5Al2O3-SiO2系耐火材料硅酸鋁質耐火材料是以Al2O3和SiO2為基本化學組成的耐火材料。根據(jù)Al2O3含量的高低，硅酸鋁質耐火材料又可分為：半硅質耐火材料，Al2O3含量為15%~30%；黏土質耐火材料，Al2O3含量為30%~45%；高鋁質耐火材料，Al2O3含量＞45%。氧化鋁質耐火材料是Al2O3含量＞95%的耐火材料。高鋁磚等級劃分：高鋁磚I等：Al2O3＞75%；高鋁磚Ⅱ等：Al2O360%~75%；高鋁磚Ⅲ等：Al2O348%~60%；5.1Al2O3-SiO2耐火材料的相組成與性質5.1.1Al2O3-SiO2耐火材料的組成系統(tǒng)中唯一穩(wěn)定的晶相是莫來石（3Al2O3-2SiO2,簡稱3A2S）;由于莫來石的存在，被分割為兩個子系統(tǒng)：SiO2-3A2S和Al2O3-3A2S。Al2O3-SiO2系耐火材料的分類和主要礦物組成制品名稱Al2O3含量/%主要組成半硅質15~30方石英、莫來石、玻璃相粘土質30~45莫來石、方石英、玻璃相Ⅲ等高鋁磚45~60莫來石、玻璃相、方石英Ⅱ等高鋁磚60~75莫來石、少量剛玉、玻璃相Ⅰ等高鋁磚75~95莫來石、剛玉、玻璃相剛玉質＞95剛玉、少量玻璃相幾種Al2O3-SiO2系制品的荷重軟化溫度磚種Al2O3含量/%開始變形溫度TH/℃4%變形溫度/℃40%變形溫度Tk/℃TK-TH黏土磚莫來石磚剛玉磚4070901400160018701470186019001600————200————Al2O3含量在40%~70%范圍內，制品的荷重軟化開始變形溫度和40%變形溫度與其Al2O3含量呈直線關系。制品中Al2O3含量增加1%，其開始變形溫度約上升4℃，40%變形溫度約升高7℃。5.1.2莫來石莫來石是Al2O3-SiO2系統(tǒng)中唯一穩(wěn)定的二元化合物，它在鋁硅系耐火材料與陶瓷中具有重要意義。莫來石多以不一致熔融狀態(tài)存在，在熔融或析晶過程中的轉熔關系為3Al2O3·2SiO2→Al2O3+L。其組成位于3Al2O3·2SiO2(A3S2)至2Al2O3·SiO2（A2S）之間。其組成依據(jù)不同的Al2O3/SiO2比形成Al4+2xSi2-2XO10-X(x的波動值在0.2~0.9之間)。硅線石：Al4Si2O10:2[Al2O3·SiO2]莫來石是由四個硅線石晶胞組成，第一個晶胞中有一個Si4+被Al3+所置換。5.1.3Al2O3-SiO2-雜質氧化物相平衡分析及對鋁硅系材料組成與性能的影響Al2O3-SiO2-K2O系、Al2O3-SiO2-Fe2O3系、Al2O3-SiO2-TiO2系5.1.4莫來石-高硅氧玻璃復合材料生成莫來石-高硅氧玻璃復合材料有兩種方法：直接將黏土等原料經高溫熔燒，將SiO2熔入玻璃相中，這需要很高的燒成溫度。另一種是在配料中引入某種添加劑（如K2O）來促進SiO2熔入玻璃相中，降低燒成溫度。莫來石-高硅氧玻璃材料具有耐火度高、熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性好、硬度高、耐磨性好等優(yōu)點。其性質有原料的化學成分、雜質種類與含量有關。需根據(jù)原料的成分決定是否需要添加劑以及燒成溫度。由于在莫來石-高硅氧玻璃中含有大量的玻璃相。