Hãy tưởng tượng một vật liệu nhỏ có thể thúc đẩy sự đổi mới trong công nghệ hiển thị, thắp sáng hy vọng cho các giải pháp năng lượng mới, nâng cấp ngành công nghiệp ô tô, đẩy nhanh sự đột phá trong bán dẫn,và thậm chí đẩy hiệu suất máy tính lên tầm cao mớiĐây không phải là khoa học viễn tưởng mà là thực tế được đạt được bởi chất alumin cao độ tinh khiết.
Alumina (Al2O3), một vật liệu dường như bình thường, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp do tính chất vật lý và hóa học đặc biệt của nó.chống mòn, và chống ăn mòn, làm cho nó lý tưởng cho việc sản xuất vật liệu chịu lửa, vòi lửa, chất nền mạch tích hợp, v.v. Tuy nhiên, khi nhôm đạt mức độ tinh khiết trên 99.99% với các hạt mịn đồng nhất, nó chuyển đổi từ một vật liệu cơ bản thành một thành phần hiệu suất cao, trở nên thiết yếu cho ống đèn natri áp suất cao, bề mặt đồng hồ sapphire, công cụ gốm bền cao,và các chất mài mòn bằng băng từ tính.
Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp mới nổi như vật liệu hiển thị, năng lượng, ô tô, chất bán dẫn,và máy tính đã dẫn đến sự tăng trưởng bùng nổ trong nhu cầu về chất alumin cao độ tinh khiếtĐể đáp ứng nhu cầu thị trường này, Sumitomo Chemical đã thành công trong việc sản xuất alumina tinh khiết cao quy mô lớn thông qua quy trình thủy phân alôxít nhôm độc quyền của mình.Kể từ khi thành lập nhà máy đầu tiên với công suất hàng năm 250 tấn vào năm 1981, Sumitomo Chemical đã liên tục mở rộng sản xuất, đạt 1.500 tấn mỗi năm vào năm 2004.Công ty cũng đã phát triển bột nhôm chất lượng cao phù hợp với các yêu cầu ứng dụng khác nhau.
Trong khi có một số phương pháp công nghiệp để sản xuất nhôm cao độ tinh khiết như phân hủy nhiệt của nhôm ammonium, phân hủy nhiệt của nhôm ammonium carbonate (AACH),Thả tia lửa dưới nước của nhôm, và quá trình oxy hóa pha hơi Ứng dụng thủy phân alôxít nhôm nổi bật với những lợi thế độc đáo của nó.Quá trình này liên quan đến việc tổng hợp aloxit nhôm tinh khiết cao từ kim loại nhôm và rượu, thủy phân nó để tạo ra alumina hydrat, và cuối cùng làm nóng nó để có được alumina tinh khiết cao.
Al + 3ROH → Al(OR) 3 + 3/2H2 (1)
2Al ((OR) 3 + 4H2O → Al2O3·H2O + 6ROH (2)
Al2O3·H2O → Al2O3 + H2O (3)
Chìa khóa của phương pháp này nằm trong quá trình tinh khiết cất của axit nhôm và kiểm soát chặt chẽ các điều kiện thủy phân để ngăn ngừa sự hình thành các phân tử cứng trong quá trình sấy khô.Vì aloxit nhôm thủy phân nhanh chóng, nó có xu hướng tạo ra các hạt alumina hydrat hóa mịn dễ dàng tạo thành các phân tích khó phân tán.
Khi alumina hydrat (như boehmite) được đốt cháy, nó trải qua các giai đoạn trung gian bao gồm γ, δ và θ-Al2O3 trước khi cuối cùng chuyển thành α-Al2O3 ổn định ở nhiệt độ cao.Những hạt nhôm pha trung gian này thường cực mỏngChuyển từ alumina giai đoạn trung gian sang α-Al2O3 đòi hỏi nhiệt độ trên 1,200 °C để sắp xếp lại cấu trúc đóng gói oxy (cập đóng gói đóng gói / đóng gói đóng gói hexagonal)Sự hình thành của hạt nhân pha α là bước quyết định tốc độ trong quá trình chuyển đổi này, và mật độ hạt nhân tương đối thấp.sự phát triển hạt nhanh xảy ra do chuyển khối lượng từ alumina giai đoạn trung gian xung quanh, dẫn đến các hạt dendritic α-Al2O3 kích thước micron.
