Alumina yang dikalsinasi telah menjadi pendukung penting bagi pengembangan industri keramik
Alumina kalsinasi, material non-logam anorganik yang terbuat dari alumina industri yang dikalsinasi pada suhu tinggi, memiliki banyak sifat luar biasa. Pertama, kekerasannya yang tinggi merupakan salah satu keunggulannya. Kekerasan Mohs-nya mencapai 9, kedua setelah intan. Hal ini membuat produk keramik yang terbuat darinya sangat tahan aus, mempertahankan penampilan yang baik dan stabilitas struktural dalam penggunaan jangka panjang. Kedua, alumina kalsinasi memiliki ketahanan suhu tinggi yang sangat baik, mampu menahan suhu di atas ribuan derajat Celcius tanpa deformasi atau kerusakan, karakteristik yang membuatnya sangat berguna dalam bidang keramik suhu tinggi. Lebih lanjut, alumina kalsinasi menunjukkan stabilitas kimia yang sangat baik dan tidak rentan terhadap reaksi kimia dengan zat lain, sehingga memastikan kinerja produk keramik yang stabil.
Fungsi Utama Alumina Kalsinasi dalam Glasir
Karena kemurniannya yang tinggi, kekerasannya yang tinggi, dan stabilitas kimianya yang sangat baik, alumina kalsinasi banyak digunakan dalam glasir, terutama untuk keramik rumah tangga, keramik arsitektur, dan keramik khusus. Dalam aplikasi praktis, alumina kalsinasi tidak hanya meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus permukaan glasir secara signifikan, secara efektif mengurangi goresan dan keausan selama penggunaan, sehingga memperpanjang masa pakai produk keramik; alumina kalsinasi juga meningkatkan stabilitas kimia glasir, mengurangi risiko korosi asam dan alkali, serta meningkatkan ketahanan noda dan daya tahan produk. Lebih lanjut, penambahan alumina kalsinasi yang tepat dapat menyesuaikan suhu leleh dan viskositas glasir, meningkatkan fluiditasnya, menghindari cacat seperti lubang jarum dan penyusutan glasir, serta menghasilkan permukaan glasir yang lebih halus dan rata. Lebih lanjut, sifat optiknya yang unik dapat membantu mengontrol kilap glasir, menambahkan tekstur halus pada glasir matte dan meningkatkan keseragaman kilap glasir glossy untuk memenuhi persyaratan desain berbagai produk keramik.
Dalam aplikasi pigmen, alumina kalsinasi dapat menyediakan pembawa yang stabil untuk pigmen oksida logam (seperti oksida besi dan oksida kobalt), menghambat penguapan atau difusi pigmen pada suhu tinggi, dan mencegah glasir dari blooming dan pemudaran warna. Terutama pada glasir suhu tinggi, ia dapat mengunci konsentrasi warna dan konsistensi nada, membantu mencapai efek dekoratif keramik yang kaya dan tahan lama. Ini merupakan pendukung utama dalam mendorong pengembangan glasir berwarna keramik menuju kinerja dan stabilitas tinggi.
Mekanisme aksi oksida tanah jarang dalam refraktori magnesia-kalsium
Sifat suatu unsur menentukan kinerjanya, dan unsur tanah jarang pun demikian. Kinerjanya berkaitan erat dengan sifat-sifatnya. Faktor utama yang menentukan sifat fisiknya (seperti kekerasan, struktur kristal, dan titik lebur) adalah jari-jari atom dan ionnya. Logam tanah jarang memiliki titik lebur tinggi yang meningkat seiring bertambahnya nomor atom, meskipun tren ini tidak terlalu konsisten. Unsur tanah jarang biasanya kehilangan elektron pada orbital s dan d terluarnya, membentuk keadaan valensi +3, sehingga membentuk oksida tanah jarang. Keadaan valensi +3 ini merupakan keadaan oksidasi karakteristik unsur tanah jarang. Oksida tanah jarang memiliki titik lebur di atas 2000°C dan bersifat nonvolatil. Oksida ini merupakan semikonduktor konduktif campuran dengan konduktivitas elektronik dan ionik. Konduktivitas elektronik mengacu pada konduksi elektron dan hole, sedangkan konduktivitas ionik mengacu pada pergerakan ion oksigen dalam kekosongan oksigen, yang pada dasarnya merupakan konduksi ion oksigen.
Selain menggunakan unsur tanah jarang secara langsung sebagai komponen matriks atau pusat fungsional berdasarkan sifat optik dan magnetik elektron 4f, sifat kimianya, seperti reaktivitas kimia dan radius ionik yang besar, juga dapat dimanfaatkan untuk memodifikasi struktur mikro material, sehingga meningkatkan kinerjanya. Keramik semikonduktor fungsional terdoping tanah jarang merupakan contoh utama. Penambahan oksida tanah jarang ke material refraktori tidak hanya meningkatkan dan memperbaiki kekuatan dan ketangguhan inheren material, tetapi juga mengurangi suhu sintering dan biaya produksi.
Karena sifat non-toksisitasnya, efisiensi tinggi, dan sifat fisik serta kimianya yang unik, senyawa tanah jarang semakin banyak digunakan dalam berbagai aplikasi, berkembang dari aplikasi primer dalam metalurgi, teknik kimia, dan keramik hingga aplikasi lanjutan dalam material komposit berkinerja tinggi seperti penyimpanan hidrogen dan pendaran cahaya. Penelitian tentang penerapan oksida tanah jarang dalam material keramik telah menarik perhatian luas. Studi telah menunjukkan bahwa penambahan oksida tanah jarang secara signifikan meningkatkan kinerja material keramik, memastikan kualitas dan kinerjanya untuk beragam aplikasi. Lebih lanjut, oksida tanah jarang, sebagai fluks, dapat meningkatkan sintering, memperbaiki struktur mikro keramik, serta memberikan doping dan modifikasi.