它在高溫下長期使用時可能會結晶。玻璃相結晶趨勢的大小與其成分有很大關系。由于莫來石-高硅氧玻璃復合材料的優(yōu)良性能，它被廣泛應用來制備各種耐火制品與不定形耐火材料以取代黏土與高鋁熟料。根據(jù)Al2O3含量不同的牌號分為：M70、M60、M50、M45莫來石-高硅氧玻璃復合材料。M后的數(shù)字為Al2O3的含量。由于各廠所使用的原料雜質含量的不同，同時還存在引入K2O等低熔物質因素的影響，即使Al2O3的含量相同，其相組成與性質仍可能存在一定的差異。莫來石-高硅氧玻璃化學成分舉例（晶相組成非常接近莫來石3Al2O3-2SiO2）化學成分Al2O3SiO2Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O熟料成分57.1540.900.491.200.090.170.030.02晶相成分①1520℃1622℃71.0571.9027.3626.680.400.380.570.750.070.060.110.060.0040.0030.0010.002玻璃相成分①1520℃1602℃9.118.3286.0987.310.780.843.312.650.160.190.370.530.100.100.100.101520℃、1600℃下玻璃相質量分數(shù)分別為22.15%與32.4%。5.2黏土質耐火材料黏土質耐火材料是指Al2O3含量在30%~45%范圍內使用黏土為主要原料的一類耐火材料。根據(jù)原料和生成工藝的不同，粘土質耐火材料分普通黏土質、全生料黏土磚、多熟料黏土磚、高硅黏土磚以及高密度黏土磚等。5.2.1黏土原料黏土是沉積礦床或鋁硅鹽巖石經過風化而成的土狀礦物。按照耐火度分耐火黏土有特級、一級、二級、三級之分；按外觀及性質分，有硬質黏土和軟質黏土，軟質黏土又含半軟質黏土、可塑黏土。5.2.1.1黏土種類A硬質黏土，為結構致密、在水中難分散、可塑性差的黏土。硬質黏土為長時間沉積的礦床，通常作為煅燒熟料的原料。淄博地區(qū)的硬質黏土含又較低的雜質成分，其煅燒后俗稱焦寶石。B軟質黏土，為結構松散、在水中易分散、可塑性好的黏土。軟質黏土為沉積時間較短的礦床，多作為硅酸鋁質耐火材料的結合劑。5.2.1.2黏土的化學礦物組成黏土主要由Al2O3、SiO2組成。其主要礦物是高嶺石，次礦物有石英、鐵化合物、有機物等。根據(jù)黏土的主要礦物組成，黏土分為高嶺石族黏土、蒙脫石族黏土、葉蠟石族黏土、水云母族黏土。黏土的Al2O3/SiO2比值越接近高嶺石礦物的理論值，那么黏土的純度越高，質量越好。Al2O3/SiO2比值越大，黏土的耐火度越高，黏土的燒結熔融范圍越寬。5.2.1.3耐火黏土的工藝特性耐火黏土的工藝特性指分散性、可塑性、結合性和燒結性。它們主要由黏土的礦物組成、雜質含量及顆粒組成所控制。A分散性：黏土屬于高分散性物質，其顆粒大小一般不大于10微米。黏土的工藝性質如懸浮性、可塑性及在水中的分解度主要取決于所含顆粒小于2微米的數(shù)量。B可塑性：可塑性是指在外力作用下易變形但不破裂的性質。黏土的可塑性是指黏土泥團在外力作用下易變形但不開裂，在外力解除后仍保持變形后的形狀而不再恢復原形的能力。黏土的可塑性可以用塑性指數(shù)與塑性指標來表示。二者都有專門的儀器及方法進行測定。