Алюминий высокой чистоты - топливо для промышленного роста следующего поколения

Представьте себе небольшой материал, который может стимулировать инновации в технологии дисплеев, зажечь надежду на новые энергетические решения, модернизировать автомобильную промышленность, ускорить полупроводниковые прорывы,и даже поднять производительность компьютера на новые высотыЭто не научная фантастика, а реальность, достигаемая высокой чистотой алюминия.

Алюминий: от базового до исключительного

Алюминий (Al2O3), кажущийся обычным материалом, играет важную роль во многих отраслях промышленности из-за его исключительных физических и химических свойств.стойкость к износуОднако, когда алюминий достигает уровня чистоты выше 99.99% с однородными мелкими частицами, он превращается из базового материала в высокопроизводительный компонент, становясь необходимым для высокоточных ламп натрия, сапфировых часов, высокопрочных керамических инструментов,абразивы с магнитной лентой.

Рост спроса на высокочистый алюминий

В последние годы быстрое развитие таких развивающихся отраслей, как дисплейные материалы, энергетика, автомобилестроение, полупроводники,и вычисления привели к взрывному росту спроса на высокочистый алюминийЧтобы удовлетворить эту потребность рынка, Sumitomo Chemical успешно добилась крупномасштабного производства высокочистого алюминия с помощью своего собственного процесса гидролиза алюминиевого алькоксида.С момента открытия в 1981 году своего первого завода мощностью 250 тонн в год, Sumitomo Chemical постоянно расширяет производство, достигая 1500 тонн в год к 2004 году.Компания также разработала высококачественные порошки алюминия, адаптированные к различным требованиям применения.

Техническое прозрение: наука гидролиза алкогоксида алюминия

Хотя существует несколько промышленных методов для производства высокочистого алюминия, таких как термическое разложение алюминиевого алюминия, термическое разложение алюминиевого алюминиевого карбоната (AACH),подводный искровой сброс алюминия, и паровой окисления. Метод гидролиза алюминиевого алькоксида отличается уникальными преимуществами.В этом процессе синтезируется высокочистый алькоксид алюминия из алюминиевого металла и алкоголя., гидролизируя его в виде гидратированного алюминия, и, наконец, кальцинируя его для получения высокочистой алюминия.

Уравнения химической реакции:

Al + 3ROH → Al(OR) 3 + 3/2H2 (1)

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

Al2O3·H2O → Al2O3 + H2O (3)

Ключ к этому методу заключается в дистилляционной очистке алкогоксида алюминия и строгом контроле условий гидролиза, чтобы предотвратить образование твердых агломератов во время сушки.Поскольку алюминиевый алькоксид гидролизируется быстро, он имеет тенденцию производить мелкие гидратированные частицы алюминиевого диоксида, которые легко образуют труднодиспергируемые агломераты.

Контроль фазовых преобразований: ключ к точному производству

При кальцинировании гидратированного алюминия (например, боемита) он проходит промежуточные фазы, включая γ, δ и θ-Al2O3, прежде чем окончательно превратиться в высокотемпературный стабильный α-Al2O3.Эти частицы алюминия средней фазы обычно ультратонкие.Переход от промежуточной фазы алюминия к α-Al2O3 требует температуры выше 1 °C.200°C для переустройства структуры упаковки кислорода (кубическая закрытая упаковка / шестиугольная закрытая упаковка)Формирование α-фазных ядер является скоростным этапом в этом преобразовании, а плотность ядер относительно низкая.быстрый рост зерна происходит из-за передачи массы из окружающей промежуточной фазы алюминия, в результате чего получаются дендритные частицы α-Al2O3 микронового размера.

Для получения тонких, равномерных частиц α-Al2O3 необходимо поддерживать равномерное распределение температуры во время кальцинирования, исключать факторы, вызывающие неравномерное нуклеация,и завершить фазовую трансформацию при наименьшей возможной температуреИсследования показывают, что на температуру преобразования α-фазы существенно влияет добавление кристаллов семян, частичное давление водяного пара в атмосфере кальцинирования и элементарные примеси..Добавление α-Al2O3 кристаллов семян обеспечивает низкоэнергетические сайты для нуклеации и роста,В то время как содержание атмосферной воды повышает диффузию поверхности и ускоряет рост зерна в промежуточной фазе алюминияВ совокупности эти факторы уменьшают энергию активации α-фазной трансформации, тем самым снижая требуемую температуру трансформации.