Oksida tanah jarang, sebagai aditif, meningkatkan sifat material refraktori, menunjukkan manfaat unik dan signifikan dalam meningkatkan kinerja dan memberikan fungsi baru. Penambahan sejumlah kecil oksida tanah jarang meningkatkan densitas refraktori magnesia-kalsium, sehingga meningkatkan densitas dan ketahanan korosinya.
Oksida tanah jarang digunakan sebagai aditif dalam refraktori magnesia-kalsium untuk meningkatkan sinterabilitas, kekompakan, struktur mikro, komposisi fase kristal, kekuatan lentur suhu ruang, dan ketangguhan patah, sehingga memenuhi persyaratan kinerja pasar untuk refraktori magnesia-kalsium. Terdapat tiga mekanisme utama untuk menambahkan oksida tanah jarang ke material refraktori magnesium-kalsium. (1) Aditif sebagai fluks dapat meningkatkan sintering. Suhu sintering bahan refraktori magnesium-kalsium umumnya tinggi, dan terdapat banyak faktor yang tidak mendukung densifikasi selama proses sintering. Penambahan oksida tanah jarang dapat mengatasi masalah ini. Karena sifat unik oksida tanah jarang, penambahan oksida tanah jarang ke bahan refraktori dapat mengubah struktur internalnya, sehingga mendorong sintering bahan refraktori magnesium-kalsium. (2) Oksida tanah jarang dapat memperbaiki struktur mikro bahan refraktori magnesium-kalsium. Penambahan oksida tanah jarang dapat memperbaiki struktur mikro internal bahan refraktori. Hal ini mengurangi laju migrasi batas butir, menghambat pertumbuhan butir, dan mendukung pembentukan struktur padat. (3) Modifikasi doping oksida tanah jarang. Doping oksida tanah jarang dalam proses pembuatan bahan refraktori akan menyebabkan perubahan bentuk kristal sampel, sehingga menyebabkan perubahan volumenya. Perubahan ini dapat meningkatkan ketahanan tekuk dan ketangguhannya secara signifikan. Penelitian tentang penambahan aditif untuk meningkatkan dan mengoptimalkan sifat material yang relevan dalam proses persiapan material refraktori selalu menarik perhatian. Dalam penelitian ini, fokus utamanya adalah pada permasalahan bahwa bahan baku pasir kalsium magnesia sulit disinter dan mudah terhidrasi. Aditif utama meliputi ZrO2, Fe2O3, Al2O3, oksida tanah jarang, dll.
Aplikasi barium sulfat di 10 industri
Barium sulfat adalah istilah yang asing bagi kebanyakan orang, dan bahkan mereka yang kurang familiar dengan kimia pun mungkin menganggapnya sebagai bahan kimia berbahaya. Namun, barium sulfat ada di mana-mana dalam kehidupan kita sehari-hari, seringkali muncul dalam bentuk produk manufaktur. Misalnya, sebagian besar produk plastik di rumah kita, AC, suku cadang mobil plastik, kantong plastik supermarket, cat, pelapis, dan kaca, semuanya mungkin mengandung barium sulfat.
Aplikasi barium sulfat dalam sepuluh industri utama
1. Industri Perminyakan: Bubuk barit 200 mesh dan 325 mesh untuk aditif lumpur pengeboran lapangan minyak dan gas.
2. Industri Kimia: Pabrik garam barit menggunakan barit sebagai bahan baku untuk memproduksi litopon, barium sulfat terpresipitasi, dan barium karbonat.
3. Industri Cat dan Pelapis: Barit dapat digunakan sebagai pengisi dalam cat dan pelapis, menggantikan bahan baku yang lebih mahal seperti barium sulfat terpresipitasi, litopon, titanium dioksida, dan silika teraktivasi. Barit cocok untuk mengendalikan viskositas cat dan menghasilkan warna yang cerah dan stabil.
4. Industri Plastik: Barit dapat digunakan sebagai pengisi pada bahan baku plastik ABS, memberikan kilau cemerlang sekaligus meningkatkan kekuatan, kekakuan, dan ketahanan aus.
5. Industri Karet: Bubuk barit dengan ukuran mesh di bawah 500 dapat digunakan secara luas sebagai pengisi pada produk karet, mengurangi biaya sekaligus meningkatkan kekerasan, ketahanan terhadap asam dan alkali, serta ketahanan terhadap air. Barit juga memberikan penguatan yang sangat baik untuk karet alam dan sintetis.
6. Industri Kertas: Bubuk barit yang sangat halus dapat digunakan sebagai pengisi dan pelapis pada papan tulis dan kertas berlapis untuk meningkatkan warna putih dan daya tutup permukaan. Spesifikasi produk: 325 mesh, 400 mesh, 600 mesh, 800 mesh, 1250 mesh, 1500 mesh, 2000 mesh, 2500 mesh, 3000 mesh, 4000 mesh, 5000 mesh, 6000 mesh.
7. Industri Semen
Penambahan mineralizer komposit barit dan fluorit ke dalam produksi semen dapat meningkatkan warna putih dan kekuatan semen. Mineralizer ini dapat digunakan untuk membuat semen barium, mortar barit, dan beton barit, yang dapat digunakan pada bangunan yang membutuhkan perlindungan sinar-X.
8. Industri Kaca
Barium dapat digunakan sebagai deoksidasi, penjernih, dan fluks untuk meningkatkan stabilitas optik, kilap, dan kekuatan kaca.
9. Industri Konstruksi
Barium dapat digunakan sebagai agregat beton, material perkerasan jalan, untuk memperkuat pipa yang terkubur di daerah rawa, dan sebagai pengganti lembaran timbal dalam pelindung di fasilitas nuklir, pembangkit listrik tenaga nuklir, dan laboratorium sinar-X, sehingga memperpanjang umur permukaan jalan.
10. Industri Keramik
Bubuk barit juga dapat digunakan sebagai pengisi berkualitas tinggi dalam industri keramik dan industri lainnya. Saat ini, penggunaan barium sulfat dalam industri keramik semakin menurun, sementara penggunaan bubuk wollastonit semakin meningkat.
