在冶金、陶瓷及耐火材料等高温工业中，匣钵、棚板、立柱、推板、辊棒和承烧板等窑具材料作为支撑与承载坯体的核心耗材，需长期暴露于极端温度波动（1200–1600°C）、机械交变载荷及腐蚀或氧化性气氛的复杂工况中。这一严苛环境对窑具材料的综合性能提出了多重挑战：需要满足抗热震性、高温承载能力、耐化学侵蚀性及长寿命等众多要求，而莫来石-堇青石复相陶瓷利用两种材料的性能互补性，解决了传统单相陶瓷窑具单一材料局限性的问题，既具有耐高温、高强度的优点，同时在低膨胀系数、抗热震性能上表现突出，成为了高档窑具普遍使用的材料。

堇青石—莫来石窑具外观（来源：耐火材料产品质检中心）

将莫来石与堇青石复合的优点

莫来石（MA）是Al₂O₃-SiO₂系中唯一稳定的二元化合物，化学式为3Al₂O₃·2SiO₂，其晶体结构是由硅氧四面体和铝氧四面体沿C轴无序排列组成双链，双链间由铝氧八面体连接而成，其结构中铝氧八面体在整个结构中起到了骨架支撑作用，因此莫来石具有高机械强度与硬度（莫氏硬度为6.7），同时莫来石由于具有较高比例的Al₂O₃比例，Al-O键能高于Si-O键，因此其高温下结构仍旧能够保持稳定，并具备近1900℃的熔点，可承受炉内高温而不发生熔化、软化、蠕变，这就避免了由破损带来的污染，不过，其存在一个明显缺点：高热膨胀系数（5×10^-6/K）在快速降温时易引发热应力开裂。

莫来石晶体结构（来源：网络）

而堇青石化学组成为 2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂，具有α、β、μ等晶型，其中高温相α-堇青石的基本结构单元是由[SiO₄]四面体和[AlO₄]四面体组成的六元环。六元环沿 c 轴同轴排列，且六元环之间则依靠[AlO₄]四面体和[MgO₆]八面体共棱连接。这种晶型结构，使得堇青石在不同晶轴方向的热膨胀行为存在显著差异：温度升高时，六元环内氧原子的横向振动会引发环的径向收缩，使结构中存在较大的空腔可以抵消其他方向的膨胀，因此晶体整体不会有明显的膨胀，膨胀系数通常 <小于2×10^-6°C^-1，可以赋予窑具材料优异的抗热震性能，但由于六元环间的键合由弱离子键（如Mg-O）维持，整体键能低于共价键主导的陶瓷，因此往往机械强度较差，同时堇青石为 MgO-Al₂O₃-SiO₂ 三元体系，这三种氧化物反应可以形成低共熔相，导致实际熔融温度只有约1460°C，导致使用温度通常在900～1280℃之间，限制了其极高温度下的使用。

堇青石晶体结构（来源：网络）

而将堇青石、莫来石作为主要原料，经成型、高温烧结后形成复合材料，既可以利用莫来石的高强度在一定程度上弥补堇青石的力学短板，同时莫来石晶粒嵌入堇青石基体中，还可以通过晶界互锁与裂纹偏转提升材料的断裂韧性。而在热性能优化上，由于两种材料的膨胀系数有较大差别，两种材料复合制备使得两相界面形成微裂纹，可有效降低因温度急剧变化产生的热应力，进而进一步提高热震稳定性。

莫来石-堇青石复合陶瓷存在的缺点及解决措施

莫来石-堇青石复合陶瓷是以黏土、滑石、莫来石熟料、堇青石熟料等为主要原料，烧成后内部成分复杂，除了含有莫来石相和堇青石相，还包含有刚玉、石英、尖晶石等众多杂质物相，加之通常其气孔率高、体积密度小，在高温下作为粘结相的黏土等易与活性元素（如电池正极材料高温分解下产生的Li⁺）发生化学反应，不仅容易被腐蚀，缩短匣钵的寿命，并且还可能会污染产品。此外，尽管复合材料相较堇青石在力学性能上有一定提升，但原料在烧成过程中氧化、分解、合成等化学反应的发生，也会致使材料内部产生一定应力，在使用过程中超出强度极限时，就会发生破裂。为提高堇青石-莫来石复合陶瓷在腐蚀环境下的使用寿命，可采用以下措施：

1、添加尖晶石

堇青石和莫来石均含有氧化硅相，在正极材料的制备过程中，所释放的Li⁺与堇青石反应生成尖晶石，进而再生成氧化镁；莫来石则会完全被分解，而氧化镁或镁铝尖晶石材料具有较好的抗锂侵蚀性，因此可在复合材料中引入氧化镁或镁铝尖晶石降低氧化硅含量，提升其抗锂侵蚀性。

2、结构复合

通过在莫来石-堇青石复合陶瓷内引入具有高耐腐蚀性的材料（如氧化锆等）作为涂层、镶嵌、隔离等结构，可以减轻或抑制活性元素对匣钵内壁复合层的侵蚀，实现匣钵材料寿命大幅度提升，但在长期试用下，含锂化物仍能渗透并与基体反应导致材料的损毁。

3、窑具构造优化

为了释放复合材料烧成时产生的应力，可对窑具进行结构优化，比如在窑具上切割竖缝、对交接处作圆滑处理、设置特殊通道或通孔等。

不同构造的窑具（来源：参考文献2）

参考文献：

1、李卫聊科技，《聊聊光刻机制造的明星材料——堇青石陶瓷》

2、段雪珂,王新福,刘国齐,等.锂电池正极材料合成用堇青石-莫来石质匣钵研究进展[J].耐火材料.

3、高超超,徐艳恒,刘明勇,等.莫来石-堇青石质废窑具制备轻质隔热材料[J].耐火材料.

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