什么是莫來(lái)石?

  莫來(lái)石是以3Al₂O₃·2SiO₂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。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Al₂O₃71.8%，SiO₂28.2%。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種類型：α-莫來(lái)石，相當(dāng)于純3Al₂O₃·2SiO₂，簡(jiǎn)稱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*10⁻⁶/℃，彈性模量1.47*101oPa。

  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Al₂O₃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。可見(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嚴(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Fe₂O₃、TiO₂、CaO、MgO、Na₂O·K₂O,其中危害最大的是Na₂O、K₂O,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。Fe₂O₃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)TiO₂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Al₂O₃-SiO₂系統(tǒng)相圖的析晶過(guò)程相似。當(dāng)配合料的Al₂O₃高于莫來(lái)石中的理論組成71.8%時(shí)，形成溶有過(guò)剩Al₂O₃的莫來(lái)石固溶體即β-莫來(lái)石，只有Al₂O₃>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Al₂O₃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。