Деагломерация: обеспечение оптимальной производительности

частицы α-Al2O3, полученные путем тщательно контролируемого гидролиза, сушки,и процессы кальцинации обычно агломерируются и требуют деагломерации для достижения узкого распределения размеров частицРазличные методы, включая шаровое фрезирование, вибрационное фрезирование, струйное фрезирование и фрезирование влажной среды, могут быть использованы для деагломерации.Агломераты могут вызывать местные неоднородности в зеленых телах и оставлять остаточные поры в синтезированных продуктах.Особенно в прозрачной глиноземальной керамике для натриевых ламп высокого давления остаточные поры уменьшают проницаемость света.агломераты уменьшают гладкость поверхности и могут повредить магнитные головки во время работы, ухудшающие характеристики электромагнитного преобразования. путем очистки процессов для минимизации агломератов в высокочистых порошках алюминия,Sumitomo Chemical разработала порошки, подходящие для различных применений..

С ростом спроса на высокофункциональные субмикронные и наночастицы, эффективные технологии мельницы в реактивном режиме и мельницы в влажных средах продвинулись.с деаггломерацией порошка необходимо обращаться осторожно ≈ меньшие первичные частицы требуют большего внимания для предотвращения реаггломерации и загрязненияС помощью точного контроля условий производства Sumitomo Chemical создала высокочистые порошки алюминия для различных специализированных применений.

Расширение применения: безграничный потенциал высокочистого алюминия

Высокочистый алюминий находит широкое применение, которое продолжает расширяться с технологическим прогрессом.датчики выхлопных газов автомобилей, и производство полупроводников.

1Сапфировые одиночные кристаллы: основа светодиодного освещения

На протяжении десятилетий однокристаллы сапфира, полученные методом пламенного синтеза с использованием γ-Al2O3 в качестве сырья, ценились для драгоценных камней и поверхностей часов из-за их отличных свойств.,пламенный сапфир страдает от плохой кристалличности, что ограничивает его применение.Для производства высококристалличного сапфира с промышленной масштабируемостью был разработан метод роста на основе пленки (EFG).Сапфир, выращенный на EFG, в настоящее время широко используется в качестве подложки для высокоярких светоизлучающих диодов (LED) и пластин поддержки поляризаторов в жидкокристаллических проекторах.Особенно в светодиодах высокой яркости, ожидается, что белые светодиоды будут широко применяться в рекламном освещении, дисплеях, автомобильных фарах и освещении домов, особенно для подсветки мобильных телефонов, их текущее основное применение.

Светодиодные устройства изготавливаются путем выращивания кристаллов GaN (соединение III-V) на субстратах.Сапфир служит идеальным субстратом из-за его тесной решетки с GaN и исключительной тепловой устойчивости при температуре роста кристалловИсходные материалы для сапфира должны быть не только высокочистыми, но и минимизировать поглощение воды, так как вода может окислить молибденовые тиглы при высокотемпературном плавлении выше 2000 °C.при непрерывном подаче α-Al2O3 в процесс, частицы должны избегать слияния друг с другом, чтобы предотвратить засорение оборудования.Сферический высокочистый алюминий АКК-10 с размером частиц ~ 2 мм отвечает этим требованиям и широко используется в качестве исходного материала для сапфираПоследние улучшения в методах выращивания однокристаллических чехокральских растений увеличили спрос на более высокую плотность упаковки исходных материалов, повысив промышленную производительность.Удовлетворение этих потребностей, Sumitomo Chemical разработала новый высокоплотный α-Al2O3 для сапфировых исходных материалов, достигнув плотности упаковки 2,0 г/см3 благодаря оптимизированной плотности частиц и распределению размеров.

2Плазменные дисплеи: будущее больших экранов

Плазменные дисплеи (ПДП) получили внимание как большие, тонкие, плоские дисплеи, которые позволяют использовать более тонкие и легкие устройства.PDP работают путем возбуждения фосфоров с вакуумным ультрафиолетовым (VUV) светом на 147 нм (от Xe-эксимерного излучения) и 172 нм (Xe-резонансные линии)Аналогичным образом, в холоднокатодных флуоресцентных лампах, используемых для LCD-заднего освещения, красные, зеленые и синие фосфоры возбуждаются ультрафиолетовым светом от атомов ртути на 254 нм.используемый в торговле синий фосфор BaMgAl10O17:Eu2+ (BAM) является наименее стабильным. Нагрев во время производства панелей и воздействие ВУФ во время работы PDP могут ухудшить интенсивность свечения BAM и вызвать сдвиг хроматичности.Продолжаются исследования по улучшению яркости и устойчивости к деградации.

Алюминатные фосфоры, такие как BAM, обычно изготавливаются путем смешивания высокочистой алюминиевой кислоты с соединениями Ba, Mg и Eu плюс флюоридными потоками, а затем кальцинируют методом реакции твердого состояния.Процесс сложен.Например, в то время как традиционные фосфоры фторидного потока образуют квадратные тромбоциты с широким распределением размеров, Ошио и др.синтезированные сферические алюминатные фосфоры, соответствующие размеру и форме нефлюксированных исходных порошков алюминияЭти сферические фосфоры совпадают с традиционными продуктами по хроматичности, предлагая при этом на 5% более высокую яркость и улучшенную тепловую стабильность.Алюминиевые фосфоры становятся ключевыми материалами для дисплеев нового поколенияОжидается, что спрос будет расти. Высокая чистота алюминия играет решающую роль в контроле характеристик фосфора.и Sumitomo Chemical продолжает разрабатывать индивидуальные порошки алюминия для этих приложений.

