Al2O3-SiO2系相图

Al₂O₃-SiO₂系相图(phase diagram of Al₂O₃-SiO₂ system)

由Al₂O₃-SiO₂构成的系统相平衡图。Al₂O₃-SiO₂二元系相图对陶瓷与耐火材料都是很重要的。长期以来对此二元系相图的认识存在着一些分岐。主要分岐是：形成的莫来石化合物是一致熔融还是不一致熔融；莫来石是否形成固溶体以及固溶的范围。产生这些分岐的原因除与实验研究的条件、杂质的存在有关外，还与高温下SiO₂气化产生SiO有关。

图1是文献中常引用的两种不同Al₂O₃-SiO₂系相图。图1a中莫来石是不一致熔融化合物，图1b中莫来石则是一致熔融化合物。

Al₂O₃-SiO₂系相图虽在认识上存在分岐，但对相图中SiO₂含量高的一侧基本上无大分岐。此外，对莫来石形成固溶体的看法现在也基本一致，认为Al₂O₃含量在71.8％～77.4％即相当于分子式3Al₂O_3·2SiO₂(A₃S₂)与2Al₂O_3·SiO₂之间存在一莫来石固溶体区域，即莫来石与刚玉之间能形成固溶体。

从Al₂O₃-SiO₂系相图可知：

(1)熔融温度低于1650℃的组成范围狭窄，因此该二元系大部分组成可做耐火材料。各种名称的铝硅质耐火材料的大致组成范围示于图1a。

(2)靠近SiO₂端元Al₂O₃含量为0～5.5％处，液相线陡峭，表明SiO₂中加入少量Al₂O₃，熔点将急剧下降。当SiO₂中含有Al₂O₃，在共熔点温度时其液相量达18％。这就是为什么要求硅砖中Al₂O₃含量要低，以及在使用中要求硅砖不能与半硅质、粘土砖或高铝砖接触的原因。

(3)Al₂O₃含量在2％～15％范围内，由于熔融温度低，不能作耐火材料。

(4)Al₂O₃含量在15％～50％间，液相线较平坦，温度稍有升高，液相量大量增多。

(5)Al₂O₃含量小于71.8％的平衡矿物相为莫来石与方石英或鳞石英，并有一低共熔点。因此Al₂O₃含量在此以下的Al₂O₃-SiO₂质耐火材料，其荷重软化开始温度通常不会高于低共熔点温度。

(6)Al₂O₃含量大于71.8％的Al₂O₃-SiO₂质耐火材料，耐火性能较高。

莫来石具有很多优良性质。莫来石砖与莫来石纤维主要是由莫来石矿物构成的，它是一些高温窑炉的优良耐火材料。

在Al₂O₃-SiO₂系中除莫来石外，在自然界还存在硅线石类矿物：硅线石、红柱石、蓝晶石。它们是在高压下形成的矿物(图2)，其分子式都为Al₂O₃-SiO₂(Al₂O₃含量62.8％)，但晶体结构不同。由于它们的晶体在常压下是不稳定的，加热至高温时都将不可逆地分解为莫来石和石英，故在Al₂O₃-SiO₂系相平衡图上没有这类矿物。