Iridiumbeschichtetes braunes Schmelzkorund ist ein speziell modifiziertes Korundmaterial. Das Herstellungsverfahren kombiniert die Herstellung von braunem Schmelzkorund mit einer Iridium-Oberflächenbeschichtung, um die Materialeigenschaften unter extremen Bedingungen (wie z. B. Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, chemische Stabilität und elektrokatalytische Aktivität) zu verbessern. Im Folgenden wird das Kernverfahren detailliert analysiert:
I. Herstellung von braunem Schmelzaluminiumoxid
Braunes Schmelzaluminiumoxid ist eine Art von Aluminiumoxid (Al₂O₃), das durch Hochtemperaturschmelzen aus Bauxit hergestellt wird:
Rohstoffverarbeitung: Bauxit wird kalziniert, um Feuchtigkeit und Verunreinigungen zu entfernen.
Lichtbogenofen-Schmelzen: Bei Temperaturen über 2000℃ werden ein Kohlenstoffreduktionsmittel (wie Anthrazit) und Eisenfeilspäne hinzugefügt, um Verunreinigungen (wie SiO₂, Fe₂O₃ usw.) zu reduzieren, wodurch ein Silizium-Eisen-Legierungsniederschlag entsteht, der sich abscheidet.
Abkühlung und Kristallisation: Nach dem Abkühlen bilden sich aus der Schmelze hochharte, braune, geschmolzene Aluminiumoxidkristalle (hauptsächlich α-Al₂O₃, die geringe Mengen an Ti- und Fe-Oxiden zur Farbgebung enthalten).
Zerkleinern und Formen: Das blockartige braune Schmelzaluminiumoxid wird zerkleinert und gesiebt, um Schleif- oder Matrixpartikel der gewünschten Größe zu erhalten.
II. Prinzip des Iridium-Beschichtungsverfahrens
Iridium (Ir) ist ein hochdichtes, hochschmelzendes (2466 °C), korrosionsbeständiges Platinmetall. Es wird mittels Oberflächenplattierungsverfahren auf die Oberfläche von braunem, geschmolzenem Aluminiumoxid aufgebracht. Gängige Verfahren sind:
1. Prinzip der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD)
: In einer Hochvakuumumgebung wird das Iridium-Target durch einen Lichtbogen oder Sputtern verdampft, und Iridium-Atome oder -Ionen werden auf der Oberfläche des braunen, geschmolzenen Aluminiumoxids abgeschieden, um einen Film zu bilden.
Eigenschaften: Gleichmäßige Beschichtung, starke Haftung, geeignet für Präzisionsgalvanisierung.
2. Prinzip der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD)
: In einer Hochtemperatur-Reaktionskammer werden Iridium-Vorläuferverbindungen (wie z. B. Iridiumtrichlorid (IrCl₃), Iridiumacetylacetonat usw.) reduziert oder zersetzt, und Iridiumatome werden auf der Substratoberfläche abgeschieden.
3. Galvanisierung oder chemische Beschichtung
Prinzip: In einem Elektrolyten mit Iridiumionen wird Iridium mittels elektrischen Stroms oder eines Reduktionsmittels auf die Oberfläche eines leitfähigen Substrats abgeschieden. Ist braunes, geschmolzenes Aluminiumoxid nichtleitend, ist eine Metallisierungsvorbehandlung (z. B. Aufbringen einer leitfähigen Schicht) erforderlich.
Merkmale: Geringere Kosten, aber die Beschichtung kann dünner sein.
III. Wichtige technische Details zu iridiumplattiertem braunem Schmelzkorund
Oberflächenvorbehandlung:
Die Oberfläche von braunem, geschmolzenem Aluminiumoxid muss gereinigt und aktiviert werden. Dies kann durch Beizen mit Säure, Ultraschallreinigung oder Aufrauen zur Verbesserung der Haftung erreicht werden.
Optimierung der Grenzflächenbindung:
Aufgrund des erheblichen Unterschieds der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Iridium und Al₂O₃ ist eine Übergangsschicht (z. B. aus W, Mo oder eine Gradientenbeschichtung) erforderlich, um Spannungen abzubauen und ein Ablösen zu verhindern.
Kontrolle der Schichtdicke:
Die Beschichtung weist typischerweise eine Dicke im Mikrometerbereich auf. Eine zu große Dicke kann zu Rissen führen, während eine zu geringe Dicke nur eine begrenzte Leistungsverbesserung bewirkt.
Nach der Behandlung:
Durch Glühen kann die Kristallinität und die Haftfestigkeit der Beschichtung verbessert werden.
IV. Funktionen und Leistungssteigerung durch Iridiumplattierung
Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit: Iridium bildet bei hohen Temperaturen eine dichte Oxidschicht (IrO₂), die das braune Korundsubstrat schützt.
Chemische Inertheit: Beständig gegen Säure- und Laugenkorrosion, geeignet für stark korrosive Umgebungen.
Elektrokatalytische Aktivität: Iridium ist ein ausgezeichneter Elektrokatalysator und kann in Elektrodenmaterialien für die Wasserelektrolyse eingesetzt werden.
Verbesserte Verschleißfestigkeit: Die hohe Härte von Iridium verbessert die Verschleißfestigkeit der Oberfläche zusätzlich.
V. Anwendungsgebiete
Spezial-Schleifmittel und -Beschichtungen: Werden für die Präzisionsbearbeitung oder verschleißfeste Teile verwendet.
Hochtemperatur-Elektrodenmaterialien: Zum Beispiel Anoden für Elektrolysezellen, elektrochemische Katalyse.
Luft- und Raumfahrt: Hochtemperaturbeständige Beschichtungen, Komponenten für Antriebssysteme.
Nuklearindustrie: Strahlungskorrosionsbeständige Werkstoffe.