Để có được các hạt α-Al2O3 mịn, có kích thước đồng đều, điều quan trọng là duy trì sự phân bố nhiệt độ đồng đều trong quá trình đốt cháy, loại bỏ các yếu tố gây ra sự hạt nhân không đồng đều,và hoàn thành quá trình chuyển đổi pha ở nhiệt độ thấp nhất có thểNghiên cứu cho thấy nhiệt độ chuyển đổi pha α bị ảnh hưởng đáng kể bởi sự bổ sung tinh thể hạt giống, áp suất một phần hơi nước trong khí quyển đốt và tạp chất nguyên tố..Thêm các tinh thể hạt α-Al2O3 cung cấp các trang web năng lượng thấp cho hạt nhân và tăng trưởng,trong khi hàm lượng nước trong khí quyển tăng cường khuếch tán bề mặt và tăng tốc độ tăng trưởng hạt trong aluminô giai đoạn trung gianCùng nhau, các yếu tố này làm giảm năng lượng kích hoạt của chuyển đổi pha α, do đó làm giảm nhiệt độ chuyển đổi cần thiết.
Các hạt α-Al2O3 thu được thông qua thủy phân được kiểm soát cẩn thận, sấy khô,và quá trình đốt cháy thường được tích tụ và đòi hỏi phải loại bỏ sự tích tụ để đạt được sự phân bố kích thước hạt hẹpCác phương pháp khác nhau, bao gồm mài quả bóng, mài rung, mài phun và mài môi trường ướt có thể được sử dụng để loại bỏ phân tích.Các chất ốc khối có thể gây ra sự bất đồng nhất địa phương trong các vật thể xanh và để lại các lỗ chân lông còn lại trong các sản phẩm ngâmĐặc biệt trong gốm nhôm trong suốt cho đèn natri áp suất cao, các lỗ chân lông còn lại làm giảm khả năng truyền ánh sáng.Các chất kết hợp làm giảm độ mịn bề mặt và có thể làm hỏng đầu từ tính trong quá trình hoạt độngBằng cách tinh chế các quy trình để giảm thiểu các axomerat trong bột alumina tinh khiết cao,Sumitomo Chemical đã phát triển các loại bột phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Với nhu cầu ngày càng tăng về các hạt vi mô và hạt nano chức năng cao, công nghệ mài phun hiệu quả và mài môi trường ướt đã tiến bộ.Chất bột phải được xử lý một cách cẩn thận, các hạt nguyên tố nhỏ hơn cần phải chú ý hơn để ngăn ngừa phản ứng và ô nhiễm.Thông qua kiểm soát chính xác các điều kiện sản xuất, Sumitomo Chemical đã tạo ra các bột alumina tinh khiết cao cho các ứng dụng chuyên dụng khác nhau.
Alumina tinh khiết cao tìm thấy các ứng dụng rộng rãi tiếp tục mở rộng với sự tiến bộ công nghệ.Cảm biến khí thải ô tô, và sản xuất bán dẫn.
Trong nhiều thập kỷ, các tinh thể đơn sapphire được sản xuất thông qua phương pháp tổng hợp lửa bằng cách sử dụng γ-Al2O3 như là nguyên liệu thô đã được đánh giá cao cho đá quý và bề mặt đồng hồ do tính chất tuyệt vời của chúng.,sapphire bị tan lửa bị bệnh do độ tinh thể kém, hạn chế các ứng dụng của nó.Phương pháp phát triển bằng phim được xác định cạnh (EFG) xuất hiện để sản xuất saphir tinh thể cao với khả năng mở rộng công nghiệpSapphire phát triển từ EFG hiện được sử dụng rộng rãi làm chất nền cho các đèn diode phát sáng (LED) độ sáng cao và các tấm hỗ trợ cho các chất phân cực trong máy chiếu tinh thể lỏng.Đặc biệt là trong đèn LED độ sáng cao, đèn LED màu trắng dự kiến sẽ được áp dụng rộng rãi trong ánh sáng quảng cáo, màn hình, đèn pha ô tô và ánh sáng gia đình, đặc biệt là cho đèn nền điện thoại di động, ứng dụng chính hiện tại của chúng.
