为了生产刚玉、莫来石和二氧化锆质陶瓷材料，俄罗斯的研究人员曾研究了使用β－锂霞石（Li2O3•Al2O3•2SiO2，记作Э）、β－锂辉石（Li2O3•Al2O3•4SiO2，记作C）、稳定钛酸铝（Al2TiO5•0.5SiO2•0.05 Li2O＋3.8%C＋6.6%莫来石，记作T）、堇青石结晶硅（2MgO•2Al2O3•5SiO2，记作K）和锆英石（ZrSiO4，记作Ц）等添加剂，也详细研究了每种添加剂在加热时的性能及其对刚玉材料烧结性和其他主要性能的影响。在这些研究的基础上，俄罗斯的研究人员研究了添加剂之间及其与刚玉（记作A）主料之间的反应。
    试验过程中使用稳定钛酸铝为主要添加剂与刚玉粉混合制成试样，共分五个体系进行研究。在1 500 ℃ 3 h的条件下利用等分子混合物研究添加剂之间相互反应，利用光学显微镜和X光荧光分析仪测定各成分的相互反应。
    试验发现：A-T-C体系中实际上没有观察到其中发生有化学反应，1 300~1 320℃温度下烧结试样的X光照相分析发现其中主要由刚玉、钛酸铝和锂辉石组成。在含有SiO2的A-T-Э体系中锂辉石发生反应，生成化合物Li2O3•Al2O3•4SiO2。A-T-K体系中多种成分参与了反应，形成莫来石和钛酸镁（A+T+K→M+MgTiO3）。A-T-Ц体系中经1 550 ℃以下的温度处理后会形成莫来石和不稳定斜锆石，高于这一温度会形成莫来石和钛酸锆。在 A-Э-Ц体系中，在1 300 ℃ 3 h处理后且Э︰Ц为1︰2时，发现生成有C和斜锆石；锆英石（或SiO2）含量更高时，除了C之外，还生成有莫来石。表1列出来所研究材料中最具有代表性试样的配比、烧成条件和烧结性。
表1 添加有两种添加剂的刚玉材料的烧结性
编号 配料体系 配方/％ 线膨胀率/％ 体积密度/(g•cm-3) 含水率/％ 总气孔率/％ 显气孔率/％ 1200℃－水冷5次后的抗折强度/MPa
1 A-T-C 50.6A,27.8T,21.6C 9.1 2.35 0.09 21.7 0.21 ＜10
2  41.7A,22.9T,35.4C 14.1 2.46 0.12 15.1 0.29 -
3  26.3A,29.0T44.7C 9.6 1.87 1.64 29.7 3.07 -
4 A-T-Э 60.7A,10.7T28.6Э 16.9 3.02 0.00 14.0 0.00 30
5  50.0A26.4T23.6Э 17.0 2.79 0.03 16.9 0.08 15
6  30.8A45.0T,24.2Э 17.1 2.81 0.07 12.8 0.20 -
7 A-T-K 59.5A,12.4T,28.1K 18.5 2.96 0.00 11.0 0.00 10
8  38.6A42.4T,19.0K 11.9 2.88 - 4.0 - -
9  23.9A,52,5T,22.4Ц 18.1 2.67 - 13.4 - -
10 A-T-Ц 50.1A,27.5T,22.4Ц 16.9 2.95 - 14.5 - 30
11  49.2A,36.0T,14.8Ц 18.6 2.97 - 11.7 - -
12  39.3A,43.1T,17.6Ц 18.4 2.77 - 13.9 - -
13 A-Э-Ц 49.0A,29.0Э,22.0Ц 17.1 2.76 0.10 12.5 0.23 30
14  41.9A,33.0Э, 25.1Ц 17.4 2.90 0.11 8.2 0.32 -
15  32.5A,38.4Э,29.1Ц 16.5 2.75 0.08 14.9 0.22 -
    试验发现，试样的高温线膨胀系数的试验值与计算值差别较大，尤其是含有T的试样。其原因可能是添加T（0.133×10-6 K-1）的刚玉材料的线膨胀系数下降较多之故，主要是Al2O3与SiO2发生反应引起的。二者反应后的生成物莫来石的高温线膨胀系数为5.13×10-6K-1，远远低于刚玉的线膨胀系数（8.16×10-6K-1
    虽然T材料存在有裂纹结构，但是实际上所有试样都具有较高的机械强度，其原因可能是易熔的添加剂或者反应生成物弥补了这些微裂纹，复合材料的介电性和抗热震性也很高，要想进一步提高材料的抗热震性，需要在配料、成型方法和合成过程方面进行最佳化设计。
    根据所得的分析结果可以认为，过去已知的那些合成抗热震刚玉用的大多数添加剂在烧成条件下都能相互发生化学反应，也能与Al2O3或SiO2发生化学反应。在生产抗热震刚玉材料时，最好使用T和C这两种添加剂。
    β－锂辉石在25~1 650 ℃的温度范围内不与上述化合物反应也不与含SiO2的材料反应。这种添加剂能使这些化合物软化，显著降低材料的高温线膨胀系数，有助于减缓组成中的各种成分的不相容性，使材料具有较高的强度和抗热震性。相应地，在耐热陶瓷材料中可以使用β－锂辉石作为主要的添加剂。
    稳定钛酸铝也不与Al2O3发生反应，而且稳定钛酸铝的熔化温度较低，可显著降低Al2O3的高温线膨胀系数。因此，钛酸铝也是已知有前途的添加剂用来生产抗热震刚玉陶瓷用添加剂。但是，添加上述添加剂的刚玉材料在实际生产过程中必须调整最佳组成，确定最佳的成型方法和烧成条件。
（编译自俄刊《耐火材料与工程陶瓷》2010，№3）