Исследовано влияние титансодержащих (и для сравнения оксида кальция) добавок в расплав 70% А12О3 + 30% ZrO2 на минеральный состав и температурные интервалы полиморфного превращения ZrO2 в сплавах. Проведены три серии плавок. В первой TiO2 вводили в шихту, состоящую из А12О3 и ZrO2, затем ее сплавляли в дуговой печи. Во второй TiO2 присаживали в расплав перед выпуском из печи и в третьей в расплав перед выпуском вводили не TiO2, а металлический титан Плавки всех трех вариантов разливали на валках-кристаллизаторах. Расплавы (70% А12Оз — 30% ZrO2) с 4% СаО сливали в изложницу вместимостью 0,5 м3. Установлено, что количество ZrO2T и температурные интервалы обратимого превращения ZrO2T->-—ZrO2M зависят от условий легирования расплава титансодержащими добавками и последующих режимов термической обработки образцов циркониевого электрокорунда. Массовая доля ZrO2T в случае присадки TiO2 в шихту составило 20%. Если TiO2 вводили перед выпуском, содержание ZrO2T увеличилось до 55%. В образце сплава с присадкой TiO2 в шихту, массовая доля непревра-тившейся фазы ZrO2T после термообработки (1300 °С, 15 мин) составила 20%, т. е. осталась на уровне исходного его содержания. В случае ввода TiO2 в расплав перед выпуском массовая доля ZrO2T достигла 55%, а после термообработки уменьшилась до 30%. Отжиг образца с вводом металлического титана перед выпуском (по режиму 1300 °С, т = 2 ч) приводил к полному завершению протекания превращения ZrO2T-^ZrO2M. В сплаве, стабилизированном СаО, содержались минеральные фазы: корунд а-А12О3, гексаалюминат кальция СаО-6А12О3 и оксид циркония двух модификаций в соотношении 80% ZrO2M и 20% ZrO2T. Кубическая модификация ZrO2K отсутствовала. Превращение ZrO2M-^ZrO2T в образце Д происходило при 900 ~С. Таким образом, установлено, что ввод титансодержащих добавок в расплав эдектрокорунда состава 70% А12О3 + 30% ZrO2 стабилизирует фазу ZrO2T и повышает ее устойчивость при изменении температурных условий. Механизм стабилизации ZrO2T трактуется по-разному. В монографии А. П. Гаршина и др. указывается, что стабилизация ZrO2T возможна благодаря образованию твердого раствора TiO2 в ZrO2T К. Е. Скуббаро, анализируя физические свойства нестехиометрических неорганических материалов, указывает, что в соответствии с причинами, вызывающими образование соединений переменного состава, нестехиометрические соединения можно разделить на две большие группы. К первой отнесены соединения, образованные вследствие существования одного из элементов в нескольких валентных состояниях, ко второй — соединения, образованные вследствие изоморфного замещения одного элемента атомами другого с отличающейся валентностью. Причем при изоморфном замещении возможно отсутствие атомов в узлах решетки и отсутствие катионов в узлах решетки, например. В этой связи встречающаяся в литературе запись стабилизированных модификаций оксида циркония без указания отсутствия дефектности аниона подлежит уточнению. Б.Я. Сухаревский и А.М. Гавриш показали, что выигрыш в работе образования зародыша новой фазы при полиморфном превращении возможен только в случае неравновесной концентрации вакансий в образце. В случае закаленной ZrO2 наблюдается как заметное снижение температуры перехода, так и вырождение изотермической полноты превращения. Высокую дефектность ZrO2 по кислороду можно достичь не только восстановлением оксида циркония титаном, но и алюминием или другими металлами, имеющими высокое химическое сродство к кислороду и оксиды которых не образуют с А12О3 соединений (структурных фаз), снижающих абразивные свойства зерна (изделий) циркониевого электрокорунда.
Заключение.
Циркониевый электрокорунд обладает большой износостойкостью и динамической прочностью, применяется для изготовления силовых обдирочных кругов (зачистка заготовок металла - устранение поверхностных дефектов перед прокаткой), в качестве материала для дробеструйных машин и галтовочных барабанов, в качестве добавки при производстве шлифовальных и обдирочных кругов из нормального электрокорунда марки 13А,14А различных типоразмеров и отрезных дисков - для повышения износостойкости и производительности. Шлифзерно циркониевого электрокорунда с содержанием ZrO2 30-40% менее прочное на износ и хрупкое, но за счет выкрашивания мелких частиц сохраняет 'колючую' поверхность и оставляет меньше прижогов на рельсах. Комплексное применение шлифзерна ZrO2(20-25%) и ZrO2(35-40%) позволяет решить проблему увеличения ресурса круга и исключения прижогов. Применяется при производстве фрикционных материалов для различных тормозных систем, позволяет получить хорошее трение без износа диска, производство шлифовальной шкурки для лепестковых торцевых кругов и др. Аспирационная пыль используется как добавка в жаростойкие краски, во фрикционные материалы.
Список литературы
1. Абразивные материалы и инструменты. Технология производства. Гришин, Федотов.