生產(chǎn)莫來(lái)石材料，一般可以利用高嶺石、硅線石族礦物、氫氧化鋁或氧化鋁和二氧化硅直接合成。黏土物質(zhì)與氧化鋁或硅線石族礦物與工業(yè)氧化鋁，在加熱條件下反應(yīng)，生成一次和二次莫來(lái)石。一次莫來(lái)石在1000~1200℃范圍內(nèi)形成，進(jìn)一步提高溫度，僅使結(jié)晶增大。二次莫來(lái)石的形成通常在1650℃時(shí)完結(jié)。為了制取致密的莫來(lái)石制品，常用二步燒結(jié)法。
莫來(lái)石有兩種結(jié)晶形態(tài)：針狀和棱柱狀。針狀莫來(lái)石加固玻璃相，材料化學(xué)成分相同時(shí)，針狀莫來(lái)石材料耐火度高于棱柱狀莫來(lái)石材料。高嶺石快速加熱至1400℃以上，形成針狀莫來(lái)石。否則，慢速加熱至較低的溫度就形成棱柱狀莫來(lái)石。還有報(bào)道管狀形態(tài)和球形的莫來(lái)石，前者推測(cè)是由于硅氧和鋁氧四面體尺寸不協(xié)調(diào)產(chǎn)生張力引起管狀形態(tài)，后者即所謂含氮莫來(lái)石。莫來(lái)石熱膨脹各向異性的特點(diǎn)使其具有良好的熱穩(wěn)定性，高級(jí)莫來(lái)石材料作供料機(jī)配件時(shí)，可以不用預(yù)熱直接更換到正在運(yùn)轉(zhuǎn)的供料機(jī)上。
什么是莫來(lái)石?
莫來(lái)石是以3Al?O?·2SiO?結(jié)晶相為主要成分的耐火原料。莫來(lái)石分為天然莫來(lái)石和人工合成莫來(lái)石兩類(lèi)。天然莫來(lái)石很少，一般采用人工合成。
莫來(lái)石的化學(xué)成分為Al?O?71.8%，SiO?28.2%。礦物結(jié)構(gòu)為斜方晶系，晶體呈長(zhǎng)柱狀、針狀、鏈狀排列，針狀莫來(lái)石在制品中互相穿插構(gòu)成堅(jiān)固的骨架。莫來(lái)石分成3種類(lèi)型：α-莫來(lái)石，相當(dāng)于純3Al?O?·2SiO?，簡(jiǎn)稱(chēng)3:2型;β-莫來(lái)石，固溶有過(guò)剩三氧化二鋁，晶格略顯膨脹，簡(jiǎn)稱(chēng)2:1型;γ-莫來(lái)石，固溶有少量氧化鈦和三氧化二鐵。莫來(lái)石化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于氫氟酸。其密度為3.03g/cm3，莫氏硬度6-7，熔點(diǎn)1870℃，熱導(dǎo)率(1000℃)為13.8W/(m.K)，線膨脹系數(shù)(20-1000℃)為5.3*10??/℃，彈性模量1.47*10??Pa。
由于莫來(lái)石具有良好的高溫力學(xué)、高溫?zé)釋W(xué)性能，因此，合成莫來(lái)石及其制品具有密度和純度較高，高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，高溫蠕變率低，熱膨脹率小，抗化學(xué)侵蝕性強(qiáng)，抗熱震等優(yōu)點(diǎn)。
評(píng)價(jià)莫來(lái)石質(zhì)量水平的關(guān)鍵指標(biāo)是莫來(lái)石的相組成和致密度。
莫來(lái)石的合成
莫來(lái)石的合成方法可分為燒結(jié)法和電熔法，燒結(jié)法按照原料制備的方式又有干法和濕法之分，干法工藝是將配料共同粉磨，經(jīng)壓球或壓坯后用回轉(zhuǎn)窯或隧道窯燒成;濕法工藝是將配合料加水磨成料漿，再壓濾脫水成為泥餅，真空擠泥成為泥段或泥坯再經(jīng)燒成。
電熔法是將配合料加入到電弧爐中，在電弧形成的高溫中熔融，冷卻析晶而成，采用天然原料配料時(shí)(如鋁礬土等)可不經(jīng)粉磨直接將塊狀原料破碎至<1.5mm的顆粒即可，再與其他粉狀原料在混合機(jī)中混合均勻。
燒結(jié)合成莫來(lái)石一般在1650~1700℃下進(jìn)行。影響燒結(jié)法合成莫來(lái)石的主要工藝因素是原料的純度、原料的細(xì)度和煅燒溫度。燒結(jié)法合成莫來(lái)石主要依靠Al?O?和SiO2間的固相反應(yīng)來(lái)完成，因此提高原料的分散度，將會(huì)加速固相反應(yīng)的進(jìn)程。特別是<8μm的微粒，對(duì)合成莫來(lái)石的形成和燒結(jié)作用很大?？梢?jiàn)原料充分混合細(xì)磨，是促使合成莫來(lái)石的固相反應(yīng)充分進(jìn)行的重要工藝條件。莫來(lái)石一般在1200℃即開(kāi)始生成，到1650℃時(shí)終止。