1.8.2. Расплав глинозема

Температура затвердевания расплава глинозема составляет 2054,8°С / при сумме примесей (медь, кремний, железо, молибден, магний, каль-•Пш, марганец, хром, бор, никель) , равной 0,0923%. Точка плавления корунда по результатам многократных измерений колеблется от 2055±6 до 2043±2°С при среднеарифметическом значении 2051,6°С, а по данным , 2055±4,2°С.

При температурах, близких к температуре плавления корунда. (2100°С) , структура образующегося расплава глинозема подобна струк­туре корунда, и такой расплав кристаллизуется при охлаждении в ко­рунд (α-Аl₂ 0₃ ) . Если же плавление глинозема осуществляется при очень высоких температурах (например, в плазме), то расплав его кристал­лизуется в форме α -А1₂0₃, что подтверждает подобие структуры этого расплава структуре α -Аl₂О₃ .

При плавлении корунда молярный объем расплава значительно увели­ чивается на 23,5%; теплота плавления корунда составляет

109,2 кДж/моль.

При расплавлении расплав имеет плот­ность α = 2,98 г/см³, а при 2502°С γ= 2,45 г/см³. Поверхностное натяже­ние в указанном температурном интервале снижается от 0,655 до 0,565 Дж/м², а вязкость уменьшается от 0,058 до 0,020 Дж/м²

Электропроводность расплавленного корунда с ростом температуры повышается, энергия активации проводимости Е_к расплава заметно снижается .

Большая теплота плавления корунда, большое увеличение молярного объема при плавлении, значительное уменьшение вязкости расплава с повышением температуры, а также уменьшение энергии активации вяз­кого течения и проводимости свидетельствуют о значительных структур­ных изменениях как при плавлении корунда, так и при дальнейшем повышении температуры образовавшегося расплава глинозема . На основании этого предполагается, что в жидком состоянии Аl₂О₃ состо­ит из комплексных ионов, диссоциирующих с повышением температуры на более простые, причем наиболее вероятной схемой диссоциации жид­кой Аl₂0₃ является Аl₂ О_3-АlO_2- +АlO⁺ .

Согласно , при температурах, близких к температуре кристалли­зации плексные ионы, так как в интервале температур 2062— 2152°С радиус частиц, обусловливающих диффузию, составляет (1,50— 1,82) -10 ⁸см, что близко к кристаллографическому радиусу комплек­сного иона Аl0⁺, равного 1,82*10"⁸ см.

Сопоставление свойств кварцевого стекла при температуре плавления кремнезема со свойствами расплава глинозема свидетельствует о корен­ном различии между этими расплавами, вызываемом долей ковалентности связи, при увеличении которой (кварцевое стекло) степень разры­хления структуры при плавлении уменьшается, вязкость сильно увеличи­вается, а электропроводность значительно уменьшается .

Таблица 2

Физико-химические свойства расплава глинозема

Г, С Плоность,		Поверхностное		Вязкость, Е^		Электропро-		Ек,
	г/см3		натяжение,	Па-с	кДж/моль		водность,	кДж/моль
			Н/м				Ом'1' см"1
2052	2,98		0,655	0,058	172,2		0,71	86,1
2152	2,86		0,635	0,038	152,7		0,85	69,3
2252	2,74		0,615	0,029	92,4		0,97	67,2
2352	2,63		0,595	0,024	72,7		1,09	63,0
2452	241		0,575	0,021	71,8		1,21	60,9
2502	2,45		0,565	0,020	71,4		1,26	58,8

Добавка кремнезема в расплав глинозема увеличивает его вязкость: при добавке 10% SiO₂ на 10%, а 20% SiO₂ на 20%, дальнейшее увеличе­ние добавки кремнезема приводит к более интенсивному повышению

вязкости, а именно при 30% SiO₂ в 2,2 раза, а при 40% SiO₂ в 2,3 — 2,9 раза (табл. 3) . Введение кремнезема в расплав глинозема снижает его плотность и поверхностное натяжение .

Таблица 3

Зависимость вязкости расплава глинозема от температуры

и содержания в нем SiO₂упругость пара расплава глинозема составляет:

Температура,С	2360	2410	2490	2547	2580
Упругость пара,кПа	0,79	2,39	2,93	6,65	7,05

В некоторых работах указываются температуры кипе­ния расплава глинозема 2980° С и значительно большие. Однако следует учитывать, что в газообразном состоянии молекулы А1₂0₃ не обнаружи­ваются . Продуктом испарения расплава глинозема являются ато­марный алюминий и кислород, а также низшие окислы алюминия (табл. 4) . Таким образом, температура кипения рас­плава глинозема является лишь условной.

Таблица 4

Состав газовой фазы над расплавом глинозема

				Состав фазы, % (объемн.) , при° С
1600					1727		2030		2227		2407		2727
Аl		39,33			38,76		35,77		33,86		31,69		28,04
О		58,34			57,53		55,29		53,76		52,50		50,17
O2		0,88			1,29		2,63		3,41		4,16		5,53
АlO		1,15			1,78		3,94		5,27		6,49		8,54
Аl2О		0.30			0,63		2,32		3,61		4,95		7,39
Al2 О2		2,6× 10-3			0,007		0,05		0,10		0,21		0,33

Тепловой эффект процесса перехода глинозема из расплава в газо­образное состояние составляет 485,9 кДж/моль .

Основными составляющими газовой фазы над-оксидом алюминия во всем температурном интервале от 727°С и до условной температуры ки­пения являются одноатомные кислород и алюминий. С повышением тем­пературы расплава в газовой фазе заметно увеличивается содержание субоксидов алюминия Аl₂O₃ и АlО