Окись алюминия

Окись алюминия (Al2O3) встречается в природе в виде корунда. Она редко оказывается абсолютно чистой и обычно загрязнена Fe2O3, Cr2O3, TiO2 и другими примесями. Отдельйые разновидности корунда («наждаки») применяют в качестве шлифовального средства. Прозрачные кристаллы особо правильной формы, окрашенные следами окислов, представляют собой драгоценные камни высокой стоимости (белый и голубой сапфир, кроваво-красный рубин).

Природный, в особенности искусственный, корунд благодаря значительной твердости (9 по Моосу) и высокой температуре плавления (2050°) имеет большое значение в технике. Приготовить искусственный корунд можно плавкой или спеканием. Исходным материалом является чистая окись алюминия (>99,5% Al2O3, примеси SiO2, Na2O, CaO, Fe2O3), извлекаемая из бокситов обработкой щелочами. Крупные, в большинстве случаев окрашенные кристаллы корунда переплавляют в специальных печах и применяют для украшений, в виде часовых камней и для различных небольших деталей с высокой износостойкостью.

Полученный плавкой в дуговых электропечах в большей или меньшей мере загрязненный электрокорунд (фирменные обозначения: алундум, абразит, корубин и пр.) является, наряду с карборундом, важнейшим сырьем для промышленности шлифовальных средств, а также используется как присадка в огнеупорах.

Так называемый спеченный корунд («зинтеркорунд») получают обычными способами керамического производства. Чистую окись алюминия переводят соответствующей предварительной обработкой, чаще всего мокрым измельчением с разбавленной соляной кислотой, в частично пластичное состояние и затем перерабатывают шликерным способом. С незначительной добавкой жидкости этот корунд перерабатывают на профиль мундштучным прессованием или же с незначительным увлажнением прессуют из него обычным образом фасонные изделия. Окончательное спекание высушенного, предварительно спеченного готового изделия производят при температурах, превышающих 1900°, в специальных муфельных печах (из окиси магния) с газовым обогревом.

При изготовлении износоустойчивых деталей и режущих инструментов к окиси алюминия добавляют немного Cr2O3. Твердый раствор с красно-фиолетовой окраской (спеченный синтетический рубин) несколько тверже, чем обычный бесцветный спеченный сапфир. Спеченный рубин практически беспорист, обладает поликристаллической структурой (диаметр кристаллита около 15 u).

Благодаря высокой твердости и исключительной химической устойчивости спеченные корунд и рубин являются превосходными материалами для изготовления изнашивающихся деталей. Уже в 1913 г. было предложено готовить из этого материала волоки. Широкого распространения такие волоки тогда не получили, но в настоящее время их применение вновь пропагандируется. Хорошо оправдали себя в текстильной промышленности раскладчики различной формы из корунда. Они почти не изнашиваются под воздействием природного и искусственного волокна (например, искусственного волокна, содержащего TiO2) и вполне устойчивы в агрессивных осадительных прядильных ваннах. К другим износоустойчивым деталям, изготовленным из спеченного корунда, относятся, например, направляющие проводки в кабельных машинах, а также высоконагруженные подшипники и направляющие втулки, которые должны работать без заедания.

Другим применением спеченного рубина являются различной формы волоки, небольшие шлифовальные круги, а также правильные ролики из рубинов вместо алмаза.

Высокая твердость корунда, в особенности спеченного рубина, позволяет считать, что его можно использовать также для обработки резанием различных материалов. Препятствием для подобного применения является в данном случае весьма высокая хрупкость; кроме того, режущие пластинки трудно соединять с металлической державкой резца. Эти пластинки монтируют в зажимах или же скрепляют пластмассами. Было предложено также соединение посредством соответствующих эмалей. Согласно Конопицкому, пластинки из окиси алюминия можно закреплять, используя разновидность «пайки в зажимах».

При обработке резанием стали и чугуна резцы из спеченного рубина себя не оправдали из-за незначительного сопротивления изгибу и большой чувствительности к. ударным нагрузкам. Предпринимавшиеся во время второй мировой войны попытки обтачивать гранаты а помощью пластинок из спеченного корунда были прекращены вследствие очень быстрой поломки резцов. Напротив, при обработке материалов, оказывающих сильное изнашивающее воздействие на инструмент (некоторые пластмассы, картон, синтетический уголь, графит, прессованная древесина, слюда и т. п.), спеченный рубин как режущий материал оказывается более подходящим, чем даже твердые сплавы. Так, например, если при обточке графита твердосплавными резцами удавалось обработать всего лишь 23 заготовки, применение инструментов с керамическими вставками позволило обработать 89 заготовок без заметного износа резцов.

Согласно Конопицкому, при обработке резанием легких сплавов хорошие результаты дадут также пластинки, из спеченного корунда, обеспечивая повышение скорости обточки.

Само собой понятно, что безупречная пришлифовка резцов к корундовым пластинкам, в особенности тонкая шлифовка и доводка, возможны лишь с помощью алмазных кругов.

В заключение можно сказать, что спеченный корунд известен как износостойкий материал; его применение для резания весьма ограничено.