Aplikasi dalam sepuluh industri yang disebutkan di atas semuanya sangat penting dan esensial bagi penghidupan masyarakat. Hal ini menunjukkan peran penting dan luasnya jangkauan aplikasi barium sulfat, bubuk mineral non-logam anorganik.
Banyak digunakan dalam industri keramik - Black Talc
Talk hitam umumnya terdiri dari talk, kuarsa, kalsit, sepiolit, dan karbon organik, dengan warna berkisar antara hitam hingga hitam keabu-abuan.
Komponen kimia utama talk hitam adalah magnesium oksida, silikon oksida, aluminium oksida, besi oksida, titanium oksida, natrium oksida, dan kalium oksida.
Aplikasi Talk Hitam
(1) Bahan Baku untuk Industri Keramik
Kinerja pengolahan talk hitam tak tergantikan oleh bahan lain. Porselen putih tinggi dan porselen tulang yang dibakar dengan talk hitam juga disebut porselen talk atau porselen magnesium.
(2) Pengisi untuk Produk Karet
Sebagai pengisi untuk produk karet, bubuk talk hitam memiliki dispersibilitas yang baik dan sifat penguat tertentu.
(3) Pengisi untuk Produk Plastik
Pengisi plastik menggunakan dua jenis produk talk hitam, yaitu bubuk talk hitam dan bubuk talk hasil pembakaran.
(4) Pengisi untuk Pelapis
Karena talk memiliki tekstur yang lembut, tingkat abrasivitas yang rendah, serta suspensi dan dispersibilitas yang baik, talk mulai digunakan dalam pelapis.
(5) Lainnya
Selain digunakan secara luas dalam industri-industri di atas, talk hitam juga dapat digunakan sebagai pengisi dan penyerap dalam industri-industri seperti bahan baku kedap air, pupuk, pestisida, dan bahan kimia halus.
Kalsinasi dan Pemutihan Talk Hitam
Tujuan utama pengolahan talk hitam adalah untuk meningkatkan tingkat keputihannya. Tingkat keputihan alami talk hitam sekitar 50% atau bahkan lebih rendah, sehingga penggunaannya secara luas terbatas pada aplikasi dalam industri seperti keramik dan karet. Sebagai pengisi, talk harus memiliki tingkat keputihan yang tinggi. Untuk memperluas aplikasinya, langkah-langkah yang tepat harus diambil untuk meningkatkan tingkat keputihannya. Kalsinasi, yang kemudian meningkatkan tingkat keputihannya dan mengubah sifat fisiknya, meningkatkan nilai tambahnya.
Saat ini, metode utama untuk meningkatkan tingkat keputihan talk hitam adalah kalsinasi. Tujuan utama kalsinasi adalah untuk menghilangkan karbon organik dari talk, mencapai tingkat keputihan yang memenuhi persyaratan industri dan memperluas aplikasinya. Setelah kalsinasi, tingkat keputihan mencapai 95%, menghasilkan sifat tahan api, tahan panas, insulasi, adhesi, adsorpsi, dan pelumasan yang sangat baik. Kalsinasi cocok untuk aplikasi dalam pembuatan kertas, keramik, plastik, cat, pelapis, farmasi, kosmetik, kedirgantaraan, permesinan, elektronik, komputer, dan dekorasi arsitektur.
Proses Kalsinasi Talk Hitam
Kalsinasi dan penggilingan adalah dua proses yang digunakan dalam pemrosesan talk hitam dengan tingkat keputihan tinggi dan ultrahalus. Tergantung pada urutan pelaksanaannya, terdapat dua proses utama: kalsinasi diikuti dengan penggilingan ultrahalus, dan penggilingan ultrahalus diikuti dengan kalsinasi.
Proses Kalsinasi-sebelum-penggilingan
Keunggulannya adalah kesederhanaan dan biaya pemrosesan yang rendah. Namun, setelah penggilingan dan klasifikasi ultra-halus, produk talk yang dihasilkan memiliki tingkat keputihan sekitar 85%, jauh di bawah tingkat keputihan yang diinginkan, yaitu 95%, setelah kalsinasi.
Proses Penggilingan Sebelum Kalsinasi
Keunggulannya adalah keseragaman warna putih yang lebih baik setelah kalsinasi, dengan tingkat keputihan di atas 92%. Namun, proses ini rentan terhadap penggumpalan atau noda putih kemerahan.
Aplikasi Karbida Silikon
Silikon karbida memiliki karakteristik signifikan seperti lebar celah pita yang tinggi, medan listrik tembus yang tinggi, konduktivitas termal yang tinggi, dan laju pergeseran saturasi elektron yang tinggi. Silikon karbida dapat memenuhi persyaratan perangkat pengembangan ilmiah dan teknologi untuk skenario kompleks seperti suhu tinggi, daya tinggi, tegangan tinggi, dan frekuensi tinggi. Silikon karbida telah banyak digunakan dalam elektronika daya, kendaraan energi baru, penyimpanan energi, manufaktur cerdas, fotovoltaik, transportasi kereta api, dan bidang lainnya. Dapat dikatakan bahwa "semuanya bisa menjadi silikon karbida."
Aplikasi Silikon Karbida dalam Kendaraan Energi Baru
Di sektor kendaraan energi baru, penerapan teknologi silikon karbida menjadi kunci untuk meningkatkan kinerja kendaraan listrik dan hibrida. Perangkat silikon karbida, dengan konduktivitas termal yang tinggi, kekuatan medan listrik tembus yang tinggi, dan sifat mekanik yang sangat baik, secara signifikan meningkatkan efisiensi dan keandalan sistem penggerak listrik, sistem pengisian daya, dan sistem manajemen energi.
Aplikasi Silikon Karbida dalam Mengemudi Cerdas dan Internet Kendaraan
Di tengah pesatnya perkembangan mengemudi cerdas dan Internet Kendaraan, teknologi silikon karbida, dengan kinerjanya yang unggul, secara bertahap merambah area-area penting seperti sistem sensor, unit pemrosesan data, dan modul komunikasi, sehingga meningkatkan kinerja dan keandalan sistem secara signifikan.
