Борид хрома

Весьма твердый сплав хрома с бором получил впервые Myacсан при сплавлении хрома и бора в дуговой электрической печи. Моноборид хрома был получен спеканием соответствующей смеси хрома и бора. Кристаллический порошок состава, близкого к монобориду (83,5—83,9% Cr), был химически выделен из алюминотермического сплава хрома и бора. Различные бориды (СrВ, Cr2B, Сr3В) были получены при прокаливании окиси хрома» с бором в электрической печи, а также и пропусканием пара хлорида бора над тонкоизмельченным хромом в присутствии водорода (однако однородность полученных продуктов не была установлена).

Электролизом расплава 1/5Cr2O3 + 2В2O3 + MgO(CaO) + MgF2(CaF2) при 1000° был выделен серый металлический осадок, содержащий 11,8—12,1% В и 87,4—87,6% Cr, т. е. близкий к составу Cr3B2 (12,18% В). Аналогичным способом был получен борид хрома с 13,2 % В и 82% Cr. В той же работе был получен алюминотермичеcrий борид (18% В, 76,12% Cr, остальное алюминий и железо) и борид, восстановленный из B2O3 в присутствии углерода и кремния, состава 14,1% В, 70,35% Cr, остальное Si, Fe, Ca и др.

Весьма чистый сплав с 66,7% (атомн.) В был получен сплавлением чистого электролитического хрома (99,4%) с чистым бором (98—99%) в высокочастотной вакуумной печи при 1600° или спеканием в вакууме в течение 48—72 час. при 1150°. Спекание при этой температуре в течение 20 дней приводило к образованию монокристаллов боридов. Можно получить бориды хрома, осаждая бор из газовой фазы (BCl2+H2) при 1200—1600° на металлический хром, полученный наращиванием.

Ряд известных боридов хрома может быть получен горячим прессованием смесей: Cr + В; Cr + В + С; Cr3C2 + В; Cr3C2 + B4C; СrВ + В4С; СгВ2 + В4С.

Для технического применения (наплавочные твердые сплавы) малоуглеродистые монобориды и дибориды хрома получают прокаливанием смеси Cr2O3 + В2O + С при 1600° в вакууме, а также алюминотермическим способом.



Подробно систему исследовал Кисслинг, установивший по данным рентгенографического анализа по меньшей мере пять промежуточных фаз. Растворимость бора в хроме весьма незначительна. Наиболее бедная, бором S-фаза отвечает составу Cr2B [33% (атомн.) В]; она кристаллизуется в виде тонких гексагональных пластинок. Фаза в содержит около 40% (атомн.) В и отвечает соединению Cr3B2. Фаза е с узкой областью существования около 50% (атомн.) В кристаллизуется в виде хорошо сформированных игл или квадратных пластинок и отвечает по составу монобориду хрома. Структура орторомбическая, изоморфная высокотемпературным модификациям моноборидов. Фаза v содержит около 55% (атомн.) В (Cr3B4); кристаллизуется аналогично 1-фазе; изоморфна соединению Ta3B4. Фаза v содержит 66,7% (атомн.) В (диборид), имеет узкую область существования и кристаллизуется в простой гексагональной решетке AlB2 (С32). Фаза v изоморфна всем диборидам металлов IV и V групп периодической таблицы элементов.



Моноборид хрома (17,2% В) — серый металлический порошок. Электролитический борид Cr3B2 представляет собой блестящие металлические кристаллики серого цвета.

Борид Cr3B2 устойчив против плавиковой, соляной и серной кислот, а также (в отличие от других боридов) против азотной кислоты. He растворяется в щелочах. Активно взаимодействует лишь с хлорной кислотой и расплавами гидроокисей и карбонатов щелочных металлов. Перекиси растворяют бориды хрома существенно медленнее, чем другие бориды.

При взаимодействии с сухим аммиаком при 1180° все пять промежуточных фаз системы Cr—В реагируют с азотом, образуя Cr2N и BN.

Борид Cr2B (b-фаза) — орторомбический: а — 14,7 А; b = 7,34 А; с = 4,29 А.

Моноборид (e-фаза) — также орторомбический: а = 2,969 А; b = 7,858 А; с = 2,932 А. В предположении, что элементарная ячейка моноборида включает 4 молекулы, расчетная плотность составляет 6,11 г/см3 (пикнометрический удельный вес 6,05 г/см3).

По другим данным, период этой решетки: а = 2,95 А; b = 7,80 А; с = 2,93 А; пикнометрический удельный вес 6,15—6,20 г/см3.

Борид Cr3B4 (v-фаза) — также орторомбический с периодами: а = 2,984 А, b = 13,02 А, с = 2,954 А.

Диборид (v-фаза) обладает простой гексагональной решеткой AlB2 (С32) с периодами а = 2,969 А; с = 3,066 А и расчетной плотностью 5,6 г/см3.

Плотность борида Cr3 B2 6,7 г/см3; по другим данным — 6,13 г/см3. Его структура индицирована ориентировочно на основе тетрагональной элементарной ячейки.

Твердость борида Cr3B2 превышает 9 единиц по Moocy, моноборида хрома около 8,5. Микротвердость диборида хрома при нагрузке 100 г — 1800 кг/мм2.

Температура плавления моноборида хрома 1550±50°, диборида 1850 ±50°, Cr3B2 1960 ±50°.

Удельное электрическое сопротивление моноборида хрома 64, а диборида 21 мком*см.

Об использовании спеченных боридов хрома с никелевой связкой в качестве жаропрочных и жаростойких материалов см. ниже (часть третья).