2. ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ
СПЛАВОВ
Несмотря на огромные трудности
учета влияния указанных факторов на процесс окисления, все-таки имеется
возможность наметить принципы "конструирования" жаростойких сплавов с
точки зрения выбора основы сплава и легирующих элементов. Это возможно
сделать на основе имеющихся физических и термодинамических параметров
окислов и металлов (табл. 2), а также большого экспериментального
материала по исследованию процесса окисления сплавов. В результате
установлена роль рассмотренных выше факторов. Число этих факторов для
многокомпонентных сплавов велико. Однако, если учесть, что скорость
окисления наиболее жаростойких сплавов при высоких температурах
описывается законом квадратичной параболы или близким к нему, то можно
считать что весь процесс в целом контролируется в основном скоростью
диффузии реагентов через окалину.
Таким образом, решающим фактором
можно считать кристаллохими-ческую природу окислов в окалине, и обеспечить
высокую жаростойкость можно в том случае, если поверхность металла будет
защищена в процессе эксплуатации тугоплавким окислом с малой диффузионной
проницаемостью в отношении ионов металла и кислорода. Этим
требованиям при высоких температурах лучше других отвечают три окисла:
окись алюминия, двуокись кремния и в значительно меньшей степени
окись хрома.
Защитные свойства первых двух
окислов можно частично объяснить на основании классических работ
Н.В.Белова по исследованию структуры ионных кристаллов. Результаты этих
исследований позволяют сложные кристаллические решетки ионных кристаллов
описать более просто следующим образом. Анионы кислорода с ионным радиусом
0,136 нм располагаются весьма однообразно по одному из способов плотнейшей
упаковки — гексагональной или кубической; катионы распределяются по
пустотам этой упаковки. Известно, что в плотнейшей упаковке имеется
два вида пустот: октаэдрические и тетраздрические. Число октаэдри-ческих
пустот равно числу анионов, а тетраэдрических - в два раза больше. При
этом шар, заполняющий октаэдрическую пустоту, имеет радиус, равный 0,414
радиуса аниона, а тетраэдрическую пустоту — 0,225 радиуса аниона. Катионы
заселяют в общем случае не все пустоты, а только часть их по определенному
симметричному "узору", и все наблюдающееся разнообразие решеток
обусловлено распределением катионов.
Рассмотренный способ описания
кристаллической решетки окислов позволяет легко представить, что
подавляющая часть катионов искажает анионную подрешетку, снижает ее
устойчивость, повышает диффузионную проницаемость в отношении ионов
кислорода и катионов. Из табл. 2, в которой приведены величины ионных
радиусов, следует, что окись алюминия и двуокись кремния отличаются от
других тугоплавких окислов неискаженностью анионной подрешетки. Эта
кристаллографическая особенность играет немаловажную роль, так как все
другие окислы, даже с более высокой термодинамической стабильностью
(например, CaO, La203, Zr02) имеют низкие
защитные свойства. В то же время