Aplikasi Silikon Karbida dalam Sistem Fotovoltaik
Dalam sistem fotovoltaik, komponen inti seperti inverter, pengontrol MPPT, dan modul konversi penyimpanan energi memberikan berbagai tuntutan pada perangkat daya, termasuk efisiensi tinggi, resistansi tegangan tinggi, operasi suhu tinggi, dan miniaturisasi. Perangkat silikon tradisional mengalami penurunan efisiensi yang signifikan di lingkungan tegangan tinggi dan suhu tinggi, sehingga tidak dapat memenuhi persyaratan kepadatan daya yang terus meningkat dari pembangkit listrik fotovoltaik.
Aplikasi Silikon Karbida dalam Komunikasi 5G
Dalam aplikasi seperti komunikasi nirkabel dan sistem radar, perangkat RF berfungsi sebagai inti transmisi dan pemrosesan sinyal, dan kinerjanya sangat penting bagi stabilitas sistem. Perangkat RF berbasis silikon karbida semi-isolasi, berkat sifat celah pita lebarnya, menawarkan keunggulan seperti rugi daya rendah, bandwidth tinggi, dan kepadatan daya tinggi, menjadikannya pendorong utama bagi sistem komunikasi 5G dan militer generasi mendatang.
Aplikasi Silikon Karbida dalam Jaringan Listrik
Silikon karbida dapat meningkatkan jaringan listrik secara signifikan dengan meningkatkan efisiensi dan kapasitas transmisi dan distribusi daya. Substrat silikon karbida dapat beroperasi pada suhu, tegangan, dan frekuensi yang lebih tinggi, sehingga membuat komponen seperti konverter, switchgear, dan transformator menjadi lebih kecil dan lebih efisien, sehingga mengurangi rugi daya dan meningkatkan kualitas daya.
Aplikasi Silikon Karbida dalam Pesawat Terbang Ketinggian Rendah
Pesawat baru, yang diwakili oleh eVTOL (lepas landas dan mendarat vertikal elektrik), telah menjadi titik fokus dalam ekonomi ketinggian rendah global dan diperkirakan akan menjadi industri baru bernilai triliunan dolar. Perangkat MOSFET SiC, melalui peningkatan efisiensi dan inovasi ringannya, mendorong eVTOL dari tahap eksperimental ke operasi komersial. Perangkat MOSFET SiC telah menjadi komponen inti sistem daya eVTOL, dan peningkatan kinerja serta pengurangan biayanya akan mendorong industri ini ke aplikasi skala besar.
Aplikasi Silikon Karbida dalam Kecerdasan Buatan (AI)
Listrik menjadi hambatan terbaru yang mengancam kemajuan kecerdasan buatan (AI). Daya komputasi AI yang berkembang pesat diiringi dengan peningkatan konsumsi energi, yang secara signifikan berdampak pada permintaan energi sosial normal. Mengambil contoh pusat data di AS, pada tahun 2030 pusat data tersebut dapat mengonsumsi hingga 9% dari pembangkit listrik nasional, kira-kira setara dengan output tahunan 40 pembangkit listrik tenaga nuklir berukuran sedang.
Dengan skala konsumsi listrik yang begitu besar, pengurangan konsumsi energi sebesar 0,1% saja sudah merupakan faktor yang signifikan. Untuk membantu mengatasi kekurangan listrik yang mendesak ini, ekosistem industri global secara aktif mengeksplorasi semua opsi yang memungkinkan. Misalnya, ON Semiconductor telah mengembangkan seri baru MOSFET daya parit silikon dan MOSFET SiC.
Aplikasi Silikon Karbida dalam Industri Robotika
Robot dan kendaraan energi baru memiliki tingkat kesamaan yang tinggi dalam arsitektur teknisnya. Chip otomotif dapat ditransfer ke aplikasi robotika, tetapi harus beradaptasi dengan persyaratan kinerja yang berbeda. Misalnya, semikonduktor daya, selain sistem otomotif, juga memiliki kemampuan teknis yang dapat diterapkan pada pengontrol penggerak motor untuk sambungan robotik. Permintaan akan kontrol daya yang efisien di pasar robotika yang sedang berkembang ini berkembang pesat.
Alumina, sang "penyelamat" material baterai katoda
Struktur dasar baterai litium-ion meliputi elektroda positif, elektroda negatif, elektrolit, separator, dan cangkang baterai. Material elektroda positif merupakan material inti dalam baterai litium-ion, yang menentukan kepadatan energi, platform tegangan, siklus hidup, dan keamanan baterai.
Saat ini, meskipun litium kobalt oksida (LiCoO2), litium mangan oksida (LiMn2O4), litium besi fosfat (LiFePO4), dan material terner (Li-Ni-Co-Mn-O) merupakan empat material elektroda positif yang telah dikomersialkan untuk baterai litium-ion, material-material tersebut memiliki beberapa kekurangan dalam hal keamanan, kinerja siklus, retensi kapasitas, dan aspek lainnya. Untuk meningkatkan stabilitas material elektroda positif, para peneliti menggunakan berbagai metode modifikasi, seperti doping, pelapisan permukaan, dan dua metode yang umum digunakan.
Bagaimana alumina meningkatkan kinerja elektroda positif?
Pelapisan alumina pada material elektroda positif dapat secara efektif meningkatkan stabilitas siklus, siklus hidup, dan stabilitas termal material elektroda positif. Efek utama Al2O3 pada material elektroda positif adalah:
(1) Pengumpul hidrogen fluorida (HF)
LiPF6 adalah elektrolit yang umum digunakan dalam elektrolit. Pada tegangan tinggi, litium heksafluorofosfat (LiPF6) akan bereaksi dengan sejumlah kecil air untuk menghasilkan HF.
(2) Penghalang perlindungan fisik
Melapisi permukaan material elektroda positif dengan Al2O3 dapat mengisolasi material elektroda positif dari elektrolit dan mencegah terjadinya reaksi samping yang berbahaya antara material elektroda positif dan elektrolit.