此時(shí)呈微晶狀，當(dāng)溫度超過(guò)1700℃時(shí)結(jié)晶發(fā)育好。由此可知，燃燒溫度直接影響莫來(lái)石的形成和晶體的發(fā)育。因此，加熱到一定的燒成溫度并延長(zhǎng)一定的保溫時(shí)間，是合成莫來(lái)石的必要條件。合成莫來(lái)石所用原料的純凈度要求很?chē)?yán)格，少量雜質(zhì)成分就會(huì)降低莫來(lái)石的含量。在工業(yè)生產(chǎn)中，不可避免地要帶入各種雜質(zhì)，主要有Fe?O?、TiO?、CaO、MgO、Na?O·K?O,其中危害最大的是Na?O、K?O,它們抑制莫來(lái)石的形成，并導(dǎo)致大量的富硅玻璃相的產(chǎn)生，降低莫來(lái)石含量。Fe?O?會(huì)延緩莫來(lái)石化的進(jìn)程，并增加玻璃相的數(shù)量。當(dāng)TiO?少量存在時(shí)，部分Ti離子進(jìn)入莫來(lái)石晶格形成固溶體，促進(jìn)莫來(lái)石的形成和晶體發(fā)育長(zhǎng)大，當(dāng)TiO2含量過(guò)高時(shí)，則仍起熔劑作用。
電熔莫來(lái)石是將配合料在電弧爐中熔融，莫來(lái)石從熔體中冷卻析晶而制得，其析晶過(guò)程與Al?O?-SiO?系統(tǒng)相圖的析晶過(guò)程相似。當(dāng)配合料的Al?O?高于莫來(lái)石中的理論組成71.8%時(shí)，形成溶有過(guò)剩Al?O?的莫來(lái)石固溶體即β-莫來(lái)石，只有Al?O?>80%時(shí)才會(huì)出現(xiàn)剛玉相。電熔莫來(lái)石的礦相組成一般為莫來(lái)石晶體和玻璃相。我國(guó)電熔莫來(lái)石行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T104-2004“電熔莫來(lái)石”將電熔莫來(lái)石產(chǎn)品按Al?O?含量分為DM-1和DM-2兩個(gè)牌號(hào)，有關(guān)技術(shù)條件可以見(jiàn)相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。與燒結(jié)莫來(lái)石相比較，電熔莫來(lái)石晶體發(fā)育完善晶粒大、缺陷少，晶體尺寸是燒結(jié)莫來(lái)石的數(shù)百倍，因此高溫力學(xué)性能和抗侵蝕性都相對(duì)要好。
生產(chǎn)電熔莫來(lái)石時(shí)鋁硅比及雜質(zhì)成分有什么作用與影響?
根據(jù)Al?O?-SiO?系二元相圖，莫來(lái)石的組成在Al?O?79%、SiO%21%左右較宜、但是考慮到原料中存在一定數(shù)量的雜質(zhì)成分，它們?cè)诟邷叵聦⒂贏l?O?和SiO?反應(yīng)、相應(yīng)的改變Al?O?/SiO2比，因此實(shí)際配料時(shí)，Al?O?/SiO?比會(huì)稍稍低些。
至于TiO?、CaO、MgO、R?O等雜質(zhì)，除少量鈦能進(jìn)入莫來(lái)石固溶體而存在于玻璃相中外，其余均不能還原除去。因此，雜質(zhì)成分增多，會(huì)使玻璃質(zhì)和剛玉含量增多，并使莫來(lái)石形成粗晶結(jié)構(gòu)，從而使制晶氣孔率含量增高、熱震穩(wěn)定性和抗侵蝕性能降低，容易出現(xiàn)裂紋。
鋯莫來(lái)石
為進(jìn)一步提高莫來(lái)石的抗化學(xué)侵蝕、抗熱震并降低膨脹系數(shù)，可以在Al?O?-SiO?系中引入ZrO?來(lái)達(dá)到改善莫來(lái)石結(jié)構(gòu)的目的，含有二氧化鋯的莫來(lái)石就是鋯莫來(lái)石。鋯莫來(lái)石一般是由電熔法制得的。
ZrO?被引入莫來(lái)石中有兩層作用：1.形成固溶體，活化了晶格，形成了空位;能起促進(jìn)燒結(jié)作用;利用ZrO?的相變?cè)鲰g機(jī)理，提高了高溫力學(xué)性能，當(dāng)ZrO?的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%~30%之間時(shí)，是以應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g為主;ZrO?大于30%時(shí)，以微裂紋增韌為主。
鋯莫來(lái)石主要用于新型的澆鋼滑板、連鑄包的定徑不口及長(zhǎng)水口和玻璃窯爐的關(guān)鍵部位等。
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