Влияние термообработки электрокорундов, легированных хромом и титаном, на их структуру и свойства

В работе [9] исследовано влияние термообработки в интервале температур 1100−1400 °С на структуру и некоторые свойства электрокорундов белого (ЭБ), титанистого (ЭТ), хромистого (ЭХ) и хромтитанистого (ЭХТ), химический состав которых представлен в табл. 2.33.

Влияние термообработки различных марок легированных электрокорундов на их цвет и на содержание в них легирующих оксидов, %

Примечание. Определение содержания Сг₂0₃ и ТЮ₂ проводилось методом спектрального анализа; * — в твердом растворе в корунде содержится ион Ti³⁺.

В процессе термообработки в воздушной среде в интервале температур 1100- 1400 43 указанные в табл. 2.33 образцы различных корундов изменяют свою окраску и наиболее резко меняет коричневый цвет на молочно-голубой и молочно-белый образец титанистого электрокорунда (ЭТ) при нагревании до 1350 °C. Образец ЭХТ1 становится молочно-розовым, ЭХТ2 — молочно-голубым, ЭХТЗ и ЭХТ4 — розовыми, цвет образцов ЭХТ нс изменяется, а зерна ЭТ и ЭХТ теряют прозрачность (37]. Изменение цвета в Ti-содержащих корундах сопровождается появлением в них новой фазы — ТЮ₂ (рутил), что, повидимому, является следствием распада твердого раствора Ti³⁺ в А1₂0₃ и окислением Ti³⁺ до Ti⁴⁺. Образующийся в результате ТЮ₂ по мере нагревания превращается в иголочки рутила, располагающиеся в кристалле корунда, что приводит к изменению состава корунда: содержание Ti₂0₃ в твердом растворе снижается на 20−35%. В образцах ЭХТЗ и ЭХТ4 распад твердого раствора Ti₂0₃ происходит при более высокой температуре (примерно на 100 °C выше), что, вероятно, объясняется влиянием содержащегося в корунде хрома, препятствующего переходу Ti³⁺ в Ti⁴⁺.

Наряду с изменением цвета при нагревании ЭТ и ЭХТ уменьшаются параметры их кристаллической решетки, но образующийся рутил не вызывает деформационных искажений корунда, так как на границе раздела рутил—корунд происходит релаксация упругих напряжений в результате формирования дислокационной структуры, снижающей упругие искажения.

Поведение образцов ЭХТ (1~4) после их термообработки определяется содержанием в них ионов Ti³⁺ в твердом растворе. Так, структура зерен коричневого цвета, в которых соотношение в твердом растворе ТЮ₂/Сг₂0₃ > 1,5, становится более равновесной, а в зернах сиреневого цвета, где отношение ТЮ₂/Сг₂0₃ < 1,5, сохраняется неравновесная структура (неравномерное распределение дефектов, но объему) подобно тому, как это происходит в образцах ЭХ.

Термообработка влияет также и на физико-механические свойства корундов. Так, по прочности единичного зерна все представленные здесь электрокорунды можно расположить в следующий ряд в порядке убывания прочности: ЭХТ —> ЭХ —> ЭТ -" ЭБ. При этом максимальное значение прочности единичного термообработанного зерна для титанистого электрокорунда наблюдается при температуре нагрева 1150 °C, для белого и хромтитанистого — 1250 °C, для хромистого — 1300 °C. По микромеханическим характеристикам наиболее высокими значениями отличаются хромтитанистый электрокорунд, сиреневые зерна которого обладают максимальными значениями микротвердости (25 ГПа) и трещиностойкости (2,5 мНм^|/2), определенными в образцах, термообработанных при температуре 1250 °C.

Установлено, что наиболее высокими абразивными свойствами обладает ЭХТ при соотношении в твердом растворе ТЮ₂/Сг₂0₃ = 0,8—1,5. Нсравновесность структуры, создаваемая ионами хрома в этой системе, и включения рутила, появляющиеся в результате распада твердого раствора Ti³⁺, увеличивают микрои макропрочностные характеристики корунда. Таким образом, прочность единичных зерен титансодержаших электрокорундов и характер его разрушения зависят от вида и соотношения легирующих добавок в корунде, а также от степени распада твердого раствора Ti₂0₃, вызванной термообработкой зерна на воздухе.