Các thiết bị LED được sản xuất bằng cách phát triển các tinh thể GaN (một hợp chất III-V) trên chất nền.Sapphire phục vụ như một chất nền lý tưởng do kết hợp lưới gần với GaN và sự ổn định nhiệt đặc biệt ở nhiệt độ tăng trưởng tinh thểCác vật liệu khởi điểm sapphire không chỉ phải tinh khiết cao mà còn giảm thiểu sự hấp thụ nước, vì nước có thể oxy hóa các thùng molybdenum trong quá trình nóng chảy ở nhiệt độ cao trên 2000 °C. Ngoài ra,khi cung cấp α-Al2O3 liên tục cho quá trình, các hạt phải tránh hợp nhất với nhau để ngăn chặn tắc nghẽn thiết bị.Spherical cao độ tinh khiết nhôm AKQ-10 với kích thước hạt ~ 2 mm đáp ứng các yêu cầu này và được sử dụng rộng rãi như là một vật liệu bắt đầu sapphireNhững cải tiến gần đây trong các kỹ thuật phát triển tinh thể đơn Czochralski đã làm tăng nhu cầu về mật độ đóng gói cao hơn trong nguyên liệu khởi tạo, tăng năng suất công nghiệp.Trả lời những nhu cầu này, Sumitomo Chemical đã phát triển một chất α-Al2O3 mật độ cao mới cho các vật liệu khởi đầu sapphire, đạt mật độ đóng gói 2,0 g / cm3 thông qua mật độ hạt và phân bố kích thước tối ưu hóa.
Bảng hiển thị plasma (PDP) đã thu hút sự chú ý như là màn hình lớn, mỏng, phẳng cho phép các thiết bị mỏng hơn và nhẹ hơn.PDP hoạt động bằng cách kích thích phốt pho với ánh sáng cực tím chân không (VUV) ở 147 nm (từ bức xạ Xe excimer) và 172 nm (đường cộng hưởng Xe)Tương tự như vậy, trong đèn huỳnh quang cathode lạnh được sử dụng cho đèn nền LCD, phốt pho đỏ, xanh lá cây và xanh lam được kích thích bởi ánh sáng cực tím 254 nm từ các nguyên tử thủy ngân.Phốt pho xanh được sử dụng thương mại BaMgAl10O17: Eu2 + (BAM) được biết là ít ổn định nhất. Việc làm nóng trong quá trình sản xuất bảng và tiếp xúc VUV trong quá trình hoạt động PDP có thể làm suy giảm cường độ phát sáng của BAM và gây ra sự thay đổi màu sắc.Nghiên cứu tiếp tục tăng cường độ sáng và cải thiện khả năng chống phân hủy.
Các phosphor aluminate như BAM thường được sản xuất bằng cách trộn alumina tinh khiết cao với các hợp chất Ba, Mg và Eu cộng với luồng fluoride, sau đó làm nóng bằng phương pháp phản ứng trạng thái rắn.Quá trình phức tạpVí dụ, trong khi các phosphor Fluoride-flux truyền thống tạo thành tiểu cầu vuông với sự phân bố kích thước rộng, Oshio et al.Phosphor aluminate hình cầu tổng hợp phù hợp với kích thước và hình dạng của bột khởi đầu alumina không chảyCác phốt pho hình cầu này phù hợp với các sản phẩm truyền thống về màu sắc trong khi cung cấp độ sáng cao hơn 5% và ổn định nhiệt được cải thiện.Khi phosphor aluminate trở thành vật liệu chính cho các màn hình thế hệ tiếp theo, nhu cầu dự kiến sẽ tăng.và Sumitomo Chemical tiếp tục phát triển bột alumina phù hợp cho các ứng dụng này.
Thị trường các cảm biến tỷ lệ khí- nhiên liệu (A/F) được sử dụng để kiểm soát quá trình đốt động cơ đang mở rộng nhanh chóng.Các cảm biến A / F phát hiện oxy và nồng độ khí còn lại chưa cháy trong khí thải để điều chỉnh chính xác tiêm nhiên liệuCác thiết kế cảm biến A / F được đề xuất kết hợp zirconia ổn định một phần (một chất dẫn ion oxy) với chất nền nhôm (để cách điện và dẫn nhiệt cao).Để hợp nhất các thành phần này, Sintering phải phù hợp với tốc độ co lại và hệ số mở rộng nhiệt giữa các vật liệu.Giảm thiểu sự khác biệt mở rộng nhiệt là rất quan trọng để ngăn chặn nứt giao diện trong quá trình hoạt độngNgoài ra, cả hai chất nền zirconia và alumina đều đòi hỏi mật độ cao và kích thước hạt mịn. Cải thiện tính chất ngâm nhiệt độ thấp của alumina giúp đáp ứng các nhu cầu này.Trong khi các hạt nguyên tố nhỏ hơn hạ nhiệt độ khởi động ngâm, chúng cũng làm giảm mật độ màu xanh lá cây và có thể hình thành các khối cứng làm suy giảm mật độ ngâm.Sumitomo Chemical đã phát triển các loại bột α-Al2O3 có thể ngâm được tối ưu hóa cho ngâm nhiệt độ thấp.
