Wysokiej czystości alumina paliwo dla wzrostu przemysłowego następnej generacji

Wyobraźcie sobie mały materiał, który może napędzać innowacje w technologii wyświetlaczy, wzbudzać nadzieję na nowe rozwiązania energetyczne, ulepszać przemysł motoryzacyjny, przyspieszyć przełomy w półprzewodnikach,i nawet popchnąć wydajność komputera do nowych wysokościTo nie jest science fiction, ale rzeczywistość osiągnięta przez wysoką czystość aluminiową.

Alumina: od podstawowej do wyjątkowej

Alumina (Al2O3), pozornie zwykły materiał, odgrywa kluczową rolę w wielu gałęziach przemysłu ze względu na swoje wyjątkowe właściwości fizyczne i chemiczne.odporny na zużycie, odporna na korozję, co czyni ją idealną do produkcji materiałów ogniotrwałych, świec, podłoża układu scalonego i innych.99% z jednolitymi drobnymi cząstkami, przekształca się z podstawowego materiału w komponent o wysokiej wydajności, stając się niezbędny dla lamp sodowych pod wysokim ciśnieniem, powierzchni szafirowych zegarków, narzędzi ceramicznych o wysokiej wytrzymałości,i ścieracze taśmowe magnetyczne.

Rosnące zapotrzebowanie: Złoty wiek wysokiej czystości aluminy

W ostatnich latach gwałtowny rozwój rozwijających się gałęzi przemysłu, takich jak materiały wyświetleniowe, energia, motoryzacja, półprzewodniki,i komputery doprowadziły do gwałtownego wzrostu popytu na wysokiej czystości aluminuAby zaspokoić tę potrzebę rynku, Sumitomo Chemical z powodzeniem osiągnęła produkcję na dużą skalę wysokiej czystości aluminy poprzez własny proces hydrolizy alkoxidu aluminium.Od momentu utworzenia pierwszej fabryki o rocznej mocy 250 ton w 1981 r., Sumitomo Chemical nieustannie zwiększa produkcję, osiągając 1500 ton rocznie do 2004 r.Firma opracowała również wysokiej jakości proszki tlenowe dostosowane do różnych wymagań aplikacyjnych.

Wgląd techniczny: Nauka o hydrolizie tlenku aluminium

Chociaż istnieje kilka metod przemysłowych do wytwarzania aluminium o wysokiej czystości, takich jak rozkład termiczny aluminiowego aluminu, rozkład termiczny węglanu amonu aluminiowego (AACH), rozkład termiczny węglanu amonu aluminiowego (AACH) i rozkład termiczny węglanu amonu aluminiowego (AACH).Wydalanie aluminiowe podwodne, i oksydacji w fazie pary ), metoda hydrolizy alkoxydem aluminium wyróżnia się wyjątkowymi zaletami.Proces ten polega na syntezie wysokiej czystości alkoxidu aluminium z metalu aluminium i alkoholu, hydrolizując go w celu utworzenia hydratowanego glinu glinu, a wreszcie kalcynując go w celu uzyskania glinu glinu wysokiej czystości.

Równania reakcji chemicznych:

Al + 3ROH → Al(OR) 3 + 3/2H2 (1)

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

Al2O3·H2O → Al2O3 + H2O (3)

Kluczem do tej metody jest oczyszczanie alkoxydem aluminium destylacyjnym i ścisła kontrola warunków hydrolizy w celu zapobiegania tworzeniu się twardych aglomeratów podczas suszenia.Ponieważ tlenek aluminium szybko się hydrolizuje, ma tendencję do wytwarzania drobnych, nawodnionych cząstek aluminiowego, które łatwo tworzą aglomeracje trudne do rozproszenia.

Kontrola transformacji fazowej: klucz do precyzyjnej produkcji

Gdy hydratowana glukoza (np. boehmit) jest kalcinowana, przechodzi fazy pośrednie, w tym γ, δ i θ-Al2O3, zanim ostatecznie przekształci się w stabilną w wysokiej temperaturze α-Al2O3.Te cząstki aluminiowe w fazie pośredniej są zazwyczaj ultracienkiePrzejście od aluminy w fazie pośredniej do α-Al2O3 wymaga temperatur powyżej 1,200°C w celu przekształcenia struktury opakowania tlenu (opakowanie sześciokątne/opakowanie sześciokątne)Powstawanie jąder alfa fazowych jest stopniem decydującym o szybkości tej transformacji, a gęstość jąder jest stosunkowo niska.szybki wzrost ziarna występuje ze względu na przenoszenie masy z otaczającej aluminy w fazie pośredniej, w wyniku czego powstają dendrytyczne cząstki α-Al2O3 o wielkości mikronowej.

