מה זה קורונדום?

לקורונדום (Al2O3) יש עתודות חומר גלם בשפע, המהוות כ-25% ממשקל קרום כדור הארץ. זה זול ויש לו הרבה מאפיינים מצוינים. ישנם גבישים רבים ושונים של Al2O3, ויש יותר מעשרה סוגים של וריאנטים שדווחו, אך ישנם שלושה עיקריים, כלומר α-Al2O3, β-Al2O3 ו-γ-Al2O3.

קורונדום טבלאי

γ-Al2O3 הוא מבנה ספינל, שאינו יציב בטמפרטורות גבוהות ולעתים רחוקות משמש כחומר בודד. β-Al2O3 הוא בעצם אלומינט המכיל מתכות אלקליות או מתכות אדמה אלקליות. ניתן להעריך את ההרכב הכימי שלו לפי RO·6Al2O3 ו-R2O·11Al2O3, סריג משושה, צפיפות 3.30~3.63g/cm3, 1400~1500. הוא מתחיל להתפרק ב-℃ והופך ל-α-Al2O3 ב-1600℃. α-Al2O3 הוא צורה בטמפרטורה גבוהה, עם טמפרטורה יציבה גבוהה כמו נקודת ההתכה, וצפיפות של 3.96~4.01g/cm3, הקשורה לתכולת הטומאה. תא היחידה הוא פריזמה חדה, הקיימת בטבע בצורת קורונדום טבעי, אודם וספיר. ל-α-Al2O3 מבנה קומפקטי, פעילות נמוכה, תכונות חשמליות טובות ותכונות מכניות מצוינות. קשיות Mohs היא 9. α-Al2O3 שייך למערכת גבישים משושה, מבנה קורונדום, a=4.76, c=12.99.

ל-Al2O3 חוזק מכני גבוה. ככל שהרכב Al2O3 טהור יותר, כך החוזק גבוה יותר. החוזק המכני יכול לשמש לייצור פורצלן למכשיר ורכיבים מכניים אחרים. ההתנגדות של Al2O3 גבוהה, ביצועי הבידוד החשמלי טובים, ההתנגדות בטמפרטורת החדר היא 1015Ω·cm והחוזק הדיאלקטרי הוא 15kV/mm. באמצעות הבידוד והחוזק שלו, ניתן להפוך אותו למצעים, שקעים, מצתים, קונכיות מעגלים וכו’. ל-Al2O3 קשיות גבוהה, קשיות Mohs של 9, בתוספת עמידות בפני שחיקה מעולה, כך שהוא נמצא בשימוש נרחב לייצור כלים, גלגלי שחיקה, שוחקים, קוביות ציור, מיסבים, שיחי מיסבים ואבני חן מלאכותיות. ל-Al2O3 נקודת התכה גבוהה ועמידות בפני קורוזיה. יש לו נקודת התכה של 2050 מעלות צלזיוס. יש לו עמידות טובה בפני שחיקה של מתכות מותכות כגון Be, Sr, Ni, Al, V, Ti, Mn, Fe, CO ונתרן הידרוקסיד, זכוכית וסיגים. יש לו גם התנגדות גבוהה; הוא אינו יוצר אינטראקציה עם Si, P, Sb, Bi באווירה אינרטית, כך שניתן להשתמש בו כחומרים עקשנים, צינורות כבשנים, כור היתוך זכוכית, כדורים חלולים, סיבים ומכסי הגנה של צמד תרמי וכו’.

ל-Al2O3 יציבות כימית מעולה. סולפידים מורכבים, פוספידים, ארסנידים, כלורידים, ניטרידים, ברומידים, יודידים, פלואורידים יבשים, חומצה גופרתית, חומצה הידרוכלורית, חומצה חנקתית וחומצה הידרופלואורית אינם מקיימים אינטראקציה עם Al2O3. לכן, ניתן ליצור ממנו מתכת טהורה כור היתוך גידול גביש יחיד, מפרקים אנושיים, עצמות מלאכותיות וכו’. ל-Al2O3 תכונות אופטיות וניתן להפוך אותו לחומרים מעבירי אור לייצור צינורות מנורת אדי Na, פיירי מיקרוגל, חלונות אינפרא אדום ולייזר רכיבי תנודה. המוליכות היונית של Al2O3 משמשת כחומר עבור תאים סולאריים וסוללות אחסון. Al2O3 נמצא בשימוש נפוץ גם בטכנולוגיית מתכת משטח קרמי.

השלב הגבישי העיקרי של קורונדום התמזג על בסיס אלומינה הוא פאזה קורונדום בגודל של 1.0-1.5 מ”מ וגבישים משולבים. השאר הן כמויות עקבות של רוטיל, אלומינה ואלומיניום טיטנאט, וממוקמות בתוך שלב הקורונדום או בין שלבי הגביש. כמות קטנה של פאזת זכוכית. בסין, לאחר יותר מעשר שנים של מאמצים בלתי פוסקים, תהליך ההיתוך של קורונדום מותך על בסיס בוקסיט התקדם מאוד, עם כושר ייצור שנתי של יותר מ-110,000 טון. קורונדום מאוחה על בסיס בוקסיט שימש בהצלחה כחומר גלם ללבנים בוערות שונות וחומרים עקשנים לא מעוצבים. לדוגמה, הוא יכול להחליף חלקית קורונדום צפוף בתנורים יציקים, ומשמש כחומר מטריקס וחומר גרגירי לייצור זחילה נמוכה. לבני אלומינה גבוהות משמשות להחלפת קורונדום לבן בחומרי עקשן אחרים Al2O3-SiO2 להכנת מוצרים בעלי ביצועים גבוהים.