塑性指數(shù)表示黏土呈可塑性狀態(tài)時含水量的變化范圍。黏土呈塑性狀態(tài)的上限含水量稱為液限（ωT）,黏土呈塑性狀態(tài)的下限含水量稱為塑限（ωp）。兩者之差（ωT-ωp）即為黏土的塑性指數(shù)。可根據(jù)塑性指數(shù)來劃分黏土的可塑性等級。黏土的可塑性等級等級高中低無含水量（質量分數(shù)）/%35~4525~3515~25＜15黏土的可塑性指標等級高中低可塑性指標大于3.62．5~3.6小于2.5黏土的可塑性是其重要的工作性能。這對于其結合性，以及鋁硅系耐火材料的成塑性能有較大影響。影響?zhàn)ね量伤苄缘囊蛩刂饕兴慕M成、粒度等。如高嶺土含量越高，它的粒度越小，微粒的量越大，則可塑性越好。此外，黏土中有機物對于其可塑性也有一定影響。調節(jié)PH值、潤濕后困料以促進有機物分解腐爛與分解為充分分散，都有利于提高黏土的可塑性。此外，去掉黏土中的瘠性雜質，如石英等，或者添加適當?shù)脑鏊芪镔|，如淀粉、動物或植物膠、亞硫酸紙漿廢液、單寧、氫氧化鋁膠體等都可以提高黏土的可塑性。加水細磨，使水分均勻地吸附在黏土顆粒的表面也可以有效地提高黏土的可塑性。C結合性黏土的結合性是指黏土瘠性物料顆粒的能力。具有良好結合性的黏土可以賦予磚坯足夠的強度。一般情況下，粘土的分散性越大，可塑性越好，它的結合性也越好。D黏土的燒結性與黏土熟料生粘土在煅燒過程中會發(fā)生一系列物理化學及較大的體積收縮。因此，除全生料磚以外，大部分耐火制品的制造過程中，用大量的“熟料”為原料。所謂“熟料”是指將耐火材料原料經過一定的溫度煅燒，完成大部分的物理化學反應，相組成及顯微結構相抵穩(wěn)定到達到一定的體積密度與氣孔率的耐火材料原料。黏土熟料是以硬質黏土為原料經煅燒后所制得的熟料。黏土的燒結性就是指達到熟料所要求的性能的特性。最重要的指標為氣孔率、吸水率與體積密度，與它的結構、顆粒大小、化學與礦物成分、雜質的種類與含量等因素有關。這些對于熟料的組成、結構與性質也有很大影響。高嶺土加熱過程中發(fā)生如下反應：（1）脫水分解，在100℃左右失去吸附水，450~600℃脫出結構水生成偏高嶺石。Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3·2SiO2+H2O（2）在980℃左右，偏高齡石進一步分解生成Al-Si尖晶石（Al6Si2O13）,也可能生成少量微晶莫來石，同時生成約35%~38%的無定形SiO2。3（Al2O3·2SiO2）→Al6Si2O13+4SiO23（Al2O3·2SiO2）→3Al2O3·2SiO2+4SiO2（3）進一步提高溫度至1250℃左右，Al-Si尖晶石轉化為莫來石并伴隨莫來石晶粒長大。同時，無定形SiO2也逐漸轉變?yōu)榉绞?。Al6Si12O13→3Al2O3·2SiO2SiO2（無定形）→SiO2（方石英）某地高嶺土[高嶺石（79±2）%，白云母（17±2）%，石英（4±1）%]，在1100~1150℃的范圍內，生成的莫來石的Al2O3含量在62~65%（根據(jù)晶格常數(shù)值計算得到）。它受升溫速度的影響很大。隨升溫速度的提高，莫來石Al2O3含量與晶格常數(shù)都增大。黏土中雜質對其燒結性主要起熔劑作用，同時對莫來石化有影響。