钙长石轻质砖以其密度小、热膨胀系数小、热导率低和抗热震性好等特点，广泛应用在冶金、机械制造等工业。而莫来石在1 700 ℃能稳定存在，具有膨胀均匀、抗热震性极好、荷重软化温度高、高温蠕变小等特点，但是莫来石热导率较高。中国地质大学的研究人员对钙长石-莫来石复相耐高温材料的物相设计进行了探讨，希望钙长石-莫来石复相耐高温复合材料具有钙长石的低热导率，又具有莫来石的高使用温度等特点。
    所采用的主要原料为苏州土（w（Al2O3）=35.0%，w（SiO2）=43.1%）、蓝晶石（w（Al2O3）=42.5%、w（SiO2）=53.5%）、高铝矾土（w（Al2O3）=87.5%，w（SiO2）=5.66%%）、半水石膏、Ca(OH)2。
    试验以苏州土、高铝矾土为主要原料，蓝晶石为辅料，添加蓝晶石主要有以下两个优势：1）蓝晶石在莫来石化过程中将产生16%的体积膨胀，能补偿烧成过程中的体积收缩。2）蓝晶石的Al2O3含量在40%以上，我国的蓝晶石储量大，质量稳定。
    通过物相设计使目标产物为钙长石结合莫来石物相，钙长石目标物相质量分数以12.5%、25%、50%和75%递增。设计的配料方案见表1，蓝晶石和半水石膏的含量固定不变，苏州土与高铝矾土根据设计目标物相计算获得，而Ca(OH)2作为钙源添加剂，分别保证CaO理论加入量达到2.5%、5%、10%和15%，以研究其对物相的影响。
表1    钙长石/莫来石复合材料设计原料配比（w）/%
试样 蓝晶石 苏州土 高铝矾土 半水石膏 Ca(OH)2
AM1 15 44.13 52.20 2 2.28
AM2 15 49.73 44.94 2 5.58
AM3 15 61.66 30.31 2 12.1
AM4 15 70.88 16.36 2 18.81
    按照配方设计称取原料，放入球磨罐中，添加1.5倍的不同直径的氧化铝球和2倍的蒸馏水，球磨6 h后，取出混合好的物料干燥。将干燥后的物料放入氧化铝研钵中，加入约5%的聚乙烯醇溶液（PVA，5%），研磨均匀，然后采用干压成型，制成Φ20 mm×10 mm的圆柱形生坯。将试样放入烧结炉中，在空气气氛下进行烧成。烧成温度分别为1 100、1 200、1 300、1 400、1 500 ℃，保温时间为3 h。烧结样品的物相分析使用X射线衍射仪，微观形貌采用扫描电镜进行观察。
    研究结果：（1）以高铝矾土、苏州土、蓝晶石和半水石膏为主要原料，理论CaO加入量为10%，在1 400 ℃温度保温3 h的条件下，固相反应得到钙长石莫来石复相耐高温材料，其微观结构为大量网状交织结构，在结构之间存在2~3 μm的微气孔。（2）随着温度的升高，钙长石和莫来石相逐渐增加，氧化硅和刚玉逐渐减少，烧结温度超过1 300 ℃，氧化硅消失，达到1 500 ℃，无莫来石相生成。以钙长石、莫来石和刚玉为主晶相的耐高温材料的煅烧温度应为1 400 ℃。当理论CaO添加量为10%时，硅线石相完全消失。（3）主要物相为钙长石、莫来石和刚玉相，CaO含量超过15%时，无莫来石，主要为钙长石与刚玉相。
（摘编自《稀有金属材料与工程》2009，增刊2）