آلمینیوم اکسید

Al₂O₃ (Aluminum Oxide, Alumina)

در سرامیک ، زمانی که تکنسین ها در مورد شیمی لعاب صحبت می کنند، Al ₂ O ₃ مطرح می شود . این یک اکسید است که بیشتر توسط خاک رس، فلدسپات و فریت ایجاد می شود . با ذوب لعاب، اکسیدها از مواد آزاد می شوند و ساختار شیشه ای را تشکیل می دهند. Al ₂ O ₃ در آن ساختار بسیار مهم است و عمدتاً باعث ایجاد ثبات در ذوب و دوام به شیشه پخته می شود. تقریباً همه لعاب ها دارای Al ₂ O ₃ قابل توجهی هستند (در رتبه دوم پس از SiO ₂ ). Al ₂ O ₃ در کائولن یا فلدسپات از نظر شیمیایی با SiO ₂ ترکیب می شود و به آسانی در مذاب های لعاب حل می شود. با این حال، Al ₂ O ₃ موجود در هیدرات آلومینا یا آلومینای کلسینه شده یک جامد کریستالی است (این مواد بسیار نسوز هستند و در بسیاری از محصولات سرامیکی با فناوری پیشرفته پخته می شوند ). _{بنابراین، آلومینا، به عنوان یک ماده، منبع خوبی از Al 2} O ₃ برای لعاب مذاب نیست ، به راحتی ذوب نمی شود و اکسیدها را تولید می کند. در اجسام تقریباً همیشه به صورت ذرات ذوب نشده وجود خواهد داشت (اگرچه برخی از ذرات بسیار کوچک می توانند در شیشه فلدسپات بین ذره ای حل شوند). بنابراین، هنگامی که به آلومینا اشاره می کنیم، باید زمینه را در نظر گرفت تا مشخص شود که آیا مرجع به Al ₂ O ₃ ، اکسید، یا آلومینا، ماده است. -به طور عجیبی، شیشه های پنجره و ظرف تنها دارای درصد کمی از Al ₂ O ₃ هستند . یک شیشه بادوام با شیمی ساده 10% CaO ، 13 % Na2O و 75% SiO2 _{تشکیل می شود .} روشی که در آن شیشه در محصولات تولید می شود، Al ₂ O ₃ کم را ممکن می سازد . اما اگر شیشه‌های شیشه‌ای (شیشه پودری) را به عنوان لعاب سرامیکی بکار ببرند، بسیار بد می‌چرخد . -در حالی که آلومینا به فوق العاده دیرگداز بودن شهرت دارد، اکسیدهای خالص دیگر مانند CaO و MgO در واقع بسیار بیشتر ذوب می شوند! اما تفاوت این است که وقتی ذرات آلومینا با اکسیدهای دیگر ترکیب می‌شوند، خاصیت نسوز خود را حفظ می‌کنند در حالی که بقیه برهم کنش می‌کنند و تبدیل به شار می‌شوند. -Al ₂ O ₃

جریان ذوب لعاب را کنترل می کند و از خروج آن از ظرف جلوگیری می کند. بنابراین اکسید واسطه نامیده می شود زیرا به ایجاد پیوندهای شیمیایی قوی بین شارها و SiO ₂ کمک می کند . هنگامی که Al ₂ O ₃ با SiO ₂ (از طریق یک اتم اکسیژن مشترک) پیوند می یابد، به بخشی جدایی ناپذیر از ماتریس سیلیکون تبدیل می شود (و در نتیجه بر شفافیت یک لیوان تأثیر نمی گذارد).

-Al ₂ O ₃ بعد از سیلیس از نظر اهمیت در رتبه دوم قرار دارد و با SiO ₂ و اکسیدهای روان کننده پایه ترکیب می شود تا از تبلور جلوگیری کند (به شرطی که CaO خیلی زیاد نباشد) و بدن به مذاب لعاب و پایداری شیمیایی به شیشه منجمد می دهد.

-منبع اصلی ماندگاری در لعاب ها است. دمای ذوب را افزایش می دهد ، استحکام کششی را بهبود می بخشد، انبساط را کاهش می دهد و سختی و مقاومت در برابر حملات شیمیایی را افزایش می دهد. _{اگر یک لعاب حاوی Al 2} O ₃ بیش از حد باشد ، ممکن است به اندازه کافی ذوب نشود (اما اگر دمای پخت افزایش یابد احتمالاً سخت تر و بادوام تر خواهد بود). اگر یک لعاب دارای Al ₂ O ₃ ناکافی باشد ، این احتمال وجود دارد که در هر دمایی فاقد سختی و استحکام باشد.