Fe2O3、TiO2可促進莫來石化，CaO、R2O會抑制莫來石化，并讓莫來石分解。黏土所含的雜質數(shù)量和種類決定了黏土的燒結機制。黏土的燒結為液相燒結，因為液相中SiO2含量高，主要發(fā)生黏滯流動燒結。硬質黏土的Al2O3含量高，燒結溫度高；軟質黏土的Al2O3含量低，燒結溫度低。如黏土中R2O含量高，則燒結溫度將顯著降低。煤質黏土或含有機物較多，孔隙多，則燒結較困難。5.2.2黏土磚的生產工藝要點黏土磚分為：普通黏土磚、全生料黏土磚、多熟料黏土磚、致密黏土磚。軟質黏土含水分較高，第一道工序就是要干燥掉多余的水分；5.2.3黏土磚的性質黏土磚主要由莫來石、方石英（石英等其他相）及玻璃相構成。黏土磚的顯孔率為10%~30%。致密黏土磚的氣孔率很低。黏土磚的荷重軟化溫度（開始點）1200~1500℃之間。通常黏土磚中的莫來石含量越大，莫來石晶粒發(fā)育得越完整，玻璃相含量越少及玻璃相中SiO2含量越高，則它得荷重溫度越高。黏土磚得抗熱震性較好。莫來石含量高、方石英含量少，玻璃相含量少的黏土磚抗熱震性越好。黏土制品為酸性耐火材料，抗酸性熔渣侵蝕性強。當黏土制品用于煉鋁爐時因與NaF反應（4NaF+3SiO2+2Al2O3=3NaAlSiO4+NaAlF4↑）生成霞石而被破壞，因此，提高黏土制品中Al2O3含量，并不能延長其使用壽命。為了提高黏土制品的高溫性能，可采用多熟料配料及混合細磨工藝；盡可能提高基質中Al2O3含量，使基質中Al2O3/SiO2比例接近莫來石組成，提高基質純度；引入外加物，增大黏度，控制燒成溫度。5.3半硅質耐火材料半硅質耐火材料是指Al2O3質量分數(shù)＜30%、SiO2質量分數(shù)＞65%，采用蠟石、硅質黏土或原生高嶺土及其尾礦、煤矸石等主要原料，以結合粘土為結合劑的一類耐火材料。定義SiO2質量分數(shù)在85%~93%的耐火材料為硅質耐火材料；定義Al2O3質量分數(shù)在30%~40%的鋁硅質耐火材料為黏土磚耐火材料；5.3.1蠟石原料生產半硅質耐火材料最常用的原料就是蠟石。蠟石礦由葉蠟石、石英、高嶺石、云母等構成。礦石呈致密塊狀，有蠟狀光澤。因雜質不同而呈現(xiàn)不同顏色，如灰色、蠟黃色、淡棕色、肉紅色等。有滑膩感，與滑石極為相似。5.3.1葉蠟石的化學礦物組成葉蠟石是一種含水的硅酸鹽礦物，Al2[Si4O10](OH)2或Al2O3·4SiO2·H2O,理論上Al2O3占28.3%，SiO2占66.7%，H2O占5%；5.3.1.2蠟石的基本性質蠟石加熱至700℃左右開始發(fā)生劇烈膨脹，900℃開始尺寸變化趨于平緩，1100℃開始收縮。生蠟石硬度很小，常用的雕刻材料，但經煅燒后其硬度與強度大幅度提高。此外葉蠟石具有較好的化學穩(wěn)定性，在高溫下才能被硫酸分解。5.3.2半硅質磚的生產工藝要點半硅質磚的制造工藝和黏土磚基本相似，最大的區(qū)別是半硅質磚可以全部用生料制磚。其生產工藝要點如下。（1）利用天然的硅石黏土、蠟石時，要根據(jù)原料的性質和成品的使用條件，決定是否加入熟料。可采用生料直接制磚，也可將部分蠟石原料煅燒成熟料后加入配料中，或者加入10%~20%的黏土熟料取得天然的硅石黏土。（2）如果外加石英砂或硅石作瘠性料時，其顆粒大小應根據(jù)制品性能要求而定。