Auch bekannt als Alpha-Aluminiumoxid in der Materialwissenschaft oder Alundum (in geschmolzener Form) oder Aloxit im Bergbau und in der Keramikindustrie findet Aluminiumoxid breite Verwendung. Die Weltjahresproduktion von Aluminiumoxid lag 2015 bei etwa 115 Millionen Tonnen, wovon über 90 % für die Herstellung von Aluminiummetall verwendet werden. Die wichtigsten Verwendungszwecke für spezielle Aluminiumoxide sind feuerfeste Materialien, Keramik, Polier- und Schleifmittel. Große Mengen an Aluminiumhydroxid, aus dem Tonerde gewonnen wird, werden zur Herstellung von Zeolithen, Beschichtungspigmenten aus Titandioxid und als Feuerschutzmittel/Rauchschutzmittel verwendet.
Über 90 % des produzierten Aluminiumoxids, das normalerweise als Smelter Grade Alumina (SGA) bezeichnet wird, wird für die Herstellung von Aluminium verbraucht, in der Regel nach dem Hall-Héroult-Verfahren. Der Rest, normalerweise als Spezialtonerde bezeichnet, wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, die seine Inertheit, Temperaturbeständigkeit und seinen elektrischen Widerstand widerspiegeln.
FüllstoffeBearbeiten
Da Aluminiumoxid chemisch relativ inert und weiß ist, ist es ein beliebter Füllstoff für Kunststoffe. Aluminiumoxid ist ein gängiger Bestandteil von Sonnenschutzmitteln und wird manchmal auch in Kosmetika wie Rouge, Lippenstift und Nagellack verwendet.
GlasEdit
In vielen Glasformulierungen ist Aluminiumoxid ein Bestandteil. Aluminosilikatglas ist eine häufig verwendete Glasart, die oft 5 bis 10 % Aluminiumoxid enthält.
KatalyseEdit
Aluminiumoxid katalysiert eine Vielzahl von Reaktionen, die industriell nützlich sind. In seiner größten Anwendung ist Aluminiumoxid der Katalysator im Claus-Prozess zur Umwandlung von Schwefelwasserstoff-Abgasen in elementaren Schwefel in Raffinerien. Es ist auch nützlich für die Dehydratisierung von Alkoholen zu Alkenen.
Aluminiumoxid dient als Katalysatorträger für viele industrielle Katalysatoren, wie z. B. für die Hydrodesulfurierung und einige Ziegler-Natta-Polymerisationen.
GasreinigungEdit
Aluminiumoxid wird häufig zur Entfernung von Wasser aus Gasströmen verwendet.
SchleifmittelEdit
Aluminiumoxid wird wegen seiner Härte und Festigkeit verwendet. Seine natürlich vorkommende Form, Korund, ist eine 9 auf der Mohs-Skala der Mineralhärte (knapp unter Diamant). Es wird in großem Umfang als Schleifmittel verwendet, unter anderem als weitaus preiswerterer Ersatz für Industriediamanten. Viele Arten von Schleifpapier verwenden Aluminiumoxidkristalle. Aufgrund seiner geringen Wärmespeicherung und seiner niedrigen spezifischen Wärme wird es außerdem häufig bei Schleifarbeiten, insbesondere bei Trennwerkzeugen, eingesetzt. Als pulverförmiges Schleifmineral Aloxit ist es zusammen mit Siliziumdioxid ein Hauptbestandteil der beim Billard verwendeten „Kreide“ für Queue-Spitzen. Aluminiumoxidpulver wird in einigen CD/DVD-Polier- und Kratzer-Reparatursets verwendet. Seine polierenden Eigenschaften sind auch der Grund für seine Verwendung in Zahnpasta. Es wird auch in der Mikrodermabrasion verwendet, sowohl im maschinellen Verfahren, das bei Dermatologen und Kosmetikerinnen erhältlich ist, als auch als manuelles Hautabschleifmittel, das gemäß den Anweisungen des Herstellers verwendet wird.
PaintEdit
Aluminiumoxid-Flocken werden in Farben für reflektierende dekorative Effekte verwendet, z. B. in der Automobil- oder Kosmetikindustrie.
FaserverbundEdit
Aluminiumoxid wurde in einigen experimentellen und kommerziellen Fasermaterialien für Hochleistungsanwendungen verwendet (z. B. Fiber FP, Nextel 610, Nextel 720). Insbesondere Aluminiumoxid-Nanofasern sind zu einem interessanten Forschungsgebiet geworden.
KörperpanzerEdit
Einige Körperpanzer verwenden Aluminiumoxid-Keramikplatten, in der Regel in Kombination mit einer Aramid- oder UHMWPE-Verstärkung, um Wirksamkeit gegen die meisten Bedrohungen durch Gewehre zu erzielen. Aluminiumoxid-Keramikpanzerungen sind für die meisten Zivilisten in Ländern, in denen sie legal sind, leicht erhältlich, gelten aber nicht als militärisch geeignet.