התכת קורונדום חום מבוססת על העיקרון הבסיסי שלאלומיניום יש זיקה גדולה יותר לחמצן מאשר ברזל, סיליקון, טיטניום וכו’. על ידי שליטה בכמות החומר המצמצם, הזיהומים העיקריים בבוקסיט מצטמצמים על ידי התכת הפחת, והזיהומים המופחתים נוצרים סגסוגות פרוסיליקון. הוא מופרד מההמסה של קורונדום כדי לקבל קורונדום חום עם איכות גביש העומדת בדרישות ותכולת Al2O3 גדולה מ-94.5%. Fe2O3 מצטמצם לייצור סגסוגת פרוסיליקון ומוסר במהלך תהליך ההיתוך, אך עדיין נותרה במוצר כמות קטנה של תחמוצת ברזל וספינל מיוצר אלומינה. TiO2 מצטמצם חלקית לסגסוגת הסיליקון הברזל במהלך תהליך ההיתוך, וחלק ניכר ממנו נשאר בקורונדום החום, שהוא הגורם העיקרי לצביעה של הקורונדום החום. קשה להפחית את CaO ו-MgO בתהליך ההיתוך, ורוב ה-CaO וה-MgO בחומרי הגלם עדיין קיימים במוצר. למרות ש-Na2O ו-K2O יכולים להנדיף בטמפרטורה גבוהה במהלך תהליך ההיתוך, לא ניתן להפחית אותם ולהישאר בקורונדום החום, מה שיש לו השפעה רבה על האיכות.

קורונדום חום

חומר הגלם של קורונדום חום מורכב מגרגרי גביש α-אלומינה וכמות קטנה של פאזת זכוכית, גבישי α-אלומינה מורכבים מתמיסה מוצקה Al2O3 המכילה Ti2O3, ושלב הזכוכית מורכב ברובו מטיטניום דו חמצני וסיליקון דו חמצני ועוד. עקבות חמצון קיים בכבשן קשת חשמלי.物组合。 הרכב החומר. תחמוצות אלו מהוות את פאזת הזכוכית, ויש להן מסיסות נמוכה בלבד במבנה הגבישי של גרגרי האלומינה. Ti2O3 היא התחמוצת היחידה ש-Ti יכול להמיס בגרגרי האלומינה. TiO2 היא התחמוצת התרמודינמית היציבה של Ti. במהלך ההיתוך וההפחתה של קורונדום חום, חלק מ-TiO2 מצטמצם לתת חמצון של טיטניום. (Ti2O3), מעל 1000℃, חמצן יכול להתפזר לתוך גרגרי ה-Ga-alumina, לחמצן את Ti2O3 ל-TiO2 יציב יותר ולאחר מכן לעטוף אותו בגרגרי α-אלומינה, כך שרוב הטיטניום דו-חמצני הוא α-אלומינה. תמיסה מוצקה של גביש דגנים קיימים.

עודף TiO2 בקורונדום חום אינו יכול להישאר בשלב הזכוכית, אלא מגיב עם אלומינה ויוצר טיטנאט מאלומיניום (TiO2·Al2O3). אלומיניום טיטנאט הוא השלב השלישי בממשק בין גרגרי α-אלומינה לשלב הזכוכית; הקשיחות של קורונדום חום עולה עם הצמיחה של גרעיני גביש TiO2. שלב ה-TiO2 המפוזר באופן אחיד בגרגרי גביש α-אלומינה מקשיח את חלקיקי α-אלומינה. תמיסה מוצקה קורונדום חומה Ti2O3 גורמת לקורונדום חום להופיע כחול.

חומר הגלם של קורונדום חום מורכב מגרגרי גביש α-אלומינה וכמות קטנה של פאזת זכוכית, גבישי α-אלומינה מורכבים מתמיסה מוצקה Al2O3 המכילה Ti2O3, ושלב הזכוכית מורכב ברובו מטיטניום דו חמצני וסיליקון דו חמצני ועוד. עקבות חמצון קיים בכבשן קשת חשמלי.物组合。 הרכב החומר. תחמוצות אלו מהוות את פאזת הזכוכית, ויש להן מסיסות נמוכה בלבד במבנה הגבישי של גרגרי האלומינה.

Ti2O3 היא התחמוצת היחידה ש-Ti יכול להמיס בגרגרי האלומינה. TiO2 היא התחמוצת התרמודינמית היציבה של Ti. במהלך ההיתוך וההפחתה של קורונדום חום, חלק מ-TiO2 מצטמצם לתת חמצון של טיטניום. (Ti2O3), מעל 1000℃, חמצן יכול להתפזר לתוך גרגרי ה-Ga-alumina, לחמצן את Ti2O3 ל-TiO2 יציב יותר ולאחר מכן לעטוף אותו בגרגרי α-אלומינה, כך שרוב הטיטניום דו-חמצני הוא α-אלומינה. תמיסה מוצקה של גביש דגנים קיימים. עודף TiO2 בקורונדום חום אינו יכול להישאר בשלב הזכוכית, אלא מגיב עם אלומינה ויוצר טיטנאט מאלומיניום (TiO2·Al2O3). אלומיניום טיטנאט הוא השלב השלישי בממשק בין גרגרי α-אלומינה לשלב הזכוכית; הקשיחות של קורונדום חום עולה עם הצמיחה של גרעיני גביש TiO2. שלב ה-TiO2 המפוזר באופן אחיד בגרגרי גביש α-אלומינה מקשיח את חלקיקי α-אלומינה. תמיסה מוצקה קורונדום חומה Ti2O3 גורמת לקורונדום חום להופיע כחול.