(3) Meningkatkan stabilitas termal material elektroda positif
Stabilitas termal merupakan salah satu faktor kunci dalam mengevaluasi kinerja baterai litium-ion. Selama proses pengisian dan pengosongan baterai litium, pelepasan oksigen kisi pada material elektroda positif akan menyebabkan elektrolit teroksidasi, sehingga mengurangi stabilitas termalnya.
(4) Meningkatkan laju difusi ion litium
Meskipun aluminium oksida bukanlah konduktor elektron dan ion yang baik, ia dapat bereaksi dengan residu litium pada permukaan material elektroda positif selama proses pengisian dan pengosongan untuk menghasilkan LiAlO2, yang merupakan konduktor ion yang baik dan dapat meningkatkan laju difusi ion litium. Hal ini terutama karena LiAlO2 mengurangi penghalang energi difusi ion litium.
(5) Reaksi dengan LiPF6 untuk menghasilkan aditif elektrolit LiPO2F2
Aluminium oksida yang dilapisi pada permukaan material elektroda positif dapat bereaksi dengan garam litium (LiPF6) dalam elektrolit untuk menghasilkan litium difluorofosfat (LiPO2F2), yang merupakan aditif elektrolit stabil yang dapat secara signifikan meningkatkan stabilitas siklus, keamanan, dan kinerja laju material elektroda positif.
(6) Penghambatan Efek Jahn-Teller
Efek Jahn-Teller merupakan penyebab utama pelarutan ion Mn dalam material elektroda positif, yang dapat menyebabkan kerusakan struktur material elektroda positif dan menghambat difusi ion litium, sehingga menurunkan kinerja elektrokimia material elektroda positif.
Lima Teknologi Pelapisan Utama
Metode Impregnasi: Tambahkan material elektroda positif ke dalam larutan atau sol yang mengandung prekursor aluminium untuk membentuk bubur yang seragam, lalu keringkan dan bakar untuk membentuk material elektroda positif berlapis alumina.
Metode Presipitasi: Campurkan material elektroda positif dan larutan seperti aluminium nitrat atau aluminium klorida secara merata, sesuaikan nilai pH larutan campuran untuk membentuk lapisan pelapis pada permukaan material elektroda positif, dan terakhir, hasilkan material elektroda positif berlapis alumina melalui penyaringan, pencucian, pengeringan, dan perlakuan panas.
Proses Pelapisan Kering: Alumina dan material elektroda positif dapat dicampur langsung untuk membentuk lapisan pelapis kasar pada permukaan material elektroda positif. Meskipun pelapisan seragam tidak dapat dicapai pada permukaan material elektroda positif, hal ini tetap memberikan dampak positif terhadap peningkatan kinerja elektrokimia material elektroda positif.
Metode sputtering: Metode sputtering menggunakan ion Ar+ untuk membombardir material target (Al), sehingga atom Al tersputtering dan terdeposisi pada permukaan material elektroda positif.
Teknologi deposisi lapisan atom (ALD): Menggunakan trimetilalunium dan material lain sebagai sumber aluminium, aluminium oksida dilapisi pada permukaan material elektroda positif. Ketebalannya dapat dikontrol secara presisi, dan peningkatan ketebalan lapisan dicapai dengan meningkatkan jumlah siklus ALD.
Kualitas komponen logam hasil cetakan 3D tergantung pada bubuknya
Sebagai bahan baku, kualitas serbuk logam sangat menentukan kualitas produk akhir. Secara umum, kebersihan, morfologi, dan distribusi ukuran partikel serbuk merupakan faktor kunci yang membatasi kinerja pembentukan komponen.
Morfologi serbuk secara langsung memengaruhi densitas curah dan fluiditas, yang selanjutnya memengaruhi proses pengumpanan dan penyebaran serbuk serta kinerja akhir komponen. Dalam manufaktur aditif fusi lapisan serbuk, mekanisme penyebaran serbuk menyebarkan partikel serbuk secara merata di area pembentukan, dan fluiditas yang baik merupakan kunci untuk mendapatkan lapisan serbuk yang seragam dan rata. Serbuk bulat dan hampir bulat memiliki fluiditas yang baik, densitas curah tinggi, kepadatan tinggi, dan struktur seragam, sehingga merupakan serbuk bahan baku yang disukai untuk manufaktur aditif fusi lapisan serbuk.
Namun, jika terdapat serbuk berongga dan serbuk satelit dalam bentuk serbuk bulat dan hampir bulat, kinerja akhir komponen akan berkurang. Serbuk berongga memiliki proporsi yang lebih tinggi dalam serbuk dengan ukuran partikel lebih besar dari 70µm, yang akan menyebabkan cacat seperti pori-pori pada komponen yang dibentuk yang sulit dihilangkan; Serbuk satelit akan mengurangi fluiditas serbuk dan menghambat akumulasi serbuk yang seragam selama penyebaran lapisan serbuk kontinu, sehingga menyebabkan cacat komponen. Oleh karena itu, serbuk logam untuk manufaktur aditif fusi serbuk harus meminimalkan proporsi serbuk berongga dan serbuk satelit dalam bahan baku serbuk.
Distribusi ukuran partikel serbuk digunakan untuk mengkarakterisasi komposisi dan perubahan partikel dengan ukuran partikel yang berbeda dalam sistem partikel serbuk, dan merupakan parameter penting yang digunakan untuk menggambarkan karakteristik partikel serbuk.
Ukuran partikel serbuk secara langsung memengaruhi kualitas penyebaran serbuk, kecepatan pembentukan, akurasi pembentukan, dan keseragaman organisasi proses manufaktur aditif. Untuk proses yang berbeda, ukuran partikel serbuk yang dipilih berbeda. Secara umum, teknologi peleburan selektif laser (SLM) memilih serbuk dengan ukuran partikel 15~45µm, dan teknologi peleburan selektif berkas elektron (SEBM) memilih serbuk dengan ukuran partikel 45~106µm.
