آلومینا (3) کاربردهای آلومینا

مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع : راسخون



 

آلومینا در زمینه های مختلف صنعتی کاربرد دارد. در ادامه اشاره ای به برخی از کاربردهای آن در صنعت داریم:

1) دیرگدازها

صنعت دیرگداز وظیفه ی ساخت قطعات یا مواد دیرگداز مصرفی در سایر صنایع را بر عهده دارد. معمولاً کاربرد دیرگدازها از دمای بالاتر از 400-500 مطرح هستند. و از این دما به بالا کم کم شرایط سخت می شود. در شرایط کاری سخت مانند صنعت فولادسازی، تولید محصول در شرایطی همچون فرآیند کربن زدائی، کوره بلند، تاندیش های مختلف انجام می شود. در این صنایع کوره های مختلف و پاستیل های فراوانی استفاده می شوند. از این رو تنوع مواد دیرگداز مصرفی در این بخش ها زیاد است. مذاب های عبوری از این دیرگدازها دارای دمایی در محدوده ی 1550-1600 درجه سانتی گراد هستند که در این شرایط خوردگی به علت تلاطمات مذاب بالاست. بنابراین نسوزهای مورد استفاده در این بخش ها بسیار خاص و حساس هستند. این دیرگدازها باید مقاومت به خوردگی، شوک پذیری، مقاومت حرارتی و دوام مناسبی داشته باشند. اگرچه مواد دیرگداز مصرفی در برخی صنایع مانند صنعت فولاد و شیشه سازی موادی با دوام هستند ولی به خاطر شرایط سخت کاری سریعاً فرسوده می شوند و نیاز به تعمیر و جایگزینی دارند.
از آلومینا می توان در ساخت نسوزهای شکل دار و بی شکل استفاده کرد. انواع مختلفی از نسوزها بر پایه ی آلومینا تولید می شوند برای نمونه برخی از آنها را نام می بریم: آجرهای آلومینایی، کامپوزیت های آلومینایی، دیرگدازهای آلومینا-مولایت، دیرگدازهای آلومینا-اسپینل، دیرگدازهای آلومینا- گرافیت در کنار آلومینا می توان فازهای دیگری مانند مولایت و اسپنیل را داشته باشیم. در واقع آلومینا مقاومت به خوردگی خوبی دارد اما در برابر مذاب و سرباره به سرعت خورده می شود از این رو برای افزایش مقاومت به خوردگی آن از مواد کربنی استفاده می شود. مواد کربنی مانند کک، قیر و گرانیت به صورت کامپوزیت با آلومینا استفاده می شوند. نسوزهای آلومینا-گرانیت به خاطر پدید آمدن خاصیت عدم تر شوندگی خواص مقاومتی در برابر خوردگی خوبی دارند. آلومینا شک پذیری خوبی ندارد درواقع شک پذیری آن در حد متوسط است. برای افزایش مقاومت در برابر شک حرارتی می توانیم از فازهای دیگر (به شکل کامپوزیت) در آلومینا استفاده کنیم. مثلاً افزودن مولایت به آلومینا باعث بهبود خواص شوک پذیری آن می شود. برای بهبود خاصیت مقاومتی آلومینا در برابر شک پذیری ماده مکانیزم داریم. یکی آنکه ماده ای به آلومنیا اضافه کنیم که ضریب انبساط آن از ضریب انبساط حرارتی آلومینا پایین تر باشد در نتیجه کامپوزیت حاصل ضریب انبساط حرارتی پایین تر و در نتیجه مقاومت در برابر شک حرارتی بهتری داشته باشد. مکانیزم دیگر این است که ماده ای به آلومینا اضافه کنیم که رسانایی گرمایی کامپوزیت حاصله از رسانایی گرمایی آلومینا بیشتر باشد. در نتیجه این مسئله باعث بهبود مقاومت به شک پذیری می شود. مثلاً افزودن کربن باعث افزایش رسانایی گرمایی کامپوزیت آلومینا- گرافیت می شود. البته تولید کامپوزیت های آلومینا-گرافیت نیز مشکلات خاص خود رادارد. زیرا پخت آن ها باید در اتمسفر خنثی انجام شود. و ازاین رو هزینه ی تولید بالا می رود. ضمناً این بدنه ها نیازمند بایندرهای خاصی دارند که بتوانند اتصالی مناسب میان آلومینا و کربن برقرار کند. از این رو قیمت این گونه کامپوزیت ها بالا است و برای همین مسأله در کاربردهای ویژه از آنها استفاده می شود. مثلاً از کامپوزیت های گرانیت-آلومینا در ساخت دریچه های کشویی پاتیل ها استفاده می شود.

2) ساینده ها

آلومینا دارای سختی بالایی است. در مقیاس موس عدد 9 به آلومینا تعلق دارد. در واقع در این پس از الماس که سختی آن 10 است قرار دارد. به خاطر سختی بالای این ماده از آن در تولید ابزارهای برنده و ساینده ها استفاده می شود. همچنین گلوله های مورد استفاده در بال میل نیز گاهاً از جنس آلومینا هستند.