Thiết bị sản xuất bán dẫn và LCD sử dụng rộng rãi các thành phần α-Al2O3 cho khả năng chống ăn mòn plasma vượt trội.giảm lỗ chân lông và tạp chất trong khi sử dụng Sumicorundum hạt mịn của Sumitomo Chemical®, gốm sứ chống ăn mòn không có lỗ hổng dư thừa. nhu cầu cũng tăng lên cho lớp phủ alumina phun bằng plasma trên nhôm, niken, crôm, kẽm, zirconium và hợp kim của chúng.Lớp phủ công cụ bán dẫn đòi hỏi:
Một tinh thể và hạt lớn α-Al2O3 Sumicorundum® đáp ứng các yêu cầu này, với nhu cầu dự kiến sẽ tăng lên.
Nanoscale α-Al2O3 đại diện cho một vật liệu mới sẵn sàng để mở khóa các ứng dụng mới trong chất mài mòn, gốm sứ và màng tách chính xác.
Ultrafine α-Al2O3 tận dụng độ cứng của alumina để nghiền và đánh bóng chính xác.Dòng HIT của Sumitomo Chemical có các hạt hình cạnh cho các chất phụ gia băng từ và chất mài kim loại / nhựaKhi băng phát triển về phía các lớp từ tính mỏng hơn (< 100 nm) và các hạt nano từ tính mỏng hơn, kết hợp các hạt nano α-Al2O3 trở nên thiết yếu cho khả năng chống mòn và hiệu suất làm sạch đầu.Nghiên cứu tiếp tục về các chất mài mòn quy mô nano cho đánh bóng cơ học hóa học (CMP).
Ngăn chặn sự tụ tập hạt nano và giảm thiểu các khiếm khuyết cơ thể xanh cho phép ngâm mật độ cao với hạt mịn.chứng minh 99% mật độ tương đối và hạt dưới micron bằng cách nghiền bóng nano-scale α-Al2O3 và ngâm tại 1, 285 °C. Alumina nano được xử lý ẩm của Sumitomo Chemical đạt 3,95 g / cm3 (99,2% mật độ) ở mức 1.250 °C.
Các màng xốp α-Al2O3 được sử dụng trong quá trình lọc và tách khí do khả năng kháng hóa học / nhiệt. 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 cellsCác cấu trúc màng thường có hỗ trợ α-Al2O3 ống với các lớp trung gian γ-Al2O3 được phủ bởi các lớp tách hydro silica, zeolite hoặc palladium.hơi nước thúc đẩy γ-Al2O3 tăng trưởng hạt / chuyển đổiCác nghiên cứu cho thấy các chất bùn α-Al2O3 quy mô nano tạo ra màng xốp 40% với các lỗ chân lông 1060 nm, trong khi hỗn hợp α/γ-Al2O3 tạo ra các lỗ chân lông 250 nm.Các hạt chính mỏng hơn cho phép kích thước lỗ chân lông nhỏ hơn (tới 16 nm), với các ứng dụng mở rộng ngoài tách khí đến lọc chính xác.
Như đã thảo luận, nhôm cao độ tinh khiết với kích thước hạt, hình dạng và phân bố được kiểm soát là một vật liệu biến đổi thúc đẩy đổi mới trong màn hình, năng lượng, ô tô, bán dẫn và máy tính.Với nhu cầu ngày càng tăng, các nhà sản xuất vật liệu phải liên tục cải thiện hiệu suất bột alumina. Đặc biệt, công nghệ phân tán hạt quy mô nano sẽ rất quan trọng cho những bước đột phá trong tương lai.Tiếp tục, phát triển quy trình có mục tiêu và tích hợp hạ lưu sẽ tiếp tục mở rộng tiềm năng đáng chú ý của nhôm nhôm.