Aby uzyskać cienkie cząstki α-Al2O3 o jednolitej wielkości, niezbędne jest utrzymanie równomiernego rozkładu temperatury podczas kalcynacji, wyeliminowanie czynników powodujących nierównomierne jądrowanie,i zakończyć transformację fazową w najniższej możliwej temperaturzeBadania pokazują, że na temperaturę przekształcenia fazy α znacząco wpływa dodanie kryształów nasion, ciśnienie częściowe pary wodnej w atmosferze kalcynacji oraz zanieczyszczenia pierwiastkowe..Dodawanie kryształów nasion α-Al2O3 zapewnia niskoenergetyczne miejsca dla nukleacji i wzrostu,natomiast zawartość wody w atmosferze zwiększa dyfuzję powierzchniową i przyspiesza wzrost ziarna w aluminiowej warstwie fazy pośredniejWspólnie te czynniki zmniejszają energię aktywacyjną transformacji fazowej α, obniżając tym samym wymaganą temperaturę transformacji.

Deaglomeracja: zapewnienie optymalnej wydajności

cząstki α-Al2O3 uzyskane przez starannie kontrolowaną hydrolizę, suszenie,procesy kalcynacji są zazwyczaj aglomerowane i wymagają deaglomeracji w celu uzyskania wąskich rozkładów wielkości cząstekW celu deaglomeracji można zastosować różne metody, w tym frezowanie kulkowe, frezowanie wibracyjne, frezowanie strumieniowe i frezowanie mokrych mediów.aglomeracje mogą powodować lokalne niejednorodności w ciałach zielonych i pozostawiać pozostałe pory w produktach spiekanychSzczególnie w przezroczystej ceramike aluminowej do lamp sodowych wysokiego ciśnienia pozostałe pory zmniejszają przepuszczalność światła.aglomeracje zmniejszają gładkość powierzchni i mogą uszkodzić głowice magnetyczne podczas pracyWykorzystując procesy rafinacji w celu zminimalizowania aglomeracji w proszkach aluminiowych o wysokiej czystościSumitomo Chemical opracowała proszki odpowiednie do różnych zastosowań.

Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na wysokofunkcjonalne cząstki podmikronowe i nanocząstki, zaawansowane są efektywne technologie frezowania odrzutowego i frezowania mokrych mediów.Deaglomeracja proszku musi być traktowana ostrożnie, mniejsze cząstki pierwotne wymagają większej uwagi w celu zapobiegania reaglomeracji i zanieczyszczeniuPoprzez precyzyjną kontrolę warunków produkcyjnych, Sumitomo Chemical stworzyła wysokiej czystości proszki aluminowe do różnych specjalistycznych zastosowań.

Rozszerzające się zastosowania: Nieograniczony potencjał aluminium o wysokiej czystości

Wysokiej czystości alumina znajduje szeroki zakres zastosowań, które nadal rozwijają się wraz z postępem technologicznym.czujniki spalin samochodowych, i produkcji półprzewodników.

1Sapphire Single Crystals: The Foundation of LED Lighting (Krystały safiru: podstawa oświetlenia LED)

Od dziesięcioleci pojedyncze kryształy szafiru wytworzone metodą syntezy płomienia przy użyciu γ-Al2O3 jako surowca są cenione w kamieniach szlachetnych i powierzchniach zegarków ze względu na ich doskonałe właściwości.,szafir stopiony ogniem cierpi z powodu słabej krystaliczności, co ogranicza jego zastosowanie.Metody EFG (edge-defined film-fed growth) pozwalają na wytwarzanie szafiru o wysokiej krystaliczności i skalowalności przemysłowejSaphir uprawiany w EFG jest obecnie powszechnie stosowany jako podłoże dla diod emitujących światło o wysokiej jasności (LED) i płytek podtrzymujących dla polaryzatorów w projektoriach ciekłych kryształów.Szczególnie w przypadku diod LED o wysokiej jasności, białe diody LED mają być szeroko stosowane w oświetleniu reklamowym, ekranach, reflektorach samochodowych i oświetleniu domowym, zwłaszcza w oświetleniu tylnym telefonów komórkowych, ich obecnym głównym zastosowaniu.