一般情況下，若原料雜質多，石英顆粒細，制得的制品的耐火性能低，熱震穩(wěn)定性下降，但強度增大。若用的石英顆粒大，制品的強度低，但抗熱震性增強，荷重軟化溫度提高。（3）蠟石生料水分較小（小于7%），全蠟石或加入量結合黏土配料時，泥料水分低，結合性能差。同時，蠟石磚在使用過程中，一般要經過反復加熱-冷卻，膨脹量逐漸增大，體積密度進一步降低。因此，應該高壓成型，一般成型壓力在50MPa以上。也有的成型壓力為70~100MPa，或采用真空脫氣壓磚機來成型體積穩(wěn)定性高的高密度蠟石磚。這種蠟石磚透氣度小，氣孔直徑細小，可提高耐用性。（4）最高燒成溫度隨所用原料特性而又差異，通常采用低溫燒成，溫度比燒成溫度較低的黏土磚還要低150℃，一般不超過1200℃。燒成后緩慢冷卻。5.3.3半硅質磚的性能特點與應用以葉蠟石為主要原料生產的半硅質磚，耐火度大于1700℃。高溫下不收縮而有一定的微膨脹?？篃嵴鹦暂^好，能經受鋼渣和金屬的沖擊，且有較強的抗蠕變能力。其微膨脹性有利于提高砌體的整體性，減弱熔渣沿磚縫對砌體的侵蝕作用。同時，在高溫使用過程中可在半硅質磚表面形成粘度大的釉狀物質，阻止熔渣向磚內滲透。為了改善半硅質磚的性能，有時需要添加一些其他物質，如；莫來石、高鋁礬土熟料、SiC及鋯英石等提高制品的耐熱性。5.4高鋁質耐火材料高鋁質耐火材料是以高鋁礬土熟料為主要原料，以結合黏土等為主要結合劑，Al2O3質量分數(shù)不低于45%的一類耐火材料。按照Al2O3含量分為：高鋁磚I等：Al2O3＞75%；高鋁磚Ⅱ等：Al2O360%~75%；高鋁磚Ⅲ等：Al2O348%~60%；5.4.1高鋁礬土原料水鋁石-高嶺石類鋁礬土的分類及特征鋁礬土等級Al2O3含量/%Al2O3/SiO2外觀特征特等一等二等（甲）二等（乙）三等＞7668~7660~6850~6042~52＞205.5~202.8~5.51.8~2.81.0~1.8灰色，重而硬，結構致密均勻淺灰色，重而硬，結構致密均勻灰白色，結構尚致密，具有少量鮞狀體灰色，結構疏松，具有較多鮞狀體灰色，質輕又軟，易碎，結構均勻5.4.1.3高鋁礬土在加熱過程中的變化與礬土熟料高鋁磚的生產需要高鋁礬土熟料。高鋁礬土熟料是將礬土生料在回轉窯或豎窯等窯爐內經高溫煅燒，使其達到一定的氣孔率、吸水率與體積密度并形成相對穩(wěn)定的相組成與顯微結構得到的。生礬土的煅燒大致分為三個階段：分解、二次莫來石化與重結晶燒結階段。（1）分解。溫度400~1100℃；水鋁石與高嶺石脫水：400~600℃脫水反應；在980℃左右轉化為莫來石。在1000℃左右，水鋁石分解后產生的微晶會結晶轉化為α-Al2O3。α-Al2O3·H2O→α-Al2O3+H2O↑(400~600℃)Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3·2SiO2+2H2O↑（600℃左右）3（Al2O3·2SiO2）→3Al2O3·2SiO2（一次莫來石化）+4SiO2（980℃左右）（2）二次莫來石化階段。高嶺石分解所生成的SiO2與Al2O3反應生成莫來石，即所謂的二次莫來石。3Al2O3+2SiO2→3Al2O3·2SiO2（1200~1500℃），此過程伴隨一定的體積膨脹。（3）重結晶燒結階段。