Alumiinioksidia käytetään laajalti materiaalitieteissä nimellä alfa-alumiinioksidi, kaivos- ja keramiikkayhteisöissä nimellä alundum (sulatetussa muodossa) tai aloksiitti. Alumiinioksidin vuosituotanto maailmassa vuonna 2015 oli noin 115 miljoonaa tonnia, josta yli 90 % käytetään alumiinimetallin valmistukseen. Erikoisalumiinioksidien tärkeimmät käyttökohteet ovat tulenkestävät aineet, keramiikka, kiillotus ja hiontasovellukset. Suuria määriä alumiinihydroksidia, josta alumiinioksidia johdetaan, käytetään zeoliittien valmistukseen, titaanipigmenttien pinnoittamiseen ja palonestoaineena/savunvaimennusaineena.
Yli 90 prosenttia tuotetusta alumiinioksidista, jota tavallisesti kutsutaan sulattoalumiinaksi (Smelter Grade Alumina (SGA)), käytetään alumiinin valmistukseen yleensä Hall-Héroult-prosessissa. Jäljelle jäävää, tavallisesti erikoisalumiiniksi kutsuttua alumiinioksidia käytetään monenlaisissa sovelluksissa, joissa sen inerttiys, lämpötilankestävyys ja sähkökestävyys näkyvät.
Täyteaineet Muokkaa
Alumiinioksidi on kemiallisesti melko inertti ja valkoinen, joten se on suosittu muovien täyteaine. Alumiinioksidi on yleinen ainesosa aurinkovoiteissa, ja sitä on joskus myös kosmetiikassa, kuten poskipunassa, huulipunassa ja kynsilakassa.
LasiMuokkaa
Monissa lasin valmisteissa on ainesosana alumiinioksidia. Alumiinisilikaattilasi on yleisesti käytetty lasityyppi, joka sisältää usein 5-10 % alumiinioksidia.
KatalyysiEdit
Alumiinioksidi katalysoi erilaisia teollisesti hyödyllisiä reaktioita. Suurimmassa mittakaavassaan alumiinioksidi on katalysaattorina Claus-prosessissa, jossa rikkivetyjätekaasut muunnetaan jalostamoissa alkuainerikiksi. Se on käyttökelpoinen myös alkoholien dehydratoinnissa alkeeneeneiksi.
Alumiinioksidi toimii katalysaattoritukena monille teollisille katalysaattoreille, joita käytetään esimerkiksi rikinpoistohydrodesulfuroinnissa ja joissakin Ziegler-Natta-polymerisaatioissa.
KaasunpuhdistusEdit
Alumiinioksidia käytetään laajalti veden poistamiseen kaasuvirroista.
HiomaEdit
Alumiinioksidia käytetään sen kovuuden ja lujuuden vuoksi. Sen luonnossa esiintyvä muoto, korundi, on Mohsin mineraalikovuusasteikolla 9 (hieman timantin alapuolella). Sitä käytetään laajalti hioma-aineena, myös paljon halvempana teollisen timantin korvikkeena. Monissa hiomapaperityypeissä käytetään alumiinioksidikiteitä. Lisäksi sen alhaisen lämpösitomiskyvyn ja alhaisen ominaislämmön ansiosta sitä käytetään laajalti hiontatöissä, erityisesti katkaisutyökaluissa. Jauhemaisena hiontamineraalina aloksiitti on piidioksidin ohella biljardissa käytettävän lyöntipelin ”liidun” pääkomponentti. Alumiinioksidijauhetta käytetään joissakin CD/DVD-levyjen kiillotus- ja naarmunkorjaussarjoissa. Sen kiillotusominaisuudet ovat myös syynä sen käyttöön hammastahnassa. Sitä käytetään myös mikrodermahionnassa, sekä ihotautilääkäreiden ja kosmetologien kautta saatavassa konemenetelmässä että manuaalisena ihohiontana, jota käytetään valmistajan ohjeiden mukaan.
PaintEdit
Alumiinioksidihiutaleita käytetään maaleissa heijastavien koriste-efektien aikaansaamiseksi, esimerkiksi autoteollisuudessa tai kosmetiikkateollisuudessa.
KomposiittikuituMuokkaa
Alumiinioksidia on käytetty muutamissa kokeellisissa ja kaupallisissa kuitumateriaaleissa, jotka on tarkoitettu korkean suorituskyvyn omaaviin käyttökohteisiin (esim. Fiber FP, Nextel 610, Nextel 720). Erityisesti alumiinioksidin nanokuidut ovat nousseet kiinnostavaksi tutkimusalueeksi.
VartalopanssaritEdit
Joissain vartalopanssareissa käytetään alumiinioksidikeramiikkalevyjä, yleensä yhdessä aramidi- tai UHMWPE-taustan kanssa, jotta saavutetaan tehokkuus useimpia kivääriuhkia vastaan. Alumiinikeraaminen panssari on helposti saatavilla useimmille siviileille niillä lainkäyttöalueilla, joilla se on laillista, mutta sitä ei pidetä sotilaallisena.
