耐火材料的矿物组成与微观结构

分析耐火材料制品的组成对其性质的影响时，单纯从化学组成出发分析考察问题是不够的，还应进一步考察矿物组成与微观结构的影响。

耐火材料的矿物组成，是指耐火材料中存在的各种物相及其百分含量。耐火制品一般为多相聚集体，其矿物组成可分为两大类：结晶相与玻璃相，其中结晶相又分为主晶相和次晶相。

主晶相：是指构成耐火制品结构的主体而且熔点较高的结晶相。通常是由一定配比的原料在不同的工艺条件下，通过高温物理化学反应由主成分形成的，耐火制品中的主晶相随着平衡体系中的组分数和相对含量的不同而有所不同。主晶相的性质、数量、结合状态直接决定着耐火制品的性质。

次晶相：又称第二固相，是指耐火材料中在高温与主晶相和液相并存的，一般其数量较少和对材料高温性能的影响较主晶相为小的第二种晶相。如镁铬砖中与方镁石并存的尖晶石，镁铝砖中的尖晶石，镁钙砖中的硅酸二钙，镁硅砖中的镁橄榄石等。次晶相也是熔点较高的晶体，它的存在可以提高耐火制品中固相间的直接结合，同时可以改善制品的某些特定的性能。

如镁铬砖中，氧化铬与氧化镁反应生成的镁铬尖晶石存在于方镁石主晶相间，提高了制品中结晶相间的固-固结合程度和两面角，从而提高了制品的高温结构强度以及抗熔渣渗透、侵蚀的能力。

基质：填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿物（次晶相）和玻璃相统称为基质，也称为结合相。玻璃相是由副成分或副成分与主成分的相互作用，所形成的高温液相经快速冷却而成的非晶体物质。

微观结构是指可在光学和电子显微镜下分辨出的试样中所含有相的种类及各相的数量、形状、大小、分布取向和它们相互之间的关系，称为显微结构或微观结构。

耐火制品的原料与配方确定后，其化学组成也就确定了。然而，耐火制品的物相组成和显微结构并非就相应地确定了，耐火制品的物相组成和显微结构在很大程度上还依赖于生产工艺条件。化学组成相同的耐火制品，由于生产工艺条件的不同，最终的物相种类、数量、矿物晶粒的大小及完整程度、各相之间的结合情况就可能不同，那么制品的物理性质也就有所差异。

例如：SiO₂含量相同的硅质制品，烧成温度不同、烧成气氛不同、加热冷却的速率不同，最终的鳞石英、方石英、玻璃相的各自含量、晶粒大小及形状、各相的结合状态等就不同，其物理性质也就不同。再如：电熔刚玉制品熔铸后的冷却条件不同，矿物组成虽然相同，但是晶粒的大小、形状、分布，以及制品的密度、气孔率等就有差别。

采用刚玉或者氧化铝作为耐火骨料时，一般要求其α-氧化铝的含量不低于90%。α-氧化铝（俗称刚玉）是所有氧化铝中最稳定的物相，它的稳定性和它的晶体结构有着密切的关系，氧化铝属A2B3型化合物，α-氧化铝属三方晶系，a0=0.475nm，c0=1.297nm，正负离子的配位数分别为6和4，结构中的氧离子呈近似密排六方堆积，铝原子则填充在其八面体空隙中。 在α-氧化铝晶体结构中，由3个氧原子组成的面是两相邻接的八面体所共有，整个晶体可以看成无数八面体[AlO6]通过共面结合而成的大“分子”，这一结构使得α-氧化铝的稳定性大。因此α-氧化铝的化学稳定性最好。

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