراغ های جلو خودرو و نورپردازی خانه، به ویژه برای نورپردازی پشت تلفن همراه، کاربرد اصلی فعلی خود، به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گیرند.

دستگاه های LED با رشد کریستال های GaN (یک ترکیب III-V) بر روی بستر ساخته می شوند.سفیر به دلیل تطابق نزدیک شبکه با GaN و ثبات حرارتی استثنایی در دمای رشد کریستال به عنوان یک بستر ایده آل عمل می کندمواد اولیه ی سفیر نه تنها باید خالص باشند، بلکه جذب آب را نیز به حداقل می رسانند، زیرا آب می تواند در هنگام ذوب شدن در دمای بالا بیش از 2000 درجه سانتیگراد، گلوله های مولیبدن را اکسید کند.هنگامی که α-Al2O3 به طور مداوم به فرآیند عرضه می شود، ذرات باید از ادغام با یکدیگر برای جلوگیری از انسداد تجهیزات اجتناب کنند.آلومینیوم AKQ-10 کروی با طهارت بالا با اندازه ذرات ~ 2 میلی متر این الزامات را برآورده می کند و به طور گسترده ای به عنوان یک ماده اولیه سفیر استفاده می شودپیشرفت های اخیر در تکنیک های رشد تک کریستال Czochralski تقاضا برای تراکم بسته بندی بالاتر در مواد اولیه را افزایش داده است و بهره وری صنعتی را افزایش می دهد.پاسخگويي به اين نيازها، Sumitomo Chemical یک α-Al2O3 با تراکم بالا برای مواد اولیه زپیر توسعه داد، که از طریق تراکم ذرات بهینه شده و توزیع اندازه، تراکم بسته بندی 2.0 g / cm3 را به دست می آورد.

2صفحه نمایش پلازما: آینده صفحه نمایش بزرگ

پانل های نمایش پلاسما (PDPs) به عنوان صفحه نمایش های بزرگ، نازک و مسطح که دستگاه های باریک و سبک تر را امکان پذیر می کنند، توجه زیادی به خود جلب کرده اند.PDP ها با تحریک فوسفورها با نور ماوراء بنفش خلاء (VUV) در 147 nm (از تابش اکسیمر Xe) و 172 nm (خط های رزونانس Xe) کار می کنندبه طور مشابه، در لامپ های فلورسنت کاتود سرد که برای چراغ های LCD استفاده می شوند، فسفرهای قرمز، سبز و آبی توسط نور ماوراء بنفش 254 نانومتری از اتم های جیوه تحریک می شوند.فسفر آبی که در تجارت استفاده می شود BaMgAl10O17: Eu2 + (BAM) شناخته شده است که حداقل پایدار است. گرم کردن در طول تولید پانل و قرار گرفتن در معرض VUV در طول عملیات PDP می تواند شدت نورپردازی BAM را کاهش دهد و باعث تغییر رنگ شود.تحقیقات در مورد افزایش روشنایی و بهبود مقاومت در برابر تخریب ادامه دارد.

فسفرهای آلومینیات مانند BAM به طور معمول با مخلوط آلومینا با خالصیت بالا با ترکیبات Ba، Mg و Eu به علاوه جریان فلوراید تولید می شوند و سپس با روش واکنش جامد کالسین می شوند.پروسه پیچیده ستبه عنوان مثال، در حالی که فسفرهای سنتی فلوراید فلوکس پلاکت مربع با توزیع اندازه گسترده را تشکیل می دهند، Oshio et al.فوسفورهای آلومینیات کروی مصنوعی که اندازه و شکل پودرهای اولیه آلومینیوم غیر فلوکس شده را دارنداین فوسفورهای کروی با محصولات سنتی در رنگ برابر هستند در حالی که 5٪ روشنایی بالاتر و ثبات حرارتی بهبود یافته را ارائه می دهند.به عنوان فسفرهای آلومینیات تبدیل به مواد کلیدی برای نمایش نسل بعدی، انتظار می رود تقاضا افزایش یابد. آلومینیوم با خلوص بالا نقش مهمی در کنترل ویژگی های فسفر دارد.و Sumitomo Chemical همچنان در حال توسعه پودرهای آلومینیوم متناسب با این کاربردهاست.

3سنسورهای خروجی خودرو (سنسورهای A / F): امکان بهره وری انرژی

بازار سنسورهای نسبت هوا به سوخت (A/F) که برای کنترل احتراق موتور استفاده می شوند، به سرعت در حال گسترش است.سنسورهای A/F غلظت اکسیژن و گازهای باقیمانده غیر سوخته را در گازهای خروجی تشخیص می دهند تا تزریق سوخت را با دقت تنظیم کنندطرح های پیشنهادی سنسور A / F ترکیب زرکونیا (یک رسانای یون اکسیژن) با زیربناهای آلومینیوم (برای عایق برق و رسانایی حرارتی بالا) را به صورت جزئی پایدار می کنند.برای یکپارچه کردن این اجزای، سینتر کردن باید نرخ انقباض و ضریب گسترش حرارتی را بین مواد متناسب کند.به حداقل رساندن تفاوت های گسترش حرارتی برای جلوگیری از ترک شدن رابط در طول کار بسیار مهم استعلاوه بر این، هر دو زیربنای زرکونیا و آلومینا نیاز به تراکم بالا و اندازه دانه های خوب دارند. بهبود خواص سینتر کردن آلومینا در دمای پایین به پاسخگویی به این خواسته ها کمک می کند.در حالی که ذرات اولیه کوچکتر دمای شروع سینتر کردن را کاهش می دهند، آنها همچنین تراکم سبز را کاهش می دهند و ممکن است تجمع های سخت را تشکیل دهند که تراکم سینتر شده را کاهش می دهد.Sumitomo Chemical پودرهای مختلف α-Al2O3 را برای سینتر کردن در دمای پایین توسعه داده است.