3) کاربردهای الکتریکی

آلومینا استحکام دی الکتریک بالایی دارد. و می تواند به عنوان پایه مدار، عایق شمع اتومبیل، پوشش لامپ های بخار سدیم از ان استفاده کرد. کاربرد آلومینا در مدارات با فرکانس بالا اهمیت پیدا می کند. در واقع گرمای پدید آمده دراین مدارات می تواند مواد متداول مانند پلاستیک را ذوب کرده و تنها مواد سرامیکی هستند که می توانند در این شرایط تحمل داشته باشند.

4) کاربردهای بیومتریالی

آلومینا از لحاظ شیمیایی یک اکسید آمفوتر و خنثی است. به خاطر وجود این ویژگی، آلومینا مقاومت به خوردگی مناسبی دارد. محیط بدن موجودات زنده محیطی خورنده است. و درصورت عدم تناسب میان یک امپلنت و بدن، بدن آن را دفع می کند. این دفع کردن به همراه تحریک سیستم دفاعی بدن بر علیه ماده ی خارجی است از این رو نوع ماده ی مورد استفاده در ساخت امپلنت و پروتز بسیار مهم می باشد. آلومینا دارای دو ویژگی است که توانسته خود را به عنوان یک ماده ی زیست سازگار پذیر مطرح کند. این دو ویژگی عبارتند از:
1)آلومینا از لحاظ شیمیایی خنثی است.
2)آلومینا با محیط بدن سازگاری دارد.
از این رو آلومینا می تواند کاربردهای بیومتریالی خوبی داشته باشد. البته آلومینا نیز مانند سایر سرامیک ها ماده ای ترد است. و استحکام کششی آن پایین است. از این رو در هنگام استفاده از سرامیک ها (آلومینا) در ساخت پروتزها با مشکل ابعادی روبرو هستیم. در واقع نمی توانیم هر قطعه ای با هر ابعادی را از جنس سرامیکی تهیه کنیم. به صورت کلی اگر قطعه ی ما کوچک باشد مانند دندان و یا استخوان های کوچک ما می توانیم از سرامیک استفاده کنیم اما اگر استخوان ما برزگ
باشد استخوان ران یا ساق پا دیگر نمی توانیم از سرامیک در ساخت آن استفاده کنیم.
از پوشش های آلومینایی برای بهبود خواص سطحی امپلنت ها و پروتزهای فلزی استفاده می شود. در واقع فلزات مواد زیست سازگاری نیستند که با افزوده شدن پوشش آلومینایی این مشکل برطرف شود. به خاطر خواص سایشی مناسب آلومینا از آن در تولید مفاصل سرامیکی بهره گرفته می شود.
امروزه بسیاری از افرادی که تصادف کرده اند، راه رفتن دوباره ی خود را مدیون این مفاصل سرامیکی هستند.

5) کاربردهای ویژه

علاوه بر کاربردهای گسترده ای که در مورد آلومینا گفتیم، برخی از کاربردهای آلومینا خاص هستند. مثلاً در سیستم های صنعتی که مایعات با دمای بالا در حال انتقال هستند ما نیاز به واشرها و درزگیرهایی هستیم که نمی توان آنها را از جنس لاستیک تهیه کرد. این نوع واشرها از جنس آلومینایی هستند. همچنین کاشی های مورد استفاده در شاتل های فضایی از جنس آلومینا هستند. در واقع آلومینا به خاطر خواص زیر برای ساخت کاشی های شاتل فضایی مناسبند:
1) آلومینا نقطه ی ذوب بالایی دارد.
2) آلومینا مقاومت به سایش خوبی دارد.
3) آلومینا استحکام مناسبی دارد.
شاتل های فضایی در هنگام گذر از جو زمین باید بر اصطکاک جو غلبه کنند در این میان علاوه بر اصطکاک، دما نیز بالاست. از این رو نیاز است تا سطح شاتل فضایی به طور مناسبی عایق کاری گردد.آلومینا گزینه ی مناسبی برای این کاربرد است. در یک شاتل فضایی حدود 30000 کاشی استفاده شده است.

نتیجه گیری

همانگونه که قبلاً بیان شد آلومینا یکی از پرمصرف ترین مواد سرامیکی است. تولید سالیانه ی آلومینا حدود 45 میلیون تن است. که 90درصد از این میزان برای تولید فلز آلومینا (به روش الکترولیز) مصرف می شود. این مسئله اهمیت این ماده ی استراتژیک را برای ما مشخص می کند. از این رو توجه به فرآیند تولید،کاربردها و نحوه ی فراوری آن بسیار مهم می باشد.
منبع انگلیسی مقاله : Bauxites /IDA VALETON