-افزایش Al ₂ O ₃ مذاب را سفت می کند و به آن در طیف وسیع تری از دماها پایداری می بخشد (اگرچه مقادیر بیش از حد ممکن است باعث خزیدن ، سوراخ های سوزنی و سطوح ناهموار شود). افزودن Al ₂ O _{3 از} devitrification (بلور شدن) لعاب ها در طول خنک شدن جلوگیری می کند زیرا مذاب سفت تر در برابر حرکت آزاد مولکول ها برای تشکیل ساختارهای کریستالی مقاومت می کند. بنابراین لعاب های کریستالی تمایل دارند کمتر از 0.1 معادل مولی Al ₂ O ₃ داشته باشند . افزودن مقادیر کمی از CaO به کاهش ویسکوزیته مذاب و جریان آزادتر آن کمک می کند.

-همانطور که اشاره شد، پودر آلومینا کلسینه شده در لعاب ها یا لعاب ها به عنوان منبع Al ₂ O ₃ به خوبی کار نمی کند، فقط در مذاب حل نمی شود مگر اینکه بسیار ریز و در درصدهای پایین باشد. با این حال، فرم هیدراته می تواند برای مات کردن لعاب موثر باشد اگر (اندازه ذرات بسیار ریز داشته باشد). در صورت امکان، کائولن، پیروفیلیت یا فلدسپات (و نفلین سینیت ) بهترین منابع Al ₂ O ₃ برای ساختمان های شیشه ای هستند. کائولن به ویژه به عنوان یک منبع ایده آل است زیرا برای سایر خواص دوغاب فیزیکی (به عنوان مثال سوسپانسیون) بسیار مهم است.کنترل چسبندگی و انقباض). اگر دسته‌های لعاب از یک فرمول منبع محاسبه می‌شوند، طبیعی است که تمام آلومینا ممکن از فلدسپات تامین شود تا زمانی که اهداف قلیایی برآورده شوند و سپس با کائولن تکمیل شود. در صورت وجود هر گونه نیاز اضافی به Al ₂ O ₃ می توان از هیدرات آلومینا فرآیند بایر استفاده کرد (اما به ندرت به این نیاز می شود). گاهی اوقات آلومینا بایر در اولویت به کائولن اضافه می شود که در آن آزادی استثنایی از آهن مورد نیاز است.

-در بیشتر موارد افزودن Al ₂ O ₃ به عنوان اکسید در شیمی دمای ذوب لعاب یا شیشه را افزایش می دهد. با این حال، در برخی از فرمولاسیون‌های سودا آهک، افزودن کوچک Al ₂ O ₃ می‌تواند دمای ذوب را کاهش دهد.

-در شیشه، مقادیر کم می تواند ضریب انبساط را کاهش دهد، استحکام کششی و کشش سطحی را افزایش دهد، درخشندگی را بهبود بخشد، محدوده کاری را طولانی تر کند، دگرگونی را کاهش دهد، مقاومت در برابر حمله اسیدی را افزایش دهد. آلومینا هنگام جایگزینی سیلیس باعث انعطاف پذیری و انعطاف پذیری شیشه می شود.

-نسبت SiO ₂ به Al ₂ O ₃ اغلب به عنوان شاخص مات بودن لعاب نامیده می شود (نسبت های پایین مات تر هستند). با این حال، اگر عینک دیگری (مانند B ₂ O ₃ ) وجود داشته باشد، باید در پیش بینی منطقی شود. این فرض وجود دارد که لعاب به خوبی ذوب شده است تا قابل استفاده باشد. اغلب این نسبت باید بسیار کم باشد (لعاب ها معمولاً می خواهند براق باشند اگر خوب ذوب شوند و به آرامی سرد نشوند).

آلومینا و اسید بوریک از اجزای مهم در انواع شیشه های کم انبساط برای ظروف شیمیایی، پخت و پز و دماسنج هستند.

-وجود آلومینا در شیشه سیلیکات جداسازی فاز را کاهش می دهد .

-موردی وجود دارد که محتوای آلومینا بالاتر واقعاً می تواند رشد کریستال را تشویق کند (Anorthite CaO.Al ₂ O ₃ .2SiO ₂ ). در لعاب‌های آتش‌نشانی با براقیت بالا (جایی که CaO اغلب فراوان است)، محتوای آلومینا باید بهینه شود: به اندازه کافی بالا باشد تا از جدا شدن فازها جلوگیری کند و سایر خواص مفید آن را ایجاد کند، اما به اندازه کافی کم باشد تا از رشد کریستال‌ها جلوگیری شود (به مقاله در مورد لعاب‌های براق مراجعه کنید.