Kulutussuojaus Muokkaa
Alumiinioksidia voidaan kasvattaa pinnoitteena alumiinin päälle anodisoimalla tai plasmaelektrolyyttisellä hapettamisella (ks. kohta ”Ominaisuudet” edellä). Sekä pinnoitteen kovuus että kulutusta kestävät ominaisuudet johtuvat alumiinioksidin suuresta lujuudesta, mutta tavanomaisilla tasavirta-anodisointimenetelmillä tuotettu huokoinen pinnoitekerros on 60-70 Rockwellin C-kovuusalueella, joka on verrattavissa vain karkaistujen hiiliterässeosten kovuuteen, mutta huomattavasti huonompi kuin luonnollisen ja synteettisen korundin kovuus. Sen sijaan plasmaelektrolyyttisessä hapetuksessa pinnoite on huokoinen vain pintaoksidikerroksessa, kun taas alemmat oksidikerrokset ovat paljon tiiviimpiä kuin tavanomaisilla tasavirta-anodisointimenetelmillä, ja niiden kiteisyys on korkeampi, koska oksidikerrokset sulatetaan uudelleen ja tiivistetään siten, että saadaan α-Al2O3-klustereita, joilla on paljon korkeammat pinnoitteen kovuusarvot, noin 2000 Vickersin kovuus.
Alumiinasta valmistetaan laattoja, jotka kiinnitetään hiiltä käyttävien voimalaitosten jauhetun polttoaineen linjojen ja savukaasukanavien sisäpuolelle suojaamaan voimakkaasti kuluvia alueita. Ne eivät sovellu alueille, joihin kohdistuu suuria iskuvoimia, koska nämä laatat ovat hauraita ja herkkiä rikkoutumaan.
Sähköinen eristys Muokkaa
Alumiinioksidi on sähköinen eriste, jota käytetään integroitujen piirien substraattina (pii safiirilla), mutta myös tunneliesteenä suprajohtavien laitteiden, kuten yksielektronitransistoreiden ja suprajohteisten kvantti-interferenssilaitteiden (SQUIDit) valmistuksessa.
Al2O3-kalvoja voidaan valmistaa trimetyylialumiinin (Al(CH3)3) ja H2O:n välisellä kemiallisella vaihdolla Al2O3-kalvoja voidaan käyttää sähköisenä eristeenä integroiduissa piireissä, joissa ohuen kalvon muodonmukainen kasvattaminen on ennakkoedellytys ja suositeltava kasvutapa on atomikerroskasvatus:
2 Al(CH3)3 + 3 H2O → Al2O3 + 6 CH4
H2O voidaan edellä mainitussa reaktiossa korvata otsonilla (O3) aktiivisena hapettimena, jolloin tapahtuu seuraava reaktio:
2 Al(CH3)3 + O3 → Al2O3 + 3 C2H6
O3:lla valmistetuilla Al2O3-kalvoilla on 10-100 kertaa alhaisempi vuotovirran tiheys kuin H2O:lla valmistetuilla.
Alumiinioksidia, joka on dielektrinen aine, jolla on suhteellisen suuri kaistaväli, käytetään kondensaattoreissa eristyssulkuna.
MuutEdit
Valaistuksessa läpinäkyvää alumiinioksidia käytetään joissakin natriumhöyrylampuissa. Alumiinioksidia käytetään myös pinnoitesuspensioiden valmistuksessa pienloistelampuissa.
Kemian laboratorioissa alumiinioksidi on kromatografian väliaine, jota on saatavana emäksisenä (pH 9,5), happamana (pH 4,5 vedessä) ja neutraalina valmisteena.
Terveys- ja lääketieteellisissä sovelluksissa sitä käytetään muun muassa materiaalina lonkkaproteeseissa ja ehkäisypillereissä.
Sinttilaattorina ja annosmittarina sitä käytetään säteilysuojelu- ja terapiasovelluksissa optisesti stimuloidun luminesenssiominaisuuksiensa vuoksi.
Korkean lämpötilan uuneissa käytettäviä eristeitä valmistetaan usein alumiinioksidista. Joskus eristeessä on vaihtelevia prosenttiosuuksia piidioksidia materiaalin lämpötilaluokituksen mukaan. Eristettä voidaan valmistaa huopa-, levy-, tiili- ja irtokuitumuodossa eri käyttötarkoitusten vaatimuksia varten.
Pieniä alumiinioksidipaloja käytetään usein kiehumissiruina kemiassa.
Sitä käytetään myös sytytystulppien eristeiden valmistukseen.
Plasmasuihkutusprosessin avulla ja titaanin kanssa sekoitettuna sitä pinnoitetaan joidenkin polkupyörän vanteiden jarrupinnalle hankaus- ja kulutuskestävyyden aikaansaamiseksi.
Useimmat onkivapojen keraamiset silmät ovat alumiinioksidista valmistettuja pyöreitä renkaita.
Hienoimmassa jauhemaisessa (valkoisessa) muodossaan, nimeltään timanttiini, alumiinioksidia käytetään erinomaisena kiillotuksen kiillotuskarkeana hioma-aineena rannekellon- ja rannekellojenrakennuksessa.