آلومینا (3) کاربردهاي آلومينا

آلومينا در زمينه هاي مختلف صنعتي کاربرد دارد. در ادامه اشاره اي به برخي از کاربردهاي آن در صنعت داريم:

1) ديرگدازها
 

صنعت ديرگداز وظيفه ي ساخت قطعات يا مواد ديرگداز مصرفي در ساير صنايع را بر عهده دارد. معمولاً کاربرد ديرگدازها از دماي بالاتر از 400-500 مطرح هستند. و از اين دما به بالا کم کم شرايط سخت مي شود. در شرايط کاري سخت مانند صنعت فولادسازي، توليد محصول در شرايطي همچون فرآيند کربن زدائي، کوره بلند، تانديش هاي مختلف انجام مي شود. در اين صنايع کوره هاي مختلف و پاستيل هاي فراواني استفاده مي شوند. از اين رو تنوع مواد ديرگداز مصرفي در اين بخش ها زياد است. مذاب هاي عبوري از اين ديرگدازها داراي دمايي در محدوده ي 1550-1600 درجه سانتي گراد هستند که در اين شرايط خوردگي به علت تلاطمات مذاب بالاست. بنابراين نسوزهاي مورد استفاده در اين بخش ها بسيار خاص و حساس هستند. اين ديرگدازها بايد مقاومت به خوردگي، شوک پذيري، مقاومت حرارتي و دوام مناسبي داشته باشند. اگرچه مواد ديرگداز مصرفي در برخي صنايع مانند صنعت فولاد و شيشه سازي موادي با دوام هستند ولي به خاطر شرايط سخت کاري سريعاً فرسوده مي شوند و نياز به تعمير و جايگزيني دارند.
از آلومينا مي توان در ساخت نسوزهاي شکل دار و بي شکل استفاده کرد. انواع مختلفي از نسوزها بر پايه ي آلومينا توليد مي شوند براي نمونه برخي از آنها را نام مي بريم: آجرهاي آلومينايي، کامپوزيت هاي آلومينايي، ديرگدازهاي آلومينا-مولايت، ديرگدازهاي آلومينا-اسپينل، ديرگدازهاي آلومينا- گرافيت در کنار آلومينا مي توان فازهاي ديگري مانند مولايت و اسپنيل را داشته باشيم. در واقع آلومينا مقاومت به خوردگي خوبي دارد اما در برابر مذاب و سرباره به سرعت خورده مي شود از اين رو براي افزايش مقاومت به خوردگي آن از مواد کربني استفاده مي شود. مواد کربني مانند کک، قير و گرانيت به صورت کامپوزيت با آلومينا استفاده مي شوند. نسوزهاي آلومينا-گرانيت به خاطر پديد آمدن خاصيت عدم تر شوندگي خواص مقاومتي در برابر خوردگي خوبي دارند. آلومينا شک پذيري خوبي ندارد درواقع شک پذيري آن در حد متوسط است. براي افزايش مقاومت در برابر شک حرارتي مي توانيم از فازهاي ديگر (به شکل کامپوزيت) در آلومينا استفاده کنيم. مثلاً افزودن مولايت به آلومينا باعث بهبود خواص شوک پذيري آن مي شود. براي بهبود خاصيت مقاومتي آلومينا در برابر شک پذيري ماده مکانيزم داريم. يکي آنکه ماده اي به آلومنيا اضافه کنيم که ضريب انبساط آن از ضريب انبساط حرارتي آلومينا پايين تر باشد در نتيجه کامپوزيت حاصل ضريب انبساط حرارتي پايين تر و در نتيجه مقاومت در برابر شک حرارتي بهتري داشته باشد. مکانيزم ديگر اين است که ماده اي به آلومينا اضافه کنيم که رسانايي گرمايي کامپوزيت حاصله از رسانايي گرمايي آلومينا بيشتر باشد. در نتيجه اين مسئله باعث بهبود مقاومت به شک پذيري مي شود. مثلاً افزودن کربن باعث افزايش رسانايي گرمايي کامپوزيت آلومينا- گرافيت مي شود. البته توليد کامپوزيت هاي آلومينا-گرافيت نيز مشکلات خاص خود رادارد. زيرا پخت آن ها بايد در اتمسفر خنثي انجام شود. و ازاين رو هزينه ي توليد بالا مي رود. ضمناً اين بدنه ها نيازمند بايندرهاي خاصي دارند که بتوانند اتصالي مناسب ميان آلومينا و کربن برقرار کند. از اين رو قيمت اين گونه کامپوزيت ها بالا است و براي همين مسأله در کاربردهاي ويژه از آنها استفاده مي شود. مثلاً از کامپوزيت هاي گرانيت-آلومينا در ساخت دريچه هاي کشويي پاتيل ها استفاده مي شود.

2) ساينده ها
 

آلومينا داراي سختي بالايي است. در مقياس موس عدد 9 به آلومينا تعلق دارد. در واقع در اين پس از الماس که سختي آن 10 است قرار دارد. به خاطر سختي بالاي اين ماده از آن در توليد ابزارهاي برنده و ساينده ها استفاده مي شود. همچنين گلوله هاي مورد استفاده در بال ميل نيز گاهاً از جنس آلومينا هستند.

