Cr2O3是生产耐火材料和陶瓷的理想原料，但是铬的氧化物挥发性高，且铬离子和氧离子的扩散系数存在较大差异，使得氧化铬材料难以烧结。北京科技大学的研究人员研究了氧化铬材料在埋炭条件和不同气氛条件下的烧结性能，以期达到控制氧化铬烧结致密化程度的目的。
    试验用主要原料为Cr2O3微粉（w（Cr2O3）=99.62%，d50=1.82 µm）和TiO2微粉（w（TiO2）=98.25%，d50=2.37 µm），结合剂为聚乙烯醇。试验配方分为T0系列和T3系列，其中T0系列是纯Cr2O3微粉，T3系列是在Cr2O3微粉中添加3%（质量分数，下同）的TiO2微粉。试验方案如表1所示。烧成气氛分别采用高纯氮（氧体积分数为1×10-6%，氧分压为0.1 Pa）、纯氮（氧体积分数为1×10-4%，氧分压为10 Pa）、工业氮（氧体积分数为1×10-2%，氧分压为1×103 Pa）和空气（氧体积分数为2.1×10-1%，氧分压为2.1×104 Pa）。
表1 试验方案
试验配方 试样编号 烧结方法 氧分压/Pa
T0系列 T01 控制气氛 2.1×104
 T02 控制气氛 1.0×103
 T03 控制气氛 10
 T04 控制气氛 0.1
 T05 埋炭 2.3×10-12
T3系列 T31 控制气氛 2.1×104
 T32 控制气氛 1.0×103
 T33 控制气氛 10
 T34 控制气氛 0.1
 T35 埋炭 2.3×10-12
    将Cr2O3微粉和TiO2微粉分别按T0系列和T3系列配方混合，加入42%的水和0.4%的聚乙烯醇，在搅拌机内搅拌60 min制成料浆，采用离心式喷雾造粒机造粒。用100 t油压机对造粒料干压预成型，成型压力为120 MPa，再用等静压二次成型，成型压力为150 MPa，保持5 min，压制成125 mm×25 mm×25 mm的条状试样。进行控制气氛烧结时，在气氛炉内分别通入不同的气体，经1 500 ℃保温3 h烧成。进行埋炭烧成时，将试样放置在匣钵内，试样外部用2~3 mm厚电熔白刚玉砂隔离，电熔白刚玉砂外放置炭饼，匣钵采用氧化铝火泥密封，在电炉内1 500 ℃保温3 h烧成。按照相关标准测定试样的显气孔率和体积密度，并用扫描电镜观察试样的显微结构。
    研究结果表明：（1）在埋炭烧结条件下，无论是否添加助烧结剂，均可实现Cr2O3材料的致密化烧结，烧成试样的体积密度大于4.8 g•cm-3，显气孔率小于1%；（2）在控制气氛烧结的条件下，未添加TiO2的Cr2O3材料在不同氧分压下均未能实现致密化烧结；（3）在控制气氛烧结条件下，对于添加3%TiO2的Cr2O3材料，氧分压对其烧结性能影响显著。随着氧分压的降低，试样的体积密度增大，显气孔率减小，当氧分压降至0.1 Pa时，材料达到了致密化烧结，试样的体积密度为4.85 g•cm-3，显气孔率为0.8%；（4）在添加助烧结剂的条件下，通过控制氧分压，可以控制Cr2O3材料的烧结程度，获得既有一定的致密度，又保持一定显气孔率的烧结体，并且能获得晶粒发育较好、结合程度较高、气孔多呈圆形且孤立分布的致密显微结构，这样的显微结构有利于改善致密Cr2O3材料的抗热震性。
（摘编自《武汉科技大学学报》2010，№2）