Urządzenia LED wytwarzane są przez hodowlę kryształów GaN (związek III-V) na podłogach.Sapphire służy jako idealny podłoże ze względu na jego bliskie dopasowanie sieci z GaN i wyjątkową stabilność termiczną w temperaturach wzrostu kryształuMateriały wyjściowe z szafiru muszą być nie tylko o wysokiej czystości, ale również minimalizować wchłanianie wody, ponieważ woda może utleniać żurawie molibdenu podczas topnienia w wysokiej temperaturze powyżej 2000 °C.przy ciągłym dostarczaniu α-Al2O3 do procesu, cząstki muszą unikać łączenia się ze sobą, aby zapobiec zatykania urządzeń.Sferyczna wysokiej czystości alumina AKQ-10 o rozmiarze cząstek ~ 2 mm spełnia te wymagania i jest szeroko stosowana jako materiał wyjściowy szafiruNiedawne ulepszenia w technice wzrostu jednokrystalicznego Czochralskiego zwiększyły zapotrzebowanie na wyższą gęstość pakowania w materiałach wyjściowych, zwiększając wydajność przemysłu.Odpowiedź na te potrzeby, Sumitomo Chemical opracowała nowy wysokiej gęstości α-Al2O3 do materiałów wyjściowych szafiru, osiągając gęstość opakowania 2,0 g/cm3 dzięki zoptymalizowanej gęstości cząstek i rozkładowi wielkości.

2Panele wyświetlacze plazmowe (PDP): przyszłość ekranów wielkowymiarowych

Panele wyświetlacze plazmowe (PDP) zyskały uwagę jako duże, cienkie, płaskie wyświetlacze, które umożliwiają szybsze i lżejsze urządzenia.PDP działają poprzez podniecenie fosforów światłem ultrafioletowym próżniowym (VUV) w 147 nm (z promieniowania ekscymerowego Xe) i 172 nm (linii rezonansu Xe)Podobnie w lampach fluorescencyjnych o zimnej katodzie stosowanych do podświetlenia LCD, czerwony, zielony i niebieski fosfor są pobudzani przez ultrafioletowe światło 254 nm pochodzące od atomów rtęci.wykorzystywany w handlu niebieski fosfor BaMgAl10O17: Eu2+ (BAM) jest znany jako najmniej stabilny. Ogrzewanie podczas produkcji paneli i ekspozycja na promieniowanie VUV podczas pracy PDP mogą obniżyć intensywność świetlności BAM i powodować zmiany chromatyczności.Badania prowadzone są w celu zwiększenia jasności i poprawy odporności na degradację.

Aluminatowe fosfory, takie jak BAM, są zwykle wytwarzane poprzez mieszanie wysokiej czystości glinu z związkami Ba, Mg i Eu plus fluksem fluoru, a następnie kalcynowaniem metodą reakcji w stanie stałym.Proces jest skomplikowany.Na przykład, podczas gdy tradycyjne fosfory fluorowo-płynne tworzą kwadratowe płytki krwi o szerokim rozmiarze, Oshio et al.syntetyczne sferyczne fosfory aluminatu odpowiadające wielkości i kształtowi proszków początkowych aluminiowego niefluxowanegoTe sferyczne fosfory odpowiadają tradycyjnym produktom pod względem chromatyczności, zapewniając jednocześnie o 5% większą jasność i lepszą stabilność termiczną.Ponieważ fosforan aluminatowy staje się kluczowym materiałem dla wyświetlaczy nowej generacjiOczekuje się, że popyt będzie rosnąć.i Sumitomo Chemical kontynuuje opracowywanie dopasowanych proszków aluminowych dla tych zastosowań.

3. Automatyczne czujniki spalin (A/F Sensors): umożliwiające efektywność energetyczną

Rynek czujników stosunku powietrze/paliwo (A/F) ◄używanych do kontroli spalania silnika ◄ szybko się rozwija.Czujniki A/F wykrywają stężenie tlenu i pozostałych niepalonych gazów w spalinie w celu precyzyjnego regulowania wtrysku paliwaProponowane projekty czujników A/F łączą częściowo ustabilizowany cyrkonium (przewodnik jonów tlenu) z substratami aluminiowymi (dla izolacji elektrycznej i wysokiej przewodności cieplnej).Aby zjednoczyć te elementy, spiekanie musi uwzględniać odpowiednie współczynniki kurczenia i współczynniki rozszerzenia termicznego między materiałami.Minimalizowanie różnic rozszerzenia termicznego ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania pękaniu powierzchni podczas pracyDodatkowo zarówno substraty cyrkoniowe, jak i aluminowe wymagają wysokiej gęstości i rozmiaru drobnych ziaren.Podczas gdy mniejsze cząstki pierwotne obniżają temperaturę inicjacji spiekania, zmniejszają one również gęstość zieleni i mogą tworzyć twarde aglomeracje, które pogarszają gęstość spiekania.Sumitomo Chemical opracowało różne spiekalne proszki α-Al2O3 zoptymalizowane do spiekania w niskich temperaturach.