3. Автомобильные датчики выхлопных газов (датчики A/F): способствующие энергоэффективности

Рынок датчиков соотношения воздух/топливо (A/F), используемых для управления сгоранием двигателя, быстро расширяется.Датчики A/F обнаруживают концентрацию кислорода и остаточных несожженных газов в выхлопных газах для точного регулирования впрыска топливаПредлагаемые конструкции датчиков A/F сочетают частично стабилизированный цирконий (проводник ионов кислорода) с алюминиевыми субстратами (для электрической изоляции и высокой теплопроводности).Чтобы объединить эти компоненты, синтерирование должно обеспечивать соответствие скоростей сжатия и коэффициентов теплового расширения между материалами.Минимизация различий в тепловом расширении имеет решающее значение для предотвращения трещин интерфейса во время работыКроме того, как циркония, так и алюминиевые субстраты требуют высокой плотности и мелкого размера зерна.В то время как более мелкие первичные частицы понижают температуру начала синтерации, они также уменьшают плотность зеленого и могут образовывать твердые агломераты, которые ухудшают плотность сфинтера.Sumitomo Chemical разработала различные синтезируемые порошки α-Al2O3, оптимизированные для низкотемпературного синтеза.

4Производство полупроводников: защита в экстремальных условиях

В полупроводниковом и ЖК-изготовительном оборудовании широко используются компоненты α-Al2O3 для повышения устойчивости к коррозии плазмы.Уменьшение пор и примеси при использовании тонких частиц Sumicorundum® от Sumitomo Chemical дает высокую прочностьКроме того, растет спрос на плазменное распыление алюминиевых покрытий на алюминий, никель, хром, цинк, цирконий и их сплавы.Покрытия полупроводниковых инструментов требуют:

• Высокая чистота
• Хорошая проницаемость для стабильного питания плазменным пламенем
• Сохранение формы частиц перед плавлением
• Полное таяние при распылении

Однокристаллический и крупночастичный α-Al2O3 Sumicorundum® отвечает этим требованиям, и ожидается, что спрос будет расти.

Наноалюминий: новая эра в материаловедении

Наномасштабный α-Al2O3 представляет собой новый материал, готовый открыть новые приложения в абразивах, керамике и мембранах для точного отделения.

(1) Применение абразивов

Ультратонкий α-Al2O3 использует твердость алюминия для точной шлифовки и полировки.Серия HIT от Sumitomo Chemical содержит частицы в форме края для магнитных ленточных добавок и металлических/пластиковых абразивовПоскольку ленты эволюционируют к более тонким магнитным слоям (<100 нм) и более тонким магнитным наночастицам, внедрение наночастиц α-Al2O3 становится необходимым для устойчивости к износу и очистки головы.Продолжаются исследования наноразмерных абразивов для химической механической полировки (CMP).

(2) Керамические приложения

Предотвращение агломерации наночастиц и минимизация дефектов зеленого тела позволяет высокоплотный синтер с мелкими зернами.продемонстрирована 99% относительная плотность и субмикронные зерна с помощью наномасштабного α-Al2O3 и синтерации на 1Наноразмерная алюминиевая кислота Sumitomo Chemical достигает 3,95 г/см3 (99,2% плотности) при температуре всего 1,250 °C.

(3) Применение сепарационных мембран

Пористые мембраны α-Al2O3 используются для ультрафильтрации и разделения газов из-за химической/термостойкости. 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. Мембранные структуры обычно имеют трубчатые α-Al2O3 опоры с γ-Al2O3 промежуточными слоями, покрытыми слоями разделения на кремний, цеолит или палладий.Пары способствуют росту/преобразованию зерна γ-Al2O3Исследования показывают, что наномасштабные α-Al2O3 сливы производят 40% пористости мембран с порами 1060 нм, в то время как α/γ-Al2O3 смеси дают поры 250 нм.Более тонкие первичные частицы позволяют иметь меньшие размеры пор (до 16 нм), с применением, расширяющимся за пределы газового разделения до точной фильтрации.

Как уже говорилось, высокочистый алюминий с контролируемым размером частиц, формой и распределением является преобразующим материалом, стимулирующим инновации в области дисплеев, энергетики, автомобилестроения, полупроводников и вычислений..В связи с растущим спросом производители материалов должны постоянно улучшать производительность порошка из алюминия.Продолжаем., целенаправленное развитие процессов и интеграция ниже по производственному процессу позволят еще больше расширить замечательный потенциал алюминия.