01. 前言概述

当α-Al2O3含量大于90wt%时，我们称这样的耐火材料为烧结刚玉。烧结刚玉是采用Al2O3(γ-Al2O3)为原料，经成型后在1900℃高温下煅烧成的耐火熟料。

烧结氧化铝主要由刚玉细晶粒直接结合而制备出来，其体积密度在3.60g/cm3以上，显气孔率在3.0%以下，耐火度≥1800℃。高温煅烧后的α-Al2O3晶体发育良好，呈板状结构，且内部有较多的封闭气孔有利于改善其抗热震、抗剥落性。在不添加添加剂情况下，其烧结刚玉纯度高，体积稳定性好，重烧收缩率极小，因此具有以下性能：

(1)硬度大，莫氏硬度9;

(2)熔点高，约2040℃;

(3)耐侵蚀，除氢氟酸、磷酸外，不与大多数碱和矿物酸反应;

(4)高导热性，高温下电性能优良;

(5)单颗粒强度高，使烧结刚玉具有很高的强度。

02. 刚玉的烧结性

刚玉中α-Al2O3的原子间键合能较大，烧结较困难，不引入助烧剂前提下，刚玉的烧结温度达到1800℃左右，如此高的烧结温度将使晶界的扩散速度大于气孔通过晶界排出速度，使气孔不易排出，导致材料气密性变差及力学性能的降低。

对于烧结刚玉，目前主要采用两种方法来降低烧结温度。一种是通过获得晶粒小、比表面积大、表面活性高的单分散超细粉来降低温度，但此方法对降低Al2O3的烧结温度有限，且烧后试样的晶体较小。

另一种方法引入适量的烧结助剂(TiO2、MgO、SiO2等)，通过与氧化铝形成固溶体或低温液相的方式来提高扩散系数，降低氧化铝烧结温度。其中复合烧结助剂的致密效果最好，但引入的第二相种类会增多，影响其刚玉相含量及高温性能。而单一添加剂中促烧结效果较好的为TiO2烧结助剂，且不会产生液相，影响其高温性能，因此以TiO2作为刚玉的促烧结助剂得到了广泛的应用。

03. 烧结刚玉的种类及应用

目前市场上主要为烧结和电熔这两种刚玉，电熔刚玉主要有电熔白刚玉、电熔铬刚玉、电熔致密刚玉等。但烧结刚玉的品种较电熔刚玉相比较单一，随电费价格上涨，将提高电熔刚玉的生产成本，使烧结刚玉市场进一步扩大，所以研究开发多种烧结刚玉，成为当下研究的热点之一，以下为几种烧结刚玉及其用途。

轻质烧结刚玉是以过渡相氧化铝为原料，采用发泡技术烧成的具有核壳结构的多孔耐火材料。这种多孔刚玉的孔多为封闭气孔，通过控制发泡剂加入量来控制其致密度。轻质烧结刚玉主要在钢包浇注料中使用，其封闭气孔可以显著降低降低热导率并改善抗热震性。

微孔烧结刚玉是一种比普通板状刚玉体积密度低的耐火材料。微孔烧结刚玉具有更多的晶内和晶间气孔，孔大小维持在微米级，但其化学组成上与烧结板状刚玉一样。微孔烧结刚玉的气孔使其具有体积密度小、导热率低、强度高等特点。根据此性质，可将微孔烧结刚玉部分替代烧结板状刚玉应用在钢包内，降低热损失。

致密烧结刚玉是一种新型高密度烧结刚玉。相比普通烧结板状刚玉，致密烧结刚玉的体积密度>3.65g/cm3，显气孔率<3.0%，相比原来的标准值有了大幅的提升，将有效改善烧结刚玉的性能，延长其使用寿命。较高的致密性使它具有更好耐磨性和抗冲刷性，这对于使用条件比较苛刻的耐火制品，如滑板、三大件、透气砖及钢包冲击区浇注料等抗冲刷性要求高的耐火制品，使用致密烧结刚玉可其使用寿命和安全系数大幅度提高。

烧结钛刚玉是一种在氧化铝中引入TiO2，经成型高温煅烧制备出来的特种刚玉。由于Al2O3与TiO2的晶格常数接近，Ti4+和Al3+会发生有限置换，造成晶格畸变，活化晶格，显著提高烧结活性，降低其烧结温度。烧结钛刚玉的机械强度大，抗弹性能好，可以与β-刚玉一起在玻璃窑的熔池中应用，改善高温条件下的韧性。

因此，研究不同种类的烧结刚玉，充分发挥烧结刚玉的优良性能，降低其烧结温度，改善其烧后性能，进一步增大烧结刚玉的应用，已成为当下烧结刚玉的发展趋势。