หลักการผลิตอะลูมินาหลอมรวมสีน้ำตาลเคลือบอิริเดียม

อะลูมินาหลอมสีน้ำตาลเคลือบอิริเดียมเป็นวัสดุคอรันดัมที่ผ่านการดัดแปลงเป็นพิเศษ หลักการผลิตผสมผสานการเตรียมอะลูมินาหลอมสีน้ำตาลเข้ากับเทคโนโลยีการชุบอิริเดียมบนพื้นผิว โดยมุ่งหวังที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง (เช่น ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง ความเสถียรทางเคมี และฤทธิ์ทางไฟฟ้าเร่งปฏิกิริยา) ต่อไปนี้คือการวิเคราะห์โดยละเอียดเกี่ยวกับหลักการผลิตหลัก:

I. การเตรียมอะลูมินาหลอมสีน้ำตาล
อะลูมินาหลอมสีน้ำตาลเป็นอะลูมินาชนิดหนึ่ง (Al₂O₃) ที่ผลิตจากบ็อกไซต์โดยการหลอมที่อุณหภูมิสูง:

การแปรรูปวัตถุดิบ: บอกไซต์จะถูกเผาเพื่อขจัดความชื้นและสิ่งเจือปน

การถลุงด้วยเตาอาร์กไฟฟ้า: ที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,000℃ จะมีการเติมสารรีดิวซ์คาร์บอน (เช่น แอนทราไซต์) และผงเหล็กเพื่อลดสิ่งเจือปน (เช่น SiO₂, Fe₂O₃ เป็นต้น) ทำให้เกิดตะกอนโลหะผสมซิลิกอน-เหล็กที่แยกออกจากกัน

การทำให้เย็นลงและการตกผลึก: หลังจากการทำความเย็นลง ของเหลวที่หลอมเหลวจะก่อตัวเป็นผลึกอะลูมินาหลอมรวมสีน้ำตาลที่มีความแข็งสูง (ส่วนใหญ่เป็น α-Al₂O₃ ซึ่งมีออกไซด์ของไททาเนียมและเฟอออกไซด์ในปริมาณเล็กน้อยเพื่อให้มีสี)

การบดและการขึ้นรูป: อะลูมินาหลอมสีน้ำตาลเป็นก้อนจะถูกบดและร่อนให้เป็นอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหรือเป็นเมทริกซ์ตามขนาดที่ต้องการ

II. หลักการของกระบวนการเคลือบอิริเดียม
อิริเดียม (Ir) เป็นโลหะกลุ่มแพลตตินัมที่มีความหนาแน่นสูง จุดหลอมเหลวสูง (2466℃) และทนต่อการกัดกร่อน เคลือบบนพื้นผิวของอะลูมินาหลอมรวมสีน้ำตาลโดยใช้เทคนิคการชุบผิว วิธีการทั่วไป ได้แก่:

1. หลักการสะสมไอทางกายภาพ (PVD)
: ในสภาพแวดล้อมสูญญากาศสูง เป้าหมายอิริเดียมจะระเหยด้วยอาร์กไฟฟ้าหรือการสปัตเตอร์ และอะตอมหรือไอออนของอิริเดียมจะถูกสะสมไว้บนพื้นผิวของอะลูมินาหลอมรวมสีน้ำตาลเพื่อสร้างฟิล์ม

คุณสมบัติ: การเคลือบที่สม่ำเสมอ การยึดเกาะที่แข็งแรง เหมาะสำหรับการชุบความแม่นยำ

2. หลักการสะสมไอเคมี (CVD)
: ในห้องปฏิกิริยาอุณหภูมิสูง สารประกอบสารตั้งต้นของอิริเดียม (เช่น อิริเดียมไตรคลอไรด์ (IrCl₃), อิริเดียมอะเซทิลอะซิโทเนต ฯลฯ) จะถูกทำให้ลดลงหรือสลายตัว และอะตอมของอิริเดียมจะถูกสะสมบนพื้นผิวของสารตั้งต้น

3. การชุบด้วยไฟฟ้าหรือการชุบด้วยสารเคมี

หลักการ: ในอิเล็กโทรไลต์ที่มีไอออนอิริเดียม อิริเดียมจะถูกสะสมบนพื้นผิวของสารตั้งต้นที่นำไฟฟ้าโดยใช้กระแสไฟฟ้าหรือสารรีดิวซ์ หากอะลูมินาหลอมสีน้ำตาลไม่นำไฟฟ้า จำเป็นต้องมีการเคลือบผิวโลหะเบื้องต้น (เช่น การเคลือบชั้นตัวนำ)

ลักษณะเด่น : ราคาถูกกว่า แต่การเคลือบอาจจะบางกว่า

III. ประเด็นทางเทคนิคที่สำคัญสำหรับอะลูมินาหลอมรวมสีน้ำตาลชุบอิริเดียม

การเตรียมพื้นผิว:

พื้นผิวของอะลูมินาหลอมรวมสีน้ำตาลจำเป็นต้องได้รับการทำความสะอาดและกระตุ้น ซึ่งอาจทำได้โดยการดองด้วยกรด การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก หรือการทำให้หยาบเพื่อเพิ่มการยึดเกาะ

การเพิ่มประสิทธิภาพพันธะอินเทอร์เฟซ:

เนื่องจากความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนระหว่างอิริเดียมและ Al₂O₃ จึงจำเป็นต้องมีชั้นทรานสิชั่น (เช่น W, Mo หรือการเคลือบแบบไล่ระดับ) เพื่อบรรเทาความเครียดและป้องกันการลอก

การควบคุมความหนาของการเคลือบ:

โดยทั่วไปแล้วการเคลือบจะอยู่ในช่วงไมโครเมตร ความหนาที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวได้ ในขณะที่ความหนาที่ไม่เพียงพอจะทำให้ประสิทธิภาพดีขึ้นได้จำกัด

หลังการรักษา:

การอบอ่อนอาจดำเนินการเพื่อปรับปรุงความเป็นผลึกและความแข็งแรงในการยึดเกาะของสารเคลือบ

IV. ฟังก์ชันและการเพิ่มประสิทธิภาพของการชุบอิริเดียม

ทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง: อิริเดียมสร้างชั้นออกไซด์หนาแน่น (IrO₂) ที่อุณหภูมิสูง ช่วยปกป้องพื้นผิวคอรันดัมสีน้ำตาล

ความเฉื่อยทางเคมี: ทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดและด่าง เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง

กิจกรรมเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้า: อิริเดียมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมและสามารถใช้วัสดุอิเล็กโทรดอิเล็กโทรไลซิสในน้ำได้

เพิ่มความทนทานต่อการสึกหรอ: ความแข็งที่สูงของอิริเดียมยังช่วยเพิ่มความทนทานต่อการสึกหรอของพื้นผิวอีกด้วย

V. พื้นที่การใช้งาน

สารกัดกร่อนและสารเคลือบพิเศษ: ใช้สำหรับการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำหรือชิ้นส่วนที่ทนต่อการสึกหรอ

วัสดุอิเล็กโทรดอุณหภูมิสูง เช่น ขั้วบวกเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ตัวเร่งปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเคมี

การบินและอวกาศ: การเคลือบทนอุณหภูมิสูง ส่วนประกอบของระบบขับเคลื่อน

อุตสาหกรรมนิวเคลียร์: วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนจากรังสี