在冶金、陶瓷及耐火材料等高溫工業中，匣缽、棚板、立柱、推板、輥棒和承燒板等窯具材料作為支撐與承載坯體的核心耗材，需長期暴露于極端溫度波動（1200–1600°C）、機械交變載荷及腐蝕或氧化性氣氛的復雜工況中。這一嚴苛環境對窯具材料的綜合性能提出了多重挑戰：需要滿足抗熱震性、高溫承載能力、耐化學侵蝕性及長壽命等眾多要求，而莫來石-堇青石復相陶瓷利用兩種材料的性能互補性，解決了傳統單相陶瓷窯具單一材料局限性的問題，既具有耐高溫、高強度的優點，同時在低膨脹系數、抗熱震性能上表現突出，成為了高檔窯具普遍使用的材料。

堇青石—莫來石窯具外觀（來源：耐火材料產品質檢中心）

將莫來石與堇青石復合的優點

莫來石（MA）是Al₂O₃-SiO₂系中唯一穩定的二元化合物，化學式為3Al₂O₃·2SiO₂，其晶體結構是由硅氧四面體和鋁氧四面體沿C軸無序排列組成雙鏈，雙鏈間由鋁氧八面體連接而成，其結構中鋁氧八面體在整個結構中起到了骨架支撐作用，因此莫來石具有高機械強度與硬度（莫氏硬度為6.7），同時莫來石由于具有較高比例的Al?O?比例，Al-O鍵能高于Si-O鍵，因此其高溫下結構仍舊能夠保持穩定，并具備近1900℃的熔點，可承受爐內高溫而不發生熔化、軟化、蠕變，這就避免了由破損帶來的污染，不過，其存在一個明顯缺點：高熱膨脹系數（5×10^-6/K）在快速降溫時易引發熱應力開裂。

莫來石晶體結構（來源：網絡）

而堇青石化學組成為 2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂，具有α、β、μ等晶型，其中高溫相α-堇青石的基本結構單元是由[SiO₄]四面體和[AlO₄]四面體組成的六元環。六元環沿 c 軸同軸排列，且六元環之間則依靠[AlO₄]四面體和[MgO₆]八面體共棱連接。這種晶型結構，使得堇青石在不同晶軸方向的熱膨脹行為存在顯著差異：溫度升高時，六元環內氧原子的橫向振動會引發環的徑向收縮，使結構中存在較大的空腔可以抵消其他方向的膨脹，因此晶體整體不會有明顯的膨脹，膨脹系數通常 <小于2×10^-6°C^-1，可以賦予窯具材料優異的抗熱震性能，但由于六元環間的鍵合由弱離子鍵（如Mg-O）維持，整體鍵能低于共價鍵主導的陶瓷，因此往往機械強度較差，同時堇青石為 MgO-Al?O?-SiO? 三元體系，這三種氧化物反應可以形成低共熔相，導致實際熔融溫度只有約1460°C，導致使用溫度通常在900～1280℃之間，限制了其極高溫度下的使用。

堇青石晶體結構（來源：網絡）

而將堇青石、莫來石作為主要原料，經成型、高溫燒結后形成復合材料，既可以利用莫來石的高強度在一定程度上彌補堇青石的力學短板，同時莫來石晶粒嵌入堇青石基體中，還可以通過晶界互鎖與裂紋偏轉提升材料的斷裂韌性。而在熱性能優化上，由于兩種材料的膨脹系數有較大差別，兩種材料復合制備使得兩相界面形成微裂紋，可有效降低因溫度急劇變化產生的熱應力，進而進一步提高熱震穩定性。

莫來石-堇青石復合陶瓷存在的缺點及解決措施

莫來石-堇青石復合陶瓷是以黏土、滑石、莫來石熟料、堇青石熟料等為主要原料，燒成后內部成分復雜，除了含有莫來石相和堇青石相，還包含有剛玉、石英、尖晶石等眾多雜質物相，加之通常其氣孔率高、體積密度小，在高溫下作為粘結相的黏土等易與活性元素（如電池正極材料高溫分解下產生的Li⁺）發生化學反應，不僅容易被腐蝕，縮短匣缽的壽命，并且還可能會污染產品。此外，盡管復合材料相較堇青石在力學性能上有一定提升，但原料在燒成過程中氧化、分解、合成等化學反應的發生，也會致使材料內部產生一定應力，在使用過程中超出強度極限時，就會發生破裂。為提高堇青石-莫來石復合陶瓷在腐蝕環境下的使用壽命，可采用以下措施：

1、添加尖晶石

堇青石和莫來石均含有氧化硅相，在正極材料的制備過程中，所釋放的Li⁺與堇青石反應生成尖晶石，進而再生成氧化鎂；莫來石則會完全被分解，而氧化鎂或鎂鋁尖晶石材料具有較好的抗鋰侵蝕性，因此可在復合材料中引入氧化鎂或鎂鋁尖晶石降低氧化硅含量，提升其抗鋰侵蝕性。

2、結構復合

通過在莫來石-堇青石復合陶瓷內引入具有高耐腐蝕性的材料（如氧化鋯等）作為涂層、鑲嵌、隔離等結構，可以減輕或抑制活性元素對匣缽內壁復合層的侵蝕，實現匣缽材料壽命大幅度提升，但在長期試用下，含鋰化物仍能滲透并與基體反應導致材料的損毀。

3、窯具構造優化

為了釋放復合材料燒成時產生的應力，可對窯具進行結構優化，比如在窯具上切割豎縫、對交接處作圓滑處理、設置特殊通道或通孔等。

不同構造的窯具（來源：參考文獻2）

參考文獻：

1、李衛聊科技，《聊聊光刻機制造的明星材料——堇青石陶瓷》

2、段雪珂,王新福,劉國齊,等.鋰電池正極材料合成用堇青石-莫來石質匣缽研究進展[J].耐火材料.

3、高超超,徐艷恒,劉明勇,等.莫來石-堇青石質廢窯具制備輕質隔熱材料[J].耐火材料.

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