Безводная окись алюминия существует в нескольких кристаллических модификациях, из которых самой устойчивой является Аl20з (корунд).
Корундовую керамику изготавливают всеми способами непластичной технологии. Однако независимо от принятой технологии обязательным являются следующие операции: предварительный обжиг глинозема (для уменьшения усадки при обжиге изделий), тонкое измельчение его и очистка от примесей. Корундовую керамику обжигают в специальных печах при температуре 1550—1710°С.
При такой температуре достигается плотность 3,75— 3,85 г/см3, или относительная плотность 0,94—0,96%, практически при нулевой открытой пористости.
Технологию корундовой керамики постоянно совершенствуют с целью улучшения свойств получаемого материала.
В настоящее время разработана корундовая керамика с содержанием до 99,8% Al2O3, получившая название: поликор, сапфирит, ГМ, А-995 и другие материалы, обладающие большой плотностью (табл. 14). Например, корундовая керамика — поликор — имеет относительную плотность 0,995—0,998%, т. е. содержит очень незначительное количество межкристаллических пор, благодаря этому почти не рассеивает проходящий через нее световой луч. Твердость корунда по минералогической шкале равна 9 и уступает лишь твердости алмаза и некоторых карбидов. Температура плавления его находится в интервале 2015—2050°С.
Рис. 14. Зависимость теплопроводности плотных спеченных огнеупорных материалов от температуры
Химическии и фазовый составы некоторых видов корундовой керамики, %
Материал | Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | Cr2O3 | MnO2 | TiO2 | CaO | MgO | Ba2O3 | Na2O | Фаза | |
кристаллическая | стекловидная | |||||||||||
Миналунд 22ХС | 93,96 | 3,94 | 0,03 | 0,04 | 87—81 | 13—19 | ||||||
95,64 | 2,50 | 0,03 | 0,48 | 1,96 | 1 | __ | 0,2 | 88—89 | 12—11 | |||
Микролит ГБ-7 | 99,4 | — | 0,03 | — | — | — | 0,57 | Следы | 99 | 1 | ||
97,07 | 0,92 | 0,08 | — | — | 0,9 | 0,92 | 0,09 | 91—92 | 8—9 | |||
Корунд | 98,8 | 0,2 | 0,05 | 1 | Следы | 99 | 1 | |||||
Сапфириτ | 97,6 | — | — | ___ | 0,7 | 1,7 | 100 | |||||
Поликор | 99,7 | — | — | — | — | — | — | 0,3 | — | 100 | — |
Особенностью корунда является довольно резкое понижение теплопроводности при повышении температуры. Зависимость теплопроводности спеченного корунда и ряда других высокоогнеупорных окислов от температуры приведена на рис. 14.
Средний коэффициент линейного расширения спеченного глинозема в интервале температур 1000 — 1600°С равен 7,5· 10-6°С-1. Причем установлено, что он при прочих равных условиях не зависит от пористости материала. Предел прочности при сжатии чисто корундовых изделий массового производства с объемной массой 3,75—3,85 г/см3 составляет около 10000— 15 000 кгс/см2 (1000—1500 МПа). С повышением температуры прочность при сжатии корундовых изделий уменьшается, однако остается довольно высокой и составляет при 1600°С около 500 кгс/см2 (50 МПа). При введении в исходную массу добавок MnO и TiO2 механическая прочность изделий понижается.
Основным сырьем для изготовления корундовой керамики является технический глинозем и белый электроплавленый корунд. В некоторых случаях используют окись алюминия, полученную термическим разложением некоторых солей алюминия, например азотнокислого алюминия, алюмоаммиачных квасцов и др. Окись алюминия, полученная при разложении солей, представляет собой высокодисперсный порошок Gt-Al2O3, обладающий большой химической активностью.