Dari perspektif termodinamika dan kinetika, semakin kecil partikel serbuk, semakin besar luas permukaan spesifiknya dan semakin besar pula gaya dorong sintering. Artinya, partikel serbuk yang kecil akan mendukung pembentukan komponen. Namun, serbuk dengan partikel yang terlalu halus akan menyebabkan penurunan fluiditas, densitas yang longgar, dan konduktivitas listrik serbuk. Kemampuan bentuk serbuk akan menurun, dan sferoidisasi rentan terjadi selama proses pencetakan. Ukuran partikel serbuk yang terlalu kasar akan mengurangi aktivitas sintering serbuk, keseragaman penyebaran serbuk, dan akurasi pembentukan.
Oleh karena itu, sesuai dengan persyaratan kinerja komponen akhir, serbuk kasar dan halus dicocokkan dengan tepat untuk meningkatkan densitas curah dan fluiditas serbuk, yang mendukung manufaktur aditif fusi lapisan serbuk. Para peneliti percaya bahwa dalam rentang ukuran partikel umum dari proses manufaktur aditif fusi lapisan serbuk laser, penggunaan distribusi ukuran partikel yang lebih luas dapat meningkatkan pengisian partikel berukuran kecil ke dalam celah di antara partikel berukuran besar dan meningkatkan densitas lapisan serbuk selama proses peletakan serbuk.
Berdasarkan status penelitian terkini tentang pengaruh perubahan karakteristik serbuk terhadap kualitas pembentukan, perubahan ukuran serbuk, morfologi, dan kondisi permukaan memengaruhi penyebaran serbuk dan kualitas pembentukannya. Dalam hal densitas pembentukan, distribusi ukuran partikel yang wajar, kesferisan yang lebih tinggi, dan kohesi antar partikel yang berkurang dapat meningkatkan densitas lepas dan kualitas penyebaran serbuk, yang selanjutnya mengurangi jumlah pori dan cacat yang tidak menyatu pada spesimen pembentukan, serta meningkatkan densitas pembentukan.
Modifikasi - membuat nano-alumina lebih sempurna
Nano-alumina adalah jenis baru material anorganik halus dengan fungsi tinggi. Sejak bubuk nano-alumina diproduksi pada pertengahan 1980-an, pemahaman tentang material berteknologi tinggi ini semakin mendalam dan menemukan banyak karakteristik unggulannya, seperti kekerasan tinggi, kekuatan tinggi, ketahanan panas, ketahanan korosi, dan karakteristik lainnya. Oleh karena itu, nano-alumina banyak digunakan di bidang kedirgantaraan, pertahanan nasional, industri kimia, mikroelektronika, dan bidang lainnya.
Dalam penerapan praktis nano-alumina, modifikasi bubuk selalu menjadi pekerjaan yang sangat penting.
Mengapa dimodifikasi?
Pertama-tama, sebagai nanomaterial dengan banyak karakteristik, nano-alumina sangat mudah menggumpal karena ukuran partikelnya yang sangat kecil dan energi permukaannya yang besar. Jika fenomena penggumpalan sangat serius, hal itu akan berdampak besar pada karakteristik nano-material alumina.
Selain itu, nano-alumina dapat digunakan sebagai biofilm untuk penelitian medis obat-obatan biologis, tetapi muatan permukaan kristal dengan muatan permukaan seimbang tidak terdistribusi secara merata karena adanya cacat kisi. Akumulasi cacat muatan permukaan dan area muatan ruang pada tingkat mikron menyebabkan momen dipol seperti kisi. Ketika bahan biologis bersentuhan dengan permukaan serbuk tersebut, pengayaan akan terjadi, mengakibatkan penyumbatan pori dan polusi membran.
Lebih lanjut, sifat insulasi dan kekuatan tinggi alumina digunakan sebagai pengisi dalam material seperti pelapis dan karet untuk meningkatkan kekerasan, insulasi, keuletan, dan ketahanan aus material. Namun, alumina merupakan zat polar dan memiliki kompatibilitas yang buruk dengan material polimer non-polar.
Oleh karena itu, modifikasi permukaan alumina telah menarik banyak perhatian.
Modifikasi permukaan mengacu pada perlakuan permukaan partikel padat dengan metode fisika atau kimia, yaitu proses mengubah sifat fisika dan kimia serta morfologi permukaan partikel secara sengaja sesuai dengan kebutuhan aplikasi. Saat ini, terdapat dua metode modifikasi yang paling praktis. Metode pertama disebut modifikasi organik permukaan karena utamanya menggunakan pengubah organik, sedangkan metode kedua adalah modifikasi pelapis anorganik atau modifikasi pelapis permukaan.
Modifikasi organik permukaan
Tujuan modifikasi organik permukaan partikel serbuk ultrahalus adalah untuk menjadikan permukaan partikel hidrofobik dengan mengikat gugus organik yang sesuai, sehingga meningkatkan kinerja dispersi dan kompatibilitas antarmuka dalam matriks organik seperti resin, karet, dan cat, serta meningkatkan proses pemrosesan produk dan sifat komprehensif mekanika material komposit. Berdasarkan jenis struktur kimianya, pengubah dibagi menjadi asam lemak tinggi atau garamnya, asam lemak rendah, dan agen penggandeng.
(1) Modifikasi pelapisan fisik
Modifikasi pelapisan fisik atau modifikasi perlakuan pelapisan adalah metode penggunaan bahan organik (asalkan berupa polimer, resin, surfaktan, senyawa polimer yang larut dalam air atau minyak, dan sabun asam lemak, dll.) untuk melapisi permukaan partikel guna mencapai tujuan modifikasi. Modifikasi ini merupakan proses modifikasi permukaan partikel secara sederhana.
(2) Modifikasi Kimia Permukaan
Modifikasi kimia permukaan dicapai melalui reaksi kimia atau adsorpsi kimia antara pengubah permukaan dan permukaan partikel. Ini merupakan metode modifikasi yang paling banyak digunakan dalam produksi.