在礬土中二次莫來石階段結束后進入重結晶燒結階段。這一階段中剛玉與莫來石晶粒長大。隨著燒結過程的進行，氣孔逐漸縮小與消失，氣孔率與吸水率減少，體積密度提高。影響礬土燒結特性的因素包括Al2O3含量（Al2O3/SiO2比）、雜質含量、礬土礦的結構狀況及煅燒溫度等。Al2O3/SiO2比越接近莫來石的礬土越難燒結。等級Al2O3/%燒結情況燒結溫度/℃原因特級ⅠⅡⅢⅣ＞7570~7560~7055~6045~55較易燒結較難燒結最難燒結交易燒結易燒結1600~17001500~16001600~1700約1500約1500因高嶺石少，水鋁石多，二次莫來石化程度弱一定程度的二次莫來石化二次莫來石化強烈因高嶺石多，水鋁石水，二次莫來石化程度弱因高嶺石多，水鋁石少，二次莫來石化程度弱礬土熟料使制備高鋁質制品及不定形耐火材料的重要原料。生礬土經過高溫煅燒后形成相對穩(wěn)定的相組成與顯微結構，以保證在高鋁質耐火材料生產與使用中結構與體積的穩(wěn)定。衡量礬土熟料質量的指標主要包括兩個方面：一、相組成；二、吸水率、氣孔率與體積密度。礬土熟料的相成分：剛玉、莫來石與玻璃相。礬土熟料的相組成與黏土熟料一樣，主要取決于Al2O3/SiO2比、雜質含量于種類以及燒成溫度等因素。通常氧化鋁含量越高，熟料中剛玉相含量越高，莫來石含量越少。液相量與雜質的種類和含量有關。5.4.2高鋁質耐火制品的生產工藝高鋁質制品的生產工藝流程與多熟料黏土質制品生產工藝基本相似，所不同的是高鋁質制品在燒成過程中可能會出現(xiàn)二次莫來石化反應?？刂贫文獊硎磻?，減輕其對生產的影響，對高鋁質制品的生產很重要。一般采取以下措施：嚴格對鋁礬土熟料進行揀選分級。合理選擇結合劑的種類和加入數(shù)量，如結合黏土盡量少加（一般為5%~10%）,用生礬土細粉代替結合黏土，調整與控制高鋁礬土和結合黏土粉的比例。相鄰級別熟料先混合，氧化鋁含量高的熟料以細粉形式加入。確定合適的顆粒組成。如適當增加細粉數(shù)量，適當增大粗顆粒的尺寸和加入數(shù)量。部分熟料和結合黏土共同細磨，并注意熟料和黏土共磨混合料中的Al2O3/SiO2質量比。適當提高燒成溫度。5.4.3高鋁質耐火制品的顯微結構與性質由高鋁礬土熟料和結合黏土等制造的高鋁質制品主要由莫來石、玻璃相及剛玉相組成。Al2O3含量越高，剛玉相比例越大。高鋁磚的性質取決于其組成與結構，它的抗熱震性一般比黏土磚差。抗熱震性的好壞主要與剛玉、莫來石及玻璃相的含量有關。在Ⅰ等高鋁質制品中，由于膨脹系數(shù)較低的莫來石含量少，也不能形成交織的網(wǎng)絡結構，因而抗震性較差。在Ⅱ、Ⅲ等高鋁磚中，抗熱震性主要取決于莫來石與玻璃相的含量，莫來石含量越高，則抗熱震性越好。高鋁磚的荷重軟化溫度為1400~1500℃，高于一般黏土磚。加硅線石、藍晶石或紅柱石的高鋁磚的荷重軟化溫度更高。高鋁磚的荷重軟化溫度取決于其組成和顯微結構。Ⅰ、Ⅱ級礬土熟料中玻璃相化學組成礬土熟料溫度/℃SiO2含量/%Al2O3含量/%Fe2O3含量/%TiO2含量/%Ⅰ級礬土Ⅱ級礬土（Al2O3,約58%）1500150024.9544.8245.1646.159.352.5019.523.20總之，提高原料純度，改變基質的化學礦物組成，減少玻璃相數(shù)量，調整玻璃相成分，是提高高鋁質制品的高溫結構強度、熱震穩(wěn)定性及抗渣性的關鍵。