4Produkcja półprzewodników: ochrona w ekstremalnych warunkach

W półprzewodnikowym i LCD sprzęcie produkcyjnym w dużym stopniu wykorzystuje komponenty α-Al2O3 dla lepszej odporności na korozję plazmy.Zmniejszanie porów i zanieczyszczeń podczas stosowania sumikoryndum®Zwiększa się również zapotrzebowanie na powłoki aluminiowe spryskiwane plazmowo na aluminium, niklu, chromu, cynku, cyrkonium i ich stopów.Połowy półprzewodnikowych narzędzi wymagają:

• Wysoka czystość
• Dobra przepływalność dla stabilnego zasilania płomieniem plazmowym
• Utrzymanie kształtu cząstek przed stopieniem
• Całkowite stopienie podczas opryskiwania

Jednokrystaliczny i duży cząstkowy α-Al2O3 Sumicorundum® spełnia te wymagania, a zapotrzebowanie na niego ma wzrosnąć.

Nanoalumina: nowa era w nauce materiałowej

Nanoskala α-Al2O3 stanowi nowy materiał, który może być wykorzystywany w nowych zastosowaniach w ścieraczach, ceramikach i precyzyjnych membranach separacyjnych.

(1) Aplikacje do ścierania

Ultrafinne α-Al2O3 wykorzystuje twardość glinu glinu do precyzyjnego szlifowania i polerowania.Seria HIT firmy Sumitomo Chemical zawiera cząstki o kształcie krawędzi do dodatków do taśm magnetycznych i ścieraczy metalowo-plastikowychPonieważ taśmy ewoluują w kierunku cieńszych warstw magnetycznych (< 100 nm) i drobniejszych nanocząsteczek magnetycznych, włączenie nanocząsteczek α-Al2O3 staje się niezbędne dla odporności na zużycie i czystości głowy.Kontynuuje się badania nad nanoskalowymi ścieraczami do polerowania mechanicznego chemicznego (CMP).

(2) Aplikacje ceramiczne

Zapobieganie aglomeracji nanocząsteczek i minimalizowanie wad zielonych ciał umożliwiają wysoką gęstość spiekania drobnymi ziarnami.wykazano 99% gęstość względną i ziarna podmikronowe poprzez miętanie kulkowe α-Al2O3 w nanoskali i spiekanie w 1W sumitomo chemicalu w mokrej obróbce nanoskalowa alumina osiąga 3,95 g/cm3 (99,2% gęstości) w temperaturze zaledwie 1,250 °C.

(3) Wykorzystanie membrany separacyjnej

Porowate membrany α-Al2O3 służą do ultrafiltracji i separacji gazów ze względu na odporność chemiczną/termiczną. 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 cellsStruktura membranowa zazwyczaj posiada rurowe wsparcie α-Al2O3 z warstwami pośrednimi γ-Al2O3 pokrytymi warstwami separacji wodoru krzemianowego, zeolitu lub paladium.para sprzyja wzrostowi/transformacji ziarna γ-Al2O3Badania pokazują, że nanoskalowe slurry α-Al2O3 wytwarzają 40% porowate błony z porami o długości 1060 nm, podczas gdy mieszaniny α/γ-Al2O3 wytwarzają pory o długości 250 nm.Cienkie cząstki pierwotne umożliwiają mniejsze rozmiary porów (do 16 nm), z zastosowaniami wykraczającymi poza separację gazów do filtracji precyzyjnej.

Jak już wspomniano, wysokiej czystości alumina z kontrolowaną wielkością cząstek, kształtem i rozkładem jest transformacyjnym materiałem napędzającym innowacje w wyświetlaczach, energetyce, motoryzacji, półprzewodnikach i informatyce..W związku z rosnącym zapotrzebowaniem producenci materiałów muszą stale zwiększać wydajność proszku glinu węglowego.Idziemy naprzód., ukierunkowany rozwój procesów i integracja w dalszym ciągu zwiększą niezwykły potencjał aluminium.