(3) Modifikasi Cangkok
Modifikasi cangkok adalah proses modifikasi di mana monomer olefin atau poliolefin dimasukkan ke permukaan serbuk dalam kondisi eksitasi eksternal tertentu. Terkadang, eksitasi monomer olefin diperlukan setelah pemasukan untuk mempolimerisasi monomer olefin yang menempel pada permukaan.
Modifikasi Pelapisan Permukaan
Modifikasi pelapisan permukaan mengacu pada teknologi modifikasi pelapisan permukaan partikel serbuk alumina ultrahalus secara merata dengan partikel padat atau film padat yang lebih kecil, sehingga mengubah komposisi permukaan, struktur, tampilan, dan fungsi asli partikel.
Berdasarkan lingkungan dan bentuk reaksi pelapisan, sifat dan metode pelapisan yang dimodifikasi antar partikel, metode modifikasi pelapisan permukaan dapat dibagi menjadi metode presipitasi kimia, metode pelapisan hidrolisis, metode sol-gel, metode penguapan pelarut, metode mekanokimia, dan metode fase gas. Di antara semuanya, tiga metode pertama adalah metode reaksi larutan, yaitu larutan garam terlarut diendapkan dengan zat pengendap dan hidrolisis, lalu dilapisi pada permukaan serbuk partikel yang akan dimodifikasi.
Apa keuntungan menggunakan bahan pengisi barium sulfat yang unggul dalam modifikasi nilon?
Barium Sulfat, yang juga dikenal sebagai barit, adalah senyawa anorganik yang tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak beracun dengan rumus kimia BaSO4. Senyawa ini dikenal karena kepadatannya yang tinggi, tingkat keputihannya yang tinggi, stabilitas kimianya yang baik, serta ketahanannya terhadap asam dan alkali, dan tidak larut dalam air dan sebagian besar asam. Karakteristik ini membuat barium sulfat banyak digunakan di banyak bidang industri, terutama di bidang modifikasi plastik, khususnya dalam modifikasi nilon (PA), di mana barium sulfat menunjukkan keunggulan yang unik.
Nylon, sebagai bahan polimer dengan sifat mekanis yang sangat baik, ketahanan terhadap keausan, ketahanan terhadap asam dan alkali, serta pelumasan sendiri, banyak digunakan di banyak bidang industri. Namun, kelemahan nilon seperti penyerapan air yang tinggi dan stabilitas dimensi yang buruk membatasi jangkauan penerapannya. Oleh karena itu, sangat penting untuk memodifikasi nilon guna meningkatkan kinerjanya. Sebagai pengisi netral, barium sulfat memainkan banyak peran dalam modifikasi nilon, seperti memperkuat, menguatkan, dan meningkatkan kilap.
Efek penguatan
Sebagai pengisi anorganik, penambahan barium sulfat dapat meningkatkan kekakuan (modulus) dan kekerasan nilon secara signifikan, dan cocok untuk komponen industri yang memerlukan modulus tinggi (seperti roda gigi dan bantalan). Hasil eksperimen yang relevan menunjukkan bahwa dengan peningkatan kandungan nano-barium sulfat, modulus lentur dan modulus tarik nilon meningkat. Secara khusus, ketika fraksi massa nano-barium sulfat mencapai nilai tertentu (seperti 3%), sifat mekanis nilon mencapai yang terbaik. Efek penguatan ini terutama disebabkan oleh kekakuan barium sulfat dan ikatan antarmuka yang baik dengan matriks nilon.
Stabilitas dimensi: mengurangi penyusutan dan lengkungan nilon selama pemrosesan atau penggunaan, dan meningkatkan akurasi dimensi.
Temperatur deformasi panas (HDT): dengan membatasi pergerakan rantai polimer, meningkatkan stabilitas termal material, dan memperluas penerapan nilon di lingkungan bersuhu tinggi (seperti komponen mesin mobil).
Efek pengerasan
Selain efek penguatan, barium sulfat juga dapat memiliki efek pengerasan pada nilon. Interaksi antara partikel nano-barium sulfat dan matriks nilon membentuk lapisan transisi elastis, yang secara efektif dapat mentransmisikan dan mengendurkan tekanan pada antarmuka, sehingga menyerap dan menyebarkan energi benturan eksternal dan meningkatkan ketangguhan material. Namun, perlu dicatat bahwa ketika kandungan barium sulfat meningkat hingga batas tertentu, kinerja material akan berkurang karena terjadinya penggumpalan.
Kilauan yang ditingkatkan
Barium sulfat memiliki kemampuan pantulan cahaya yang kuat dalam rentang panjang gelombang ultraviolet dan inframerah, yang memungkinkannya menunjukkan kecerahan tinggi dalam formula pewarna plastik. Ketika barium sulfat dengan ukuran partikel yang sesuai dipilih untuk diisi dalam nilon, kilap permukaan produk olahan dapat ditingkatkan secara signifikan. Selain itu, indeks bias barium sulfat mirip dengan polimer seperti nilon, sehingga dapat mempertahankan kecerahan dan rona pigmen pewarna.
Aplikasi praktis
Dalam aplikasi praktis, barium sulfat biasanya didispersikan secara merata ke dalam matriks nilon dalam bentuk nanometer dengan pencampuran lelehan. Metode ini memanfaatkan efek ukuran, luas permukaan spesifik yang besar, dan gaya antarmuka yang kuat dari nano-barium sulfat, dan secara sempurna menggabungkan kekakuan, stabilitas dimensi, dan stabilitas termal barium sulfat dengan ketangguhan, kemampuan proses, dan sifat dielektrik nilon, sehingga memperoleh kinerja komprehensif yang sangat baik.