常需添加某些添加劑或改變其配料組成，而制成具有某些特殊性質的高鋁磚，如微膨脹高鋁磚、抗蠕變高鋁磚、耐磨高鋁磚等。5.5硅線石族礦物及其應用硅線石質耐火制品是指以硅線石族礦物為主要原料的高鋁質耐火材料制品，通常稱硅線石磚、紅柱石磚或藍晶石磚。全部用硅線石族礦物為原料制造耐火制品的情況不多，將它們添加到高鋁質制品中，制得含硅線石、紅柱石等的高鋁質制品的情況多見。5.5.1硅線石族礦物的特性三石：硅線石、紅柱石、藍晶石5.5.1.1硅線石特征及基本性質硅線石族礦物：Al2O3·SiO2分子式相同，結構不同的同質異晶體。在加熱過程中，它們都會轉化成莫來石并伴隨一定的體積膨脹。藍晶石密度最高。不同：礦物性質藍晶石紅柱石硅線石晶系三斜斜方斜方密度/g·cm-33.53~3.653.13~3.163.23~3.27結構島狀島狀鏈狀結構式Al2[SiO4]OAlO[AlSiO4]Al[AlSiO5]顏色青色、藍色紅、淡紅灰、白褐5.5.1.2硅線石、紅柱石與藍晶石的莫來石化與加熱膨脹硅線石、紅柱石與藍晶石在加熱過程中都會分解為莫來石與無定形SiO2或高硅氧玻璃，并伴隨發(fā)生一定的體積膨脹。藍晶石的轉化溫度低，轉化速度快，膨脹量大；硅線石開始轉化溫度高，轉化速度慢。紅柱石的膨脹量最小。硅線石族礦物原料的熱膨脹性能礦物名稱硅線石紅柱石藍晶石開始轉化為莫來石的溫度范圍/℃轉化速度轉化所需時間轉化后體積膨脹莫來石結晶形態(tài)及大小1500~1550慢長中，（7%~8%）短柱狀，針狀，長約3μm1350~1400中中小，（3%~5%）柱狀，針狀，長約20μm1300~1350快短大，（16%~18%）長針狀，長約35μm不同粒徑藍晶石與紅柱石經不同溫度煅燒后（保溫2h）莫來石含量試樣粒徑/mm溫度/℃1200130014001500藍晶石（沭陽產）0.154~0.074253062700.074~0.05427407378＜0.05430437578紅柱石HJ-58(庫爾勒產)5~3——＜1①5①31＜0.074——＜1①11①48紅柱石HJ-56(庫爾勒產)5~3＜1＜2①21①34＜0.074＜14①32①63①在1300℃及1400℃煅燒紅柱石時，保溫1h。紅柱石中的雜質對其莫來石化過程產生如下三個方面的影響。（1）降低形成液相的溫度，在較低的溫度下通過溶解-沉淀過程促進紅柱石向莫來石轉化。（2）增加液相的量，可以填充更多的氣孔與裂縫。（3）降低了液相的黏度，有利于液相滲透入紅柱石莫來石化所形成的裂紋中。同時降低了原子在液相中的擴散阻力。以上三個因素有利于紅柱石莫來石化過程，在莫來石化過程中，液相可以填入紅柱石的裂紋中，形成無裂紋的莫來石-玻璃復合材料。熱震過程中產生的微裂紋的增長在玻璃相上終止，其結果使得具有這種結構的莫來石-玻璃復合材料比單晶莫來石具有更好的抗熱震性。5.5.2硅線石族礦物的應用將硅線石族礦物添加到鋁硅系耐火材料中，提高三個方面的性能：1）硅線石族礦物莫來石化產生的膨脹來彌補不定形耐火材料、不燒磚在加熱過程中的收縮，以保證耐火材料砌體的體積穩(wěn)定性。加入高鋁質耐火材料制品中，利用其莫來石化產生的膨脹來提高其荷重軟化溫度與抗蠕變性。2）利用硅線石族礦物的莫來石化與二次莫來石過程來形成合理的顯微結構。