3) کاربردهاي الکتريکي
 

آلومينا استحکام دي الکتريک بالايي دارد. و مي تواند به عنوان پايه مدار، عايق شمع اتومبيل، پوشش لامپ هاي بخار سديم از ان استفاده کرد. کاربرد آلومينا در مدارات با فرکانس بالا اهميت پيدا مي کند. در واقع گرماي پديد آمده دراين مدارات مي تواند مواد متداول مانند پلاستيک را ذوب کرده و تنها مواد سراميکي هستند که مي توانند در اين شرايط تحمل داشته باشند.

4) کاربردهاي بيومتريالي
 

آلومينا از لحاظ شيميايي يک اکسيد آمفوتر و خنثي است. به خاطر وجود اين ويژگي، آلومينا مقاومت به خوردگي مناسبي دارد. محيط بدن موجودات زنده محيطي خورنده است. و درصورت عدم تناسب ميان يک امپلنت و بدن، بدن آن را دفع مي کند. اين دفع کردن به همراه تحريک سيستم دفاعي بدن بر عليه ماده ي خارجي است از اين رو نوع ماده ي مورد استفاده در ساخت امپلنت و پروتز بسيار مهم مي باشد. آلومينا داراي دو ويژگي است که توانسته خود را به عنوان يک ماده ي زيست سازگار پذير مطرح کند. اين دو ويژگي عبارتند از:
1)آلومينا از لحاظ شيميايي خنثي است.
2)آلومينا با محيط بدن سازگاري دارد.
از اين رو آلومينا مي تواند کاربردهاي بيومتريالي خوبي داشته باشد. البته آلومينا نيز مانند ساير سراميک ها ماده اي ترد است. و استحکام کششي آن پايين است. از اين رو در هنگام استفاده از سراميک ها (آلومينا) در ساخت پروتزها با مشکل ابعادي روبرو هستيم. در واقع نمي توانيم هر قطعه اي با هر ابعادي را از جنس سراميکي تهيه کنيم. به صورت کلي اگر قطعه ي ما کوچک باشد مانند دندان و يا استخوان هاي کوچک ما مي توانيم از سراميک استفاده کنيم اما اگر استخوان ما برزگ
باشد استخوان ران يا ساق پا ديگر نمي توانيم از سراميک در ساخت آن استفاده کنيم.
از پوشش هاي آلومينايي براي بهبود خواص سطحي امپلنت ها و پروتزهاي فلزي استفاده مي شود. در واقع فلزات مواد زيست سازگاري نيستند که با افزوده شدن پوشش آلومينايي اين مشکل برطرف شود. به خاطر خواص سايشي مناسب آلومينا از آن در توليد مفاصل سراميکي بهره گرفته مي شود.
امروزه بسياري از افرادي که تصادف کرده اند، راه رفتن دوباره ي خود را مديون اين مفاصل سراميکي هستند.

5) کاربردهاي ويژه
 

علاوه بر کاربردهاي گسترده اي که در مورد آلومينا گفتيم، برخي از کاربردهاي آلومينا خاص هستند. مثلاً در سيستم هاي صنعتي که مايعات با دماي بالا در حال انتقال هستند ما نياز به واشرها و درزگيرهايي هستيم که نمي توان آنها را از جنس لاستيک تهيه کرد. اين نوع واشرها از جنس آلومينايي هستند. همچنين کاشي هاي مورد استفاده در شاتل هاي فضايي از جنس آلومينا هستند. در واقع آلومينا به خاطر خواص زير براي ساخت کاشي هاي شاتل فضايي مناسبند:
1) آلومينا نقطه ي ذوب بالايي دارد.
2) آلومينا مقاومت به سايش خوبي دارد.
3) آلومينا استحکام مناسبي دارد.
شاتل هاي فضايي در هنگام گذر از جو زمين بايد بر اصطکاک جو غلبه کنند در اين ميان علاوه بر اصطکاک، دما نيز بالاست. از اين رو نياز است تا سطح شاتل فضايي به طور مناسبي عايق کاري گردد.آلومينا گزينه ي مناسبي براي اين کاربرد است. در يک شاتل فضايي حدود 30000 کاشي استفاده شده است.

نتيجه گيري
 

همانگونه که قبلاً بيان شد آلومينا يکي از پرمصرف ترين مواد سراميکي است. توليد ساليانه ي آلومينا حدود 45 ميليون تن است. که 90درصد از اين ميزان براي توليد فلز آلومينا (به روش الکتروليز) مصرف مي شود. اين مسئله اهميت اين ماده ي استراتژيک را براي ما مشخص مي کند. از اين رو توجه به فرآيند توليد،کاربردها و نحوه ي فراوري آن بسيار مهم مي باشد.
منبع انگلیسی مقاله : Bauxites /IDA VALETON
/ن