Успешное развитие ряда отраслей социалистической промышленности, и в первую очередь металлургической, в значительной степени зависит от качества огнеупорных керамических изделий. Современная металлургия, применяющая кислородное дутье в доменных печах и скоростные методы выплавки стали в мартеновских печах, нуждается в новых, более высокоогнеупорных материалах, чем ныне существующие, температура плавления которых не превышает 1800— 2000°. Приведенные данные (см. статью) подчеркивают огромную актуальность проблемы новых высокоогнеупорных материалов. Основной причиной затруднений, возникающих при изыскании новых высокоогнеупоров, является отсутствие диаграмм состояния систем из окислов, входящих в состав огнеупорных масс. Число материалов, из которых обычно изготовляются огнеупорные массы, довольно ограниченно. Поэтому исследование ранее не изучавшейся диаграммы состояния системы MgO — Сг 2 О 3 — ZrО 2 (температура плавления MgO — 2800°, Сг 2 О 3 — 2110°, ZrО 2 — 2715°) может иметь не только теоретическое, но и практическое значение при изыскании новых огнеупорных материалов с более, высокими физико-химическими свойствами. Тройные смеси окиси магния, окиси хрома и двуокиси циркония, составы которых расположены в области твердых растворов, как не образующие эвтектики и не испытывающие поэтому размягчения при нагревании вплоть до температур плавления (2200—2600°), являются новыми, практически важными высокоогнеупорными материалами.
Сущность физико-химического анализа, созданного и оформленного Николаем Семеновичем Курнаковым в особый отдел физической химии, изучающий равновесие различных систем, заключается в применении физических методов для выяснения химической природы веществ, образующихся в двойных и многокомпонентных системах. Общий прием физико-химического анализа состоит, в количественном изучении свойств равновесных систем, образованных, в зависимости от их состава, двумя и более компонентами. Результатом измеренных величин является диаграмма состав — свойство, состоящая из одной или нескольких линий, положения которых определяют состояние системы. Научные работы школы Курнакова отличались целеустремленностью и в основном были направлены на выяснение характеристики химического индивида, образующегося в двойных и многокомпонентных системах в отличие от обыкновенного раствора тех же компонентов. Другими словами — на выяснение того, чем отличается вещество, которое мы можем и должны назвать химическим индивидом, от обыкновенного раствора компонентов, образующих химический индивид. Тот же вопрос более ста лет назад ставил Бертолле перед Пру, требуя точного определения обоих понятий. Этим же вопросом занимались Дальтон и Гей-Люсак, Вальд и Оствальд.
Высокая огнеупорность (2715°), шлакоетойкость, малая тепло- и электропроводность при высоких температурах, механическая прочность и термическая стойкость при резких колебаниях температуры делают двуокись циркония весьма ценным исходным высокоогнеупорным материалом, в особенности после того, как было обнаружено [1], что растрескивание при нагревании изделий из чистой двуокиси циркония, вызываемое превращением при температуре 1000° одной модификации в _ другую, может быть устранено добавкой выше 4% окиси магния или кальция, образующих с двуокисью циркония устойчивые твердые растворы. В Советском Союзе имеются многочисленные месторождения циркониевых руд, обеспечивающие промышленное их использование. Что же касается окиси магния и окиси кальция, то эти исходные материалы имеются в неограниченном количестве. Все это показывает, что исследование тройной системы Zr 0 2 — MgO — СаО имеет не только теоретический, но и значительный практический интерес.
Среди применяемых в настоящее время огнеупорных материалов особого внимания заслуживают хромистый железняк и магнезит. Но, как известно, эти огнеупоры в чистом виде недостаточно устойчивы и сравнительно быстро разрушаются, что вызывает частый ремонт внутренней футеровки плавильных печей. Поэтому исследование зависимости температуры плавления от состава ,смесей высокоогнеупорных материалов, в особенности определение областей образования твердых растворов, представляет один из путей нахождения новых высокоогнеупорных материалов. Это и побудило нас заняться исследованием диаграмм плавкости систем: Сг 2 0з — MgO и Сг 2 0 3 — Zr 0 2 .
Первые литературные данные относятся к 1930 г., когда были сделаны попытки исследовать диаграмму плавкости системы Сг 2 0 3 — Zr 0 2 [1, 2]. Обнаружив значительную летучесть окиси хрома, авторы отказались от дальнейших исследований. Результаты работы представлены на рис . 1 , по которому видно, что полученные данные не могут явиться даже ориентировочными. Этими данными исчерпываются литературные сведения по системе Сг 2 0 3 — Zr 0 2 . Считая, что летучесть Сг 2 0 3 сама по себе не может служить препятствием для исследования системы, так как состав каждой точки может быть определен химическим анализом сплавленной части образцов, после определения температуры плавления, мы решили заняться исследованием диаграммы равновесия данной системы, представляющей не только теоретический, но и значительный практический интерес.
Тройная система ZrO 2 — MgO — А1 2 O 3 в целом до сих пор не была исследована. Литературные данные имеются лишь по двойным системам, ограничивающим стороны этой тройной системы. Произведено исследование температур плавкости по трем разрезам в тройной системе ZrO 2 —MgO—А1,O 3 и найдено, что по направлению от ZrO 2 к химическому соединению MgO.- Al 2 O 3 проходит непрерывная область твердых растворов, температура плавления которых повышается в зависимости от содержания ZrO 2 от 2130° (шпинель) до 2715 (ZrO 2 ). Отсутствие эвтектики, вызывающей преждевременное размягчение материала, делает эти смеси весьма важными высокоогнеупорными.
По мере весьма быстрого развития авто- и авиостроения вопрос о получении материалов легких и в то же время обладающих достаточными механическими свойствами становится все более и более актуальным. Наилучшими и, пока что, непревзойденными в этом отщгшении являются сплавы типа дуралюмина, с примерным содержанием (см. статью): Сплав дуралюмина, как видно, сравнительно сложный и поэтому давно уже в разных местах земного шара ведутся опыты для получения сплавов более простых, которые по своим механическим качествам не уступали бы дуралюмину. Из таких простых сплавов наибольшим успехом, в особенности в Америке, пользуется сплав алюминия и меди. Природа этого сплава еще недостаточно выяснена. Поэтому для более детального выяснения вопроса нам казалось целесообразным исследовать изменение растворимости меди в алюминии в твердом состянии в зависимости от температуры, так как по имеющимся данным такое изменение растворимости разных составных частей в сплавах является главной причиной, обусловливающей свойства сплавов типа дуралюмина, в том числе и свойство «старения».