Barium sulfat telah menunjukkan peningkatan, ketangguhan, dan peningkatan kilap yang signifikan dalam modifikasi nilon. Dengan mengendalikan kandungan dan distribusi ukuran partikel barium sulfat secara rasional, adalah mungkin untuk mengoptimalkan sifat mekanis nilon, meningkatkan daya tahan dan estetika produk, menyeimbangkan kinerja dan biaya, mengoptimalkan desain formula untuk skenario tertentu, dan dengan demikian memperluas jangkauan aplikasi nilon.
Apa saja yang harus diperhatikan saat menyiapkan kristal tunggal silikon karbida berkualitas tinggi?
Metode terkini untuk menyiapkan kristal tunggal silikon karbida terutama meliputi: pengangkutan uap fisik (PVT), pertumbuhan larutan benih atas (TSSG), dan pengendapan uap kimia suhu tinggi (HT-CVD).
Di antara metode tersebut, metode PVT memiliki keunggulan berupa peralatan sederhana, kontrol pengoperasian mudah, harga peralatan dan biaya pengoperasian rendah, dan telah menjadi metode utama yang digunakan dalam produksi industri.
1. Teknologi doping bubuk silikon karbida
Mendoping sejumlah elemen Ce yang tepat dalam bubuk silikon karbida dapat mencapai efek pertumbuhan kristal tunggal 4H-SiC yang stabil. Praktik telah membuktikan bahwa mendoping elemen Ce dalam bubuk dapat meningkatkan laju pertumbuhan kristal silikon karbida dan membuat kristal tumbuh lebih cepat; dapat mengontrol orientasi silikon karbida, membuat arah pertumbuhan kristal lebih tunggal dan lebih teratur; menghambat pembentukan pengotor dalam kristal, mengurangi pembentukan cacat, dan membuatnya lebih mudah untuk mendapatkan kristal kristal tunggal dan kristal berkualitas tinggi; dapat menghambat korosi bagian belakang kristal dan meningkatkan laju kristal tunggal kristal.
2. Teknologi kontrol gradien medan suhu aksial dan radial
Gradien suhu aksial terutama memengaruhi bentuk pertumbuhan kristal dan efisiensi pertumbuhan kristal. Gradien suhu yang terlalu kecil akan menyebabkan munculnya pengotor selama proses pertumbuhan kristal, dan juga akan memengaruhi laju pengangkutan zat fase gas, yang mengakibatkan penurunan laju pertumbuhan kristal. Gradien suhu aksial dan radial yang tepat membantu pertumbuhan kristal SiC yang cepat dan menjaga stabilitas kualitas kristal.
3. Teknologi kontrol dislokasi bidang basal (BPD)
Alasan utama terbentuknya cacat BPD adalah bahwa tegangan geser dalam kristal melebihi tegangan geser kritis kristal SiC, yang mengakibatkan aktivasi sistem slip. Karena BPD tegak lurus dengan arah pertumbuhan kristal, BPD terutama dihasilkan selama proses pertumbuhan kristal dan proses pendinginan kristal selanjutnya.
4. Teknologi kontrol penyesuaian rasio komponen fase gas
Dalam proses pertumbuhan kristal, peningkatan rasio komponen fase gas karbon-silikon dalam lingkungan pertumbuhan merupakan tindakan yang efektif untuk mencapai pertumbuhan kristal tunggal yang stabil. Karena rasio karbon-silikon yang tinggi dapat mengurangi agregasi langkah besar dan mempertahankan pewarisan informasi pertumbuhan pada permukaan kristal benih, hal itu dapat menghambat pembentukan polimorf.
5. Teknologi pengendalian tegangan rendah
Selama proses pertumbuhan kristal, adanya tegangan akan menyebabkan bidang kristal internal kristal SiC tertekuk, sehingga menghasilkan kualitas kristal yang buruk atau bahkan retak kristal, dan tegangan yang besar akan menyebabkan peningkatan dislokasi bidang basal wafer. Cacat ini akan memasuki lapisan epitaksial selama proses epitaksial dan secara serius memengaruhi kinerja perangkat selanjutnya.
Ke depannya, teknologi persiapan kristal tunggal SiC berkualitas tinggi akan berkembang dalam beberapa arah:
Ukuran besar
Persiapan kristal tunggal silikon karbida ukuran besar dapat meningkatkan efisiensi produksi dan mengurangi biaya, sekaligus memenuhi kebutuhan perangkat berdaya tinggi.
Kualitas tinggi
Kristal tunggal silikon karbida berkualitas tinggi adalah kunci untuk mencapai perangkat berkinerja tinggi. Saat ini, meskipun kualitas kristal tunggal silikon karbida telah sangat ditingkatkan, masih terdapat beberapa cacat, seperti pipa mikro, dislokasi, dan kotoran. Cacat ini akan memengaruhi kinerja dan keandalan perangkat.
Biaya rendah
Biaya persiapan kristal tunggal silikon karbida tinggi, yang membatasi penerapannya di beberapa bidang. Biaya persiapan kristal tunggal silikon karbida dapat dikurangi dengan mengoptimalkan proses pertumbuhan, meningkatkan efisiensi produksi, dan mengurangi biaya bahan baku.
Cerdas
Dengan perkembangan teknologi seperti kecerdasan buatan dan data besar, teknologi pertumbuhan kristal silikon karbida secara bertahap akan menjadi cerdas. Proses pertumbuhan dapat dipantau dan dikontrol secara real time melalui sensor, sistem kontrol otomatis, dan peralatan lain untuk meningkatkan stabilitas dan pengendalian proses pertumbuhan. Pada saat yang sama, analisis data besar dan teknologi lainnya dapat digunakan untuk menganalisis dan mengoptimalkan data pertumbuhan guna meningkatkan kualitas dan efisiensi produksi kristal.
Teknologi persiapan kristal tunggal silikon karbida berkualitas tinggi merupakan salah satu titik panas dalam penelitian material semikonduktor saat ini. Dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang berkelanjutan, teknologi pertumbuhan kristal silikon karbida akan terus berkembang dan meningkat, menyediakan dasar yang lebih kokoh untuk penerapan silikon karbida pada suhu tinggi, frekuensi tinggi, daya tinggi, dan bidang lainnya.