Al2O3
Aluminiumoxide

Inhoud

Chemische eigenschappen

Van aluinaarde zijn twee modificaties bekend. De α-vorm vormt kristallen met een hoge hardheid. Deze modificatie is aanwezig in het mineraal korund en is nodig voor de productie van slijpmiddelen. Het is niet oplosbaar in water, noch in zuren of logen. De hardheid is volgens Mohs 9 tot 9,5.

De γ-vorm vormt een wit poeder dat water aantrekt en hygroscopisch is en oplost in zuren en basen. Deze vorm staat ook bekend als aluminiumoxide, een belangrijke grondstof voor de productie van keramiek en aluminium. Het γ-aluminiumoxide heeft een zeer groot oppervlak zodat bijvoorbeeld kleurstoffen kunnen worden aangebracht. Bij sterke verhitting verandert de γ-vorm in de α-vorm.

Productie

De industrie onttrekt aluminiumoxide aan bauxiet, een tussenproduct bij de extractie van aluminium. Anodiseer aluminium produceert een dunne laag aluminiumoxide, die het metaal beschermt tegen corrosie.

Wanneer aluminiumpoeder in de lucht wordt verbrand, wordt naast aluminiumoxide ook aluminiumnitride AlN geproduceerd door een reactie met stikstof. Voor de extractie in het laboratorium zou het aluminiumpoeder in zuivere zuurstof moeten worden verbrand. Deze reactie is echter zeer gewelddadig. Dit is een van de redenen waarom het niet geschikt is voor de productie van aluminiumoxide op industriële schaal: de productie van aluminium is zeer complex en duur.

Al2O3 wordt op de markt gebracht onder de benaming electrocorundum (ELK) als wit korund, half-edel korund en normaal korund. Het wordt geproduceerd in een elektrische oven bij ongeveer 2.000 °C. De resulterende smeltkoek wordt geplet en gezeefd volgens de in DIN voorgeschreven korrelgroottes.

Gebruik

α Alumina wordt in de horloge-industrie gebruikt voor de productie van lagers. Door zijn hoge hardheid is het een belangrijk schuur- en polijstmiddel. Door zijn hoge breekbaarheid is het nodig voor ovenbekledingen en laboratoriumapparatuur. In bougies wordt het gebruikt als een isolator. Ook het gebruik van aluminiumoxide keramiek is wijdverbreid: Ze worden verkregen door het persen en vervolgens opwarmen tot meer dan 1500 °C.

Ze worden bijvoorbeeld gebruikt in elektronische componenten, in de bepantsering van voertuigen, in snijtoestellen, in maalkogels voor kogelmolens of in smeltkroezen. γ-alumina is nodig voor katalysatoren, in chromatografie of als adsorptiemiddel.

Recentelijk is ook Al2O3-keramiek gebruikt in voertuigbepantsering. De keramische tegels zijn verlijmd met een aramide of Dyneema stof. Dit type bepantsering bereikt twee keer de beschermende werking van pantserstaal voor hetzelfde gewicht per oppervlakte-eenheid. De keramische fragmenten de kogel, de aramidevezels vangen dan de fragmenten op.

Elektrotechniek

In de elektrotechniek wordt aluminiumoxide keramiek gebruikt als diëlektricum vanwege de lage diëlektrische verliesfactor. Het belangrijkste toepassingsgebied is de realisatie van striplijnen en condensatoren in de hoogfrequente technologie. Aluminiumoxide keramische platen dienen ook als ondergrond voor dikfilmtechnologie, dunfilmtechnologie en voor platina temperatuurmeetweerstanden (zie PT100). De goede metalliseerbaarheid van deze keramiek maakt het ook mogelijk om elektronische componenten zoals weerstanden of LED’s direct te solderen. Het keramiek fungeert ook als koellichaam. Deze keramische elektronische systemen zijn net zo effectief als systemen met metalen koellichamen. Aluminiumoxiden worden ook gebruikt voor de vervaardiging van zekeringslichamen.

Bougies

De hoge diëlektrische sterkte en de maximale bedrijfstemperatuur tot 1900 °C maken aluminiumoxide tot de ideale isolator voor bougies.

Corrosiebescherming

In de fabrieks- en machinebouw wordt aluminiumoxide keramiek met name gebruikt als bescherming tegen slijtage en corrosie. Zo worden bijvoorbeeld transportkanalen en -goten, trommelmolens en mixers bekleed met tegels van hoogwaardig keramiek om de levensduur van de installaties te verlengen. De corrosiebestendigheid van glasoppervlakken kan aanzienlijk worden verhoogd door een coating van aluminiumoxide.

Keramiek

Spuitkoppen van aluminiumoxide hebben ook bewezen effectief te zijn bij het plasmalassen. Door hun goede tribologische eigenschappen zijn componenten zoals afdichtings- en regelschijven, lagerbussen en -assen, draadgeleiders in de textielindustrie en heupgewrichtballen en cups in de endoprosthetiek bijzonder succesvol gebleken. Het gebruik van keramische noppen in de aanloopbaan van de skisprongen is ook innovatief.

De nieuwste sinterprocessen maken het mogelijk om met behulp van aluminiumoxide uiterst solide glaskeramiek op nanoschaal te produceren, bijvoorbeeld voor polshorlogekristallen.