4تولید نیمه هادی: حفاظت در محیط های شدید

تجهیزات تولید نیمه هادی و LCD به طور گسترده از اجزای α-Al2O3 برای مقاومت بهتر در برابر خوردگی پلاسما استفاده می کنند.کاهش منافذ و ناخالصی ها در حالی که با استفاده از ذرات نازک Sumicorundum® از Sumitomo Chemicalهمچنین تقاضا برای پوشش آلومینیوم، نیکل، کروم، روی، زرکونیوم و آلیاژ های آنها به صورت پلاسما در حال افزایش است.پوشش ابزار نیمه هادی نیاز به:

• خالصیت بالا
• قابلیت جریان خوب برای تغذیه پایدار شعله پلاسمایی
• حفظ شکل ذرات قبل از ذوب شدن
• ذوب شدن کامل در طول اسپری

یک کریستال و ذرات بزرگ α-Al2O3 Sumicorundum® این الزامات را برآورده می کند و انتظار می رود تقاضا افزایش یابد.

نانو آلومینه: عصر جدیدی در علم مواد

α-Al2O3 در مقیاس نانو یک ماده جدید است که آماده است کاربردهای جدیدی را در خاشاک ها، سرامیک ها و غشا های جداسازی دقیق باز کند.

(1) استفاده از مواد خیس

α-Al2O3 فوق العاده نازک از سختی آلومینا برای آسیاب و پولیش دقیق استفاده می کند.سری HIT Sumitomo Chemical دارای ذرات شکل لبه ای برای افزودنی های نوار مغناطیسی و آسیاب های فلزی / پلاستیکی استبا تکامل نوارها به سمت لایه های مغناطیسی نازک (<100 نانومتر) و نانوذرات مغناطیسی نازک، گنجاندن نانوذرات α-Al2O3 برای مقاومت در برابر لباس و عملکرد تمیز کردن سر ضروری می شود.تحقیقات در مورد سفت کننده های نانومحله برای پولیش مکانیکی شیمیایی (CMP) ادامه دارد.

(2) کاربردهای سرامیکی

جلوگیری از تجمع نانوذرات و به حداقل رساندن نقص های جسمی سبز امکان سینتر کردن با غلظت بالا با دانه های نازک را فراهم می کند.99٪ تراکم نسبی و دانه های زیر میکروونی را با آسیاب نانو مقیاس α-Al2O3 و سینتر کردن در 1 نشان دادآلومینیوم نانو از سوی Sumitomo Chemical که در درجه حرارت 1250 درجه سانتیگراد پردازش شده است، به 3.95 گرم در سانتی متر 3 (99.2 درصد چگالی) می رسد.

(3) استفاده از غشای جداکننده

غشای متخلخل α-Al2O3 به دلیل مقاومت شیمیایی / حرارتی در بالا فیلتر و جدایی گاز استفاده می شود. 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 cellsساختارهای غشا معمولاً دارای پشتیبانی های لوله ای α-Al2O3 با لایه های میانگین γ-Al2O3 که توسط لایه های جداسازی هیدروژن سیلیس ، زئولیت یا پالادیوم پوشانده شده است.بخار باعث رشد / تبدیل دانه های γ-Al2O3 می شودمطالعات نشان می دهد که خمیر α-Al2O3 در مقیاس نانو 40٪ غشاء های متخلخل با منافذ 1060 نانومتری را تولید می کند، در حالی که مخلوط های α/γ-Al2O3 منافذ 250 نانومتری را تولید می کنند.ذرات اولیه ظریف تر باعث می شود اندازه منافذ کوچکتر (تا 16 نانومتر)، با کاربردهایی که فراتر از جدایی گاز به فیلتر دقیق گسترش می یابد.

همانطور که بحث شد، آلومینیوم خالص با اندازه ذرات کنترل شده، شکل و توزیع، یک ماده تبدیل کننده است که نوآوری را در صفحه نمایش، انرژی، خودرو، نیمه هادی و محاسبات هدایت می کند..با افزایش تقاضا، تولید کنندگان مواد باید به طور مداوم عملکرد پودر آلومینا را بهبود بخشند. به ویژه، فناوری پراکندگی ذرات در مقیاس نانو برای پیشرفت های آینده بسیار مهم خواهد بود.حرکت به جلو، توسعه فرآیند هدفمند و ادغام پایین رودخانه، پتانسیل قابل توجه آلومینیوم را بیشتر گسترش می دهد.