为了解决尖晶石轻质耐火材料在力学性能和隔热性能等方面存在的不足，本文以电熔尖晶石、镁铝尖晶石空心球、烧结镁砂细粉为主要原料，开展了尖晶石轻质耐火材料的制备研究。重点探讨了镁砂细粉和镁铝尖晶石空心球的引入对材料物相组成、显微结构、力学性能、隔热性能等方面的影响。

试验采用的主要原料包括电熔尖晶石细粉（粒度≤0.044 mm，w（Al₂O₃）≥98.5%）、烧结镁砂细粉（粒度≤0.074 mm，w（MgO）≥97.4%）、镁铝尖晶石空心球（w（Al₂O₃） 68.6%、w（MgO） 29.9%，粒径为2～1和1～0.2 mm）。样品制备所用原料的主要配比如表1所示。

表1 试验用主要原料配比（w）/%

将电熔尖晶石粉、烧结镁砂细粉、镁铝尖晶石空心球等原料按照表1所示比例配料，混合均匀，在10 MPa条件下分别压制成φ36 mm×30 mm的圆柱试样和平板试样。将压制好的试样于110 ℃下干燥24 h，再置于1 550 ℃保温3 h，随炉冷却至室温。分别测定热处理后试样的体积密度、显气孔率、物相组成、显微结构、常温耐压强度、加热永久线变化及200～1 000℃范围的导热系数。

试样的SEM照片可以看出，尖晶石颗粒之间的孔隙较多，颗粒间结合不紧密，说明尖晶石细粉在1 550 ℃ 温度下的烧结程度较低。引入镁砂细粉后，A1试样中空心球周围的孔隙数量和尺寸进一步降低；随着镁砂细粉引入量的增加，空心球与尖晶石颗粒间的结合更紧密，孔隙尺寸明显降低，在空心球的周围没有发现明显的长条孔隙，表明镁砂细粉的引入有利于降低试样的孔隙尺寸，减少孔隙数量。

加入空心球的试样A0有少量体积膨胀（小于0.2%）。但是加入镁砂细粉的试样都表现出了显著的体积膨胀。这是氧化镁与尖晶石在高温下形成二次尖晶石的过程中材料产生的体积膨胀，但是，氧化镁的固溶及二次尖晶石化程度有限，随着镁砂细粉引入量增加（大于5%），其在尖晶石粉末颗粒及空心球之间发挥了促进烧结的作用，减弱了氧化镁固溶及二次尖晶石化导致的体积膨胀，因而试样的烧后线变化有所降低。

对比1 550 ℃热处理后试样的体积密度和显气孔率发现，镁砂细粉和镁铝尖晶石空心球的引入，均可以降低试样的体积密度、增大显气孔率。但是，镁砂细粉引入量的增加，促进了粉末颗粒之间的烧结，因而试样的体积密度增加，显气孔率呈现降低趋势。

含空心球的材料，在高温热处理过程中，空心球与周围粉末颗粒之间的接触程度因烧结作用而得到加强。引入的镁砂细粉在尖晶石中的固溶，以及在空心球与尖晶石粉末颗粒之间的二次尖晶石化过程，加强了空心球与周围粉末颗粒之间的结合，降低了孔隙尺寸，减少了孔隙数量；此外，镁砂细粉在高温下发挥的促进烧结作用，同样有利于试样耐压强度的提高。因此，与0# 试样相比，含空心球和镁砂细粉试样的耐压强度显著提高。

在含空心球的尖晶石轻质耐火材料中引入镁砂细粉，有利于改善材料的结构和性能。少量镁砂细粉（小于5%）能够固溶在尖晶石晶格中以及在空心球和尖晶石粉末颗粒之间产生二次尖晶石，促进空心球与周围粉末颗粒之间的结合，使试样内部孔隙数量减少，尺寸降低，提高材料的致密性和耐压强度，降低材料的导热系数。较高含量镁砂细粉的引入（大于5%），氧化镁的固溶量达到饱和，且其导热系数较大，导致尖晶石轻质耐火材料的导热系数增加。综合而言，控制镁砂细粉引入量小于5%，可制备得到体积密度为1.85～1.98 g·cm^-3 、耐压强度为22.8～27.3 MPa、导热系数为0.256～0.524 W·(m•K)^-1（200～1 000 ℃）的尖晶石轻质耐火材料。

（摘编自《耐火与石灰》2023，№2，作者刘 浩等）