アルミナ（酸化アルミニウム）は、最も広く使われている酸化物セラミック材料です。 その用途は広く、スパークプラグ、タップワッシャー、耐摩耗タイル、切削工具などがあります。
非常に大量のアルミナが、不定形耐火物やレンガ耐火物の製造にも使用されています。 また、フレーク状黒鉛など他の材料と混合して、注ぎ口やスライド式ゲートバルブなど、より難しい用途も想定されています。
主要特性
酸化アルミニウムの主要特性を以下に示します。
– 高い圧縮強度
– 高い硬度
– 耐摩耗性
– 高温でも広範囲の化学薬品に耐えられる
– 高い熱伝導性
– 熱衝撃に強い
– 高い耐火性
– 高い誘電性
– 耐熱性- 耐熱性 強さ
– 高温でも高い電気抵抗率
– マイクロ波電波に対して透明
– 中性子断面積が小さい
– 原料が容易に入手できて価格が激しく変動しない
年間生産量
酸化アルミニウムの年間生産量は4500万トンとされています。 このうち90%は電解によるアルミニウム金属の製造に使用されます。
アルミナはどこから来るのか？
商業的に生産される酸化アルミニウムのほとんどは、水酸化アルミニウム（しばしばアルミナ三水和物またはATHと呼ばれます）の焼成によって得られます。
水酸化アルミニウムは事実上すべてバイエルプロセスによって製造される。
これはボーキサイトを苛性ソーダで消化し、その後水酸化アルミニウムの細かい種結晶を加えることによって水酸化アルミニウムを沈殿させるものである。
相
酸化アルミニウムはα、χ、η、δ、κ、θ、γ、ρの多くの形態で存在し、これらは水酸化アルミニウムまたはオキシ水酸化アルミニウムの熱処理時に発生する。 最も熱力学的に安定な形態は、α-酸化アルミニウムです。
アルミニウム水酸化物
アルミニウムは様々な水酸化物を形成します。 最も一般的な三水酸化物はギブサイト、ベイヤライト、ノルドストランダイトであり、より一般的な酸化水酸化物はボエマイトとダイアスポアです。
商業的に最も重要な形態はギブサイトですが、ベイヤライトとボエマイトも工業規模で製造されています。
水酸化アルミニウムは、プラスチックやゴムの難燃剤、紙の充填材や延伸剤、歯磨き粉の充填材、制酸剤、チタニアコーティング、アルミニウム化学製品の製造のための原料など、幅広い用途を持っている。
商業グレード
Smelter または冶金グレードは、アルミニウム金属の製造に利用されるときに与えられる名前です。 歴史的にはロータリーキルンを使って水酸化アルミニウムから製造されましたが、現在は一般的に流動床または流動フラッシュか焼炉で製造されます。 流体フラッシュプロセスでは、水酸化アルミニウムは燃料油またはガスの燃焼によって得られる熱風の向流流に供給される。 最初に自由水を除去し、次に化学的に結合した水を除去する効果があり、これは180〜600℃の温度範囲で行われる。 脱水された酸化アルミニウムは、主に活性アルミナの形で、温度が1000℃に上昇するにつれて表面積が徐々に減少する。 さらに温度>1000℃で焼成すると、より安定なα形に変換されます。
焼成
水酸化アルミニウムが1100℃を超える温度に加熱されると、上記で言及した遷移相を通過し、
最終製品は、十分に高い温度が使用されていれば、α-アルミナである。 製造工程は、商業的には長い回転窯で行われる。 鉱化剤は、反応を触媒し、α-アルミナ相が形成される温度を下げるために頻繁に添加されます。フッ化物塩が最も一般的な鉱化剤です。 存在する主な不純物は酸化ナトリウムです。
焼成グレードは、しばしば普通のソーダ、中ソーダ（ソーダレベル0.15〜0.25％wt％）と低ソーダに細分化されます。
低ソーダ
多くのアプリケーション、特に電気/電子分野では、酸化アルミニウムに存在するソーダの低レベルが必要である。 低ソーダアルミナとは、一般的にソーダ含有量が<0.1重量％であると定義されています。
反応性
「反応性」アルミナとは、通常、比較的高純度で小さな結晶サイズ（<1μm）のサンプルに与えられる用語で、低ソーダ、中ソーダ、普通ソーダよりも低温で完全に緻密化された体に焼結するものです。 この粉末は通常、焼成後に発生する凝集体を粉砕するボールミルを行った後に供給されます。
Tabular
Tabular 酸化アルミニウムは再結晶または焼結したα-アルミナで、その形態が大きな、50～500μm、コランダムのフラットなタブレット型結晶から成るのでそう呼ばれています。 焼成アルミナをペレット化、押し出し、またはプレスして形状を作り、これらの形状をシャフト炉で融点直下の温度、1700～1850℃に加熱します。
焼成後、焼結アルミナの球体はそのまま触媒層などのいくつかの用途に使用できますが、粉砕、選別、研削して幅広いサイズを作ることも可能です。 この材料は焼結されているので、特に低い気孔率、高密度、低透過率、良好な化学的不活性、高い耐火性を持ち、耐火物用途に特に適しています。
電融
電融アルミナは、垂直炭素電極間に電流を流すことにより、電気炉で作られます。 発生する熱でアルミナを溶かします。 炉は水冷式の鋼鉄製シェルで構成され、一度に3～20トンの原料が溶融されます。 溶融アルミナは、高密度、低気孔率、低透過率、高耐火性である。 これらの特性から、研磨剤や耐火物の製造に使用されます。
高純度
高純度アルミナは、通常99.99%の純度のものと分類され、バイエル水和物に始まり、連続した活性化と洗浄、または塩化物を経て、必要な純度を得るルートによって製造することが可能です。 さらに高純度のものは、硫酸アンモニウムの焼成やアルミニウム金属から製造される。 硫安を経由する場合、必要な純度は連続的な再結晶によって得られる。 アルミニウムをアルコールと反応させ、蒸留、加水分解、焼成によりアルミニウムアルコキシドを精製すれば、特に高純度のアルミニウムを製造することができる。
用途としては、レーザー用のルビーやイットリウムアルミニウムガーネットなどの人工宝石の製造、機器の窓やレーザー用のサファイアなどがある。