AbriebschutzBearbeiten
Aluminiumoxid kann als Beschichtung auf Aluminium durch Eloxieren oder durch plasmaelektrolytische Oxidation (siehe oben unter „Eigenschaften“) erzeugt werden. Sowohl die Härte als auch die Abriebfestigkeit der Beschichtung beruhen auf der hohen Festigkeit von Aluminiumoxid, doch liegt die mit herkömmlichen Gleichstrom-Eloxalverfahren erzeugte poröse Beschichtung in einem Bereich von 60-70 Rockwell-Härte C, der nur mit gehärteten Kohlenstoffstahllegierungen vergleichbar ist, aber deutlich unter der Härte von natürlichem und synthetischem Korund liegt. Bei der plasmaelektrolytischen Oxidation hingegen ist die Beschichtung nur in der obersten Oxidschicht porös, während die unteren Oxidschichten viel kompakter sind als bei herkömmlichen Gleichstrom-Eloxalverfahren und eine höhere Kristallinität aufweisen, da die Oxidschichten umgeschmolzen und verdichtet werden, um α-Al2O3-Cluster mit viel höheren Härtewerten der Beschichtung um die 2000 Vickers-Härte zu erhalten.
Aluminiumoxid wird zur Herstellung von Kacheln verwendet, die im Inneren von Staubbrennstoffleitungen und Rauchgaskanälen in Kohlekraftwerken angebracht werden, um Bereiche mit hohem Verschleiß zu schützen. Sie eignen sich nicht für Bereiche mit hohen Aufprallkräften, da diese Fliesen spröde und bruchanfällig sind.
Elektrische IsolierungBearbeiten
Aluminiumoxid ist ein elektrischer Isolator, der als Substrat (Silizium auf Saphir) für integrierte Schaltkreise, aber auch als Tunnelbarriere für die Herstellung von supraleitenden Bauelementen wie Einzelelektronentransistoren und supraleitenden Quanteninterferenzgeräten (SQUIDs) verwendet wird.
Für die Anwendung als elektrischer Isolator in integrierten Schaltkreisen, wo das konforme Wachstum eines dünnen Films eine Voraussetzung ist und die bevorzugte Wachstumsmethode die Atomlagenabscheidung ist, können Al2O3-Filme durch den chemischen Austausch zwischen Trimethylaluminium (Al(CH3)3) und H2O hergestellt werden:
2 Al(CH3)3 + 3 H2O → Al2O3 + 6 CH4
H2O in der obigen Reaktion kann durch Ozon (O3) als aktives Oxidationsmittel ersetzt werden und die folgende Reaktion findet dann statt:
2 Al(CH3)3 + O3 → Al2O3 + 3 C2H6
Die mit O3 hergestellten Al2O3-Schichten zeigen eine 10-100-mal geringere Leckstromdichte im Vergleich zu den mit H2O hergestellten.
Aluminiumoxid ist ein Dielektrikum mit relativ großer Bandlücke und wird als isolierende Barriere in Kondensatoren verwendet.
SonstigesBearbeiten
In der Beleuchtung wird transparentes Aluminiumoxid in einigen Natriumdampflampen verwendet. Aluminiumoxid wird auch zur Herstellung von Beschichtungssuspensionen in Kompaktleuchtstofflampen verwendet.
In Chemielabors ist Aluminiumoxid ein Medium für die Chromatographie, das in basischen (pH 9,5), sauren (pH 4,5 in Wasser) und neutralen Formulierungen erhältlich ist.
In der Medizin wird es unter anderem als Material für Hüftprothesen und Antibabypillen verwendet.
Aufgrund seiner optisch stimulierten Lumineszenzeigenschaften wird es als Szintillator und Dosimeter für Strahlenschutz- und Therapieanwendungen eingesetzt.
Isolierungen für Hochtemperaturöfen werden häufig aus Aluminiumoxid hergestellt. Manchmal enthält die Isolierung je nach Temperaturklasse des Materials einen unterschiedlichen Prozentsatz an Siliziumdioxid. Die Isolierung kann in Form von Matten, Platten, Ziegeln und losen Fasern für verschiedene Anwendungsanforderungen hergestellt werden.
Kleine Stücke von Aluminiumoxid werden oft als Siedechips in der Chemie verwendet.
Es wird auch zur Herstellung von Zündkerzenisolatoren verwendet.
Mit einem Plasmaspritzverfahren und gemischt mit Titandioxid wird es auf die Bremsfläche einiger Fahrradfelgen aufgetragen, um Abrieb- und Verschleißfestigkeit zu gewährleisten.
Die meisten keramischen Augen an Angelruten sind kreisförmige Ringe aus Aluminiumoxid.
In seiner feinsten pulverförmigen (weißen) Form, Diamantine genannt, wird Aluminiumoxid als hervorragendes Poliermittel in der Uhrenherstellung verwendet.