在燒結過程中，硅線石族礦物首先分解生成莫來石和無定形SiO2,然后，SiO2與制品中的Al2O3反應生成二次莫來石，此類莫來石可以在一次莫來石晶粒上生長使其長大。形成具有莫來石交錯網(wǎng)絡，液相量少的顯微結構，可提高鋁硅系耐火材料性能。3）大部分的硅線石族礦物是經過選礦的。因而其雜質含量普遍低于高鋁礬土。將它們添加到高鋁質耐火材料中可降低制品中的雜質及玻璃相含量。這三個因素形成合理的顯微結構，減少玻璃相量，提高玻璃相中SiO2含量是重要的。僅靠硅線石族莫來石產生的膨脹來抵消荷重軟化溫度及蠕變測定中產生的壓縮是不可取的。因為，即使通過這個方法可以使荷重軟化溫度及蠕變指標合格，但由于顯微結構的不合理及大量低黏度的玻璃相存在，耐火材料在長期使用過程中會產生較大的變形而導致結構的破壞。5.6莫來石及莫來石質復合耐火制品5.6.1莫來石的制備5.6.1.1合成所用原料莫來石可用天然原料或工業(yè)原料合成。天然原料有：高鋁礬土、硅線石族礦物、焦寶石、高嶺土、黏土、蠟石及硅石等；工業(yè)原料有：工業(yè)氧化鋁，α-Al2O3微粉、氫氧化鋁等。5.6.1.2合成工藝合成莫來石熟料有燒結法和電熔法。燒結法：干法和濕法合成工藝。電熔法合成莫來石是將一定配比的配料在電弧爐內熔融、冷卻結晶而得到。電熔莫來石從熔體中冷卻析晶過程復合Al2O3-SiO2系統(tǒng)相圖的析晶過程。當配合料的Al2O3高于莫來石中的理論組成71.8%時，可形成熔有過剩Al2O3的莫來石溶體。只有當Al2O3質量分數(shù)＞80%時，才可能出現(xiàn)剛玉相。冷卻速度：急冷時莫來石晶粒細小，礦物組成為莫來石晶體和玻璃相；緩冷時莫來石晶粒粗大，礦物組成為莫來石晶體與較少的玻璃相。電熔莫來石與燒結莫來石相比，晶粒大，缺陷少，高溫力學性能好，抗侵蝕性強。燒結莫來石晶粒小，缺陷多，但抗熱震性較優(yōu)越。（電熔剛玉：白剛玉；燒結剛玉：板狀剛玉；）5.6.1.3影響莫來石制備、組成、結構與性質的因素影響莫來石組成、性質與結構的因素很多。包括：原料Al2O3/SiO2比影響莫來石的相組成。電容莫來石中，Al2O3含量最高可接近80%。Al2O3/SiO2比接近4，超過2Al2O3·SiO2莫來石中的Al2O3含量。Al2O3固溶量的大小與生成過程有很大關系。對燒結莫來石而言，如Al2O3/SiO2比超過2.55太多，容易出現(xiàn)剛玉相。此外，Al2O3/SiO2比對莫來石試樣中的液相量也產生影響。原料中的雜質種類與含量。雜質氧化物中,Fe2O3、TiO2等在莫來石中的固溶量相對較大。固溶后引起莫來石晶格的一些變化，一定范圍內它產生的液相較少。相反，Li2O、NaO、K2O、CaO、MgO等可能分解莫來石，產生較多的液相。合成莫來石原料的粒度、燒成溫度及保溫時間等因素的影響。溫度與粒度的影響與原料的Al2O3/SiO2比以及雜質含量有關。Al2O3/SiO2比越接近化學計量比，雜質含量越少的配料的燒成溫度越高。原料粒度越小的莫來石燒成溫度越低。燒成溫度高，保溫時間越長，燒后莫來石熟料的顯氣孔率越低，莫來石的晶粒尺寸越大。燒成溫度對燒后莫來石相組成的影響與其原料中的Al2O3/SiO2比、雜質種類及含量有關。5.6.2莫來石制品及相關復合材料的生成與性質以燒結或電熔莫來石為主要原料制