الألومينا البنية المصهورة المطلية بالإيريديوم هي مادة كوروندوم معدلة خصيصًا. يجمع مبدأ إنتاجها بين تحضير الألومينا البنية المصهورة وتقنية طلاء السطح بالإيريديوم، بهدف تحسين أداء المادة في البيئات القاسية (مثل مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية، والاستقرار الكيميائي، والنشاط التحفيزي الكهربائي). فيما يلي تحليل مفصل لمبدأ إنتاجها الأساسي:
أولا: تحضير أكسيد الألومنيوم المصهور باللون البني:
أكسيد الألومنيوم المصهور باللون البني هو نوع من أنواع الألومينا (Al₂O₃)، ويتم إنتاجه من البوكسيت من خلال الصهر بدرجة حرارة عالية:
معالجة المواد الخام: يتم تحميص البوكسيت لإزالة الرطوبة والشوائب.
صهر الفرن القوسي الكهربائي: عند درجات حرارة أعلى من 2000 درجة مئوية، يتم إضافة عامل اختزال الكربون (مثل الأنثراسايت) وبرادة الحديد لتقليل الشوائب (مثل SiO₂ وFe₂O₃ وما إلى ذلك)، مما يؤدي إلى تكوين راسب من سبيكة السيليكون والحديد الذي ينفصل.
التبريد والتبلور: بعد التبريد، يشكل السائل المنصهر بلورات أكسيد الألومنيوم المصهور ذات الصلابة العالية (بشكل أساسي α-Al₂O₃، التي تحتوي على كميات صغيرة من أكاسيد Ti وFe للون).
التكسير والتشكيل: يتم سحق أكسيد الألومنيوم البني المتكتل وغربلته إلى جزيئات كاشطة أو مصفوفة بالحجم المطلوب.
ثانيًا: مبدأ عملية طلاء الإيريديوم:
الإيريديوم (Ir) معدنٌ من مجموعة البلاتين، يتميز بكثافة عالية ودرجة انصهار عالية (2466 درجة مئوية)، ومقاومته للتآكل. يُطلى على سطح أكسيد الألومنيوم المصهور باللون البني باستخدام تقنيات طلاء السطح. من الطرق الشائعة:
1. مبدأ الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD)
: في بيئة عالية الفراغ، يتم تبخير هدف الإيريديوم بواسطة قوس كهربائي أو رش، ويتم ترسيب ذرات أو أيونات الإيريديوم على سطح أكسيد الألومنيوم البني المندمج لتشكيل فيلم.
المميزات: طلاء موحد، التصاق قوي، مناسب للطلاء الدقيق.
2. مبدأ الترسيب الكيميائي للبخار (CVD)
: في غرفة التفاعل ذات درجة الحرارة العالية، يتم اختزال أو تحلل مركبات سلائف الإيريديوم (مثل ثلاثي كلوريد الإيريديوم (IrCl₃)، وأسيتيل أسيتونات الإيريديوم، وما إلى ذلك)، وترسب ذرات الإيريديوم على سطح الركيزة.
3. الطلاء الكهربائي أو الطلاء الكيميائي
المبدأ: في إلكتروليت يحتوي على أيونات إيريديوم، يُرسَّب الإيريديوم على سطح ركيزة موصلة باستخدام تيار كهربائي أو عامل اختزال. إذا كانت أكسيد الألومنيوم المصهور باللون البني غير موصلة، يلزم إجراء معالجة أولية للمعادن (مثل طلاء طبقة موصلة).
المميزات: تكلفة أقل، ولكن الطلاء قد يكون أرق.
ثالثًا. النقاط الفنية الرئيسية للألومينا المصهورة البنية المطلية بالإيريديوم
المعالجة المسبقة للسطح:
يحتاج سطح أكسيد الألومنيوم البني المصهور إلى التنظيف والتنشيط. يمكن تحقيق ذلك من خلال التخليل الحمضي، أو التنظيف بالموجات فوق الصوتية، أو المعالجة الخشنة لتعزيز الالتصاق.
تحسين الروابط البينية:
بسبب الاختلاف الكبير في معاملات التمدد الحراري بين الإيريديوم وAl₂O₃، هناك حاجة إلى طبقة انتقالية (مثل W أو Mo أو طلاء متدرج) لتخفيف الضغط ومنع التقشير.
التحكم في سمك الطلاء:
عادةً ما يكون سمك الطلاء في نطاق الميكرومتر. قد يؤدي السُمك الزائد إلى التشقق، بينما يُحسّن السُمك غير الكافي الأداء بشكل محدود.
بعد العلاج:
يمكن إجراء التلدين لتحسين التبلور وقوة الترابط للطلاء.
رابعًا. وظائف وتحسين أداء طلاء الإيريديوم
مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية: يشكل الإيريديوم طبقة أكسيد كثيفة (IrO₂) عند درجات الحرارة العالية، مما يحمي ركيزة الكوراندوم البني.
الخمول الكيميائي: مقاوم للتآكل الحمضي والقلوي، ومناسب للبيئات شديدة التآكل.
النشاط التحفيزي الكهربائي: يعتبر الإيريديوم محفزًا كهربائيًا ممتازًا ويمكن استخدامه في مواد أقطاب التحليل الكهربائي للماء.
مقاومة التآكل المحسنة: تعمل صلابة الإيريديوم العالية على تحسين مقاومة التآكل السطحي بشكل أكبر.
خامسًا: مجالات التطبيق
المواد الكاشطة والطلاءات المتخصصة: تستخدم في التصنيع الدقيق أو الأجزاء المقاومة للتآكل.
مواد الأقطاب الكهربائية ذات درجة الحرارة العالية: مثل أنودات الخلايا الكهربائية، والتحفيز الكهروكيميائي.
الفضاء والطيران: الطلاءات المقاومة لدرجات الحرارة العالية، ومكونات نظام الدفع.
الصناعة النووية: مواد مقاومة للتآكل الإشعاعي.