莫来石-堇青石质匣钵对于制备高性能锂电池正极材料尤为重要。本文采用莫来石(1.18~0.6 mm)和堇青石(2~1 mm)为骨料,莫来石(0.074 mm)、煅烧氧化铝(0.044 mm)、佛山黄泥(0.044 mm)和煤矸石(0.044 mm)为基质,在1 380 ℃下保温3 h烧结制备锂电池正极材料LiNixCoyMnzO2(LNCM)承烧用莫来石-堇青石匣钵,并采用埋覆侵蚀法探究了正极材料在烧结过程中对匣钵的侵蚀行为。结果表明: 在1 380 ℃下保温3 h烧结制备的匣钵力学性能和抗热震性均较好,其室温抗折强度为10.02 MPa,经3次热震循环后残余强度保持率在51.52%~53.26%; 适当增加粗颗粒(1.18~0.6 mm)莫来石的含量可有效提高莫来石-堇青石匣钵的抗侵蚀性,且经侵蚀25次后匣钵表面的最大反应层厚度为447 μm,最小反应层厚度为211 μm。

采用楔入劈裂法和抗热应力损伤因子评价了不同钢纤维加入量时［0~2.5% (质量分数)］莫来石质浇注料的抗热震性能，并进一步通过1 100 ℃急热-空气急冷试验法以及3种不同抗热震表征方法(抗折强度保持率、弹性模量保持率和超声波波速保持率)综合分析了浇注料抗热震性的变化趋势。结果表明：当钢纤维加入量在1.0%~2.0%，断裂韧性和抗裂纹扩展能力(R′′′′)随其加入量增加而增加，进而提高了浇注料的抗热震性能。当超过2.0%后，裂纹的快速生成和扩展会导致R′′′′和抗热震性的降低。

耐火材料的轻量化是高温工业节能的重要方向。以三级生矾土和粉煤灰为主要原料, 采用原位分解法制备轻量M60莫来石材料, 研究在不同烧成温度下粉煤灰对轻量M60莫来石材料结构与性能的影响。结果表明: 在1 400、1 500 ℃烧成温度下, 粉煤灰的引入使材料的体积密度降低, 总气孔率增加, 耐压强度大幅提升; 引入粉煤灰的试样1 500 ℃烧成后导热系数有明显下降。当烧成温度达到1 600 ℃时, 粉煤灰的引入使材料的总气孔率减小, 体积密度略有增加, 导热系数明显增加。此外, 粉煤灰的引入会降低材料的荷重软化温度。引入34.0%(质量分数)粉煤灰后, 所制备莫来石材料的体积密度降低了8%~13%, 总气孔率增加了23%~37%; 经1 500 ℃烧成后, 材料耐压强度达到(122.6±2.2) MPa, 1 000 ℃测试时的导热系数仅为0.616 W/(m·K)。

红柱石是铝硅系耐火材料重要的原料之一, 因完全莫来石化后具有莫来石-高硅氧玻璃相相间的结构而表现出优异的抗碱侵蚀性能。然而, 其莫来石化程度与抗碱侵蚀性能之间的关系尚未厘清。为此, 本工作以粒度为3~5 mm的红柱石为研究对象, 在1 450~1 600 ℃下热处理红柱石3 h, 研究了红柱石的莫来石化过程与结构演变, 并采用碱蒸气法研究了抗碱侵蚀行为。结果表明, 随着热处理温度的提高, 红柱石表面及裂纹附近先转变形成莫来石-高硅氧玻璃相结构, 随后莫来石化转变不断向内部发展, 直至完全莫来石化。红柱石莫来石化程度不同决定了其不同的抗碱侵蚀行为。1 450 ℃热处理后的红柱石表面及大裂纹附近形成的莫来石-高硅氧玻璃相复合层较薄, 侵蚀以红柱石与钾蒸气直接反应为主, 抗碱侵蚀性能较差; 1 500 ℃及以上温度热处理的红柱石表面及大裂纹附近形成了一定厚度的莫来石-高硅氧玻璃相复合层, 钾蒸气首先与高硅氧玻璃相反应形成含钾硅酸盐液相, 随后该液相对莫来石相产生侵蚀溶解, 阻止了碱蒸气对莫来石的直接反应侵蚀, 从而使红柱石表现出优良的抗碱侵蚀性能。

陶瓷材料的预应力增强已经被证明有效，但是这种表面预应力对其他力学性能的影响如何仍不明晰，本工作将探讨表面残余压应力对复合构件的综合力学性能的影响，包括弯曲强度、弹性模量、断裂韧性、硬度以及损伤容限。为了实现表层压应力以及相适配的界面剪切应力，按质量分数比1∶1将莫来石和氧化铝混合磨成浆料涂覆在预烧后的氧化铝基体上，经无压烧结后，涂层与基体紧密结合，随着温度下降，2种材料不同的收缩率和界面约束形成表层残余压应力，从而实现氧化铝复合陶瓷的预应力强化，进而测试了该材料的各项力学性能。结果表明：预应力涂层有效提高了基体材料的弯曲强度，提高了38.9%；断裂韧性提高了36.5%，弹性模量稍降、硬度下降代表了涂层材料的性能。通过这些力学参数，计算得到复合氧化铝陶瓷的损伤容限从0.389 4 m1/2提升至0.452 7 m1/2，提高了16.26%。

铝矾土矿中通常含有一定量的铁和钛的氧化物，且常规的选矿工艺难以同时将铁和钛的氧化物除去。采用烧结法用铝矾土制备莫来石的过程中，铁和钛的氧化物会形成低熔点物相，导致莫来石的高温性能弱化。基于莫来石开放的空间结构以及随着温度和气氛的变化可以容纳不同的金属离子的特性，本文综述了铁氧化物和钛氧化物在莫来石中的固溶行为。1 400～1 700 ℃时TiO2在莫来石中的固溶度为1.36%～4.10% (质量分数)。在1 300 ℃时，10%～12%的Fe2O3在莫来石微结构中形成固溶体。Ti3+和Fe2+在莫来石中固溶度很低。并且铁和钛与莫来石形成固溶体对莫来石性能的提升有限。本文对含铁含钛的莫来石的高效化利用做出了展望。

为制备保温性能及机械性能均较优异的高温窑炉用隔热耐火材料, 以多孔球形莫来石、矾土细粉、α-Al2O3微粉、硅微粉和Secar71水泥为主要原料, 制备了多孔球形莫来石基浇注料, 研究了矾土细粉掺量对多孔球形莫来石基浇注料机械性能、导热系数、抗侵蚀性能及热震稳定性的影响。结果表明, 改变矾土细粉的掺量, 可使多孔球形莫来石基浇注料在保持较高机械性能的基础上提高保温性、热震稳定性和抗侵蚀性能。随着矾土细粉掺量的增加, 多孔球形莫来石基浇注料的机械性能变化不大, 但导热系数小幅降低, 抗侵蚀性能出现较大差异, 热震稳定性先提高后降低。当矾土细粉掺量为28%(质量分数)时, 多孔球形莫来石基浇注料的机械性能、热震稳定性及抗侵蚀性能良好, 在1 000 ℃时导热系数为0.905 W·m-1·K-1。多孔球形莫来石基浇注料的导热系数低于中间包和钢包永久层用高铝浇注料, 可替代中间包、钢包永久层用高铝浇注料以减少热损失。

γ-Ce2S3是一种无毒环保型大红无机色料，色泽鲜艳、遮盖力强、具有优异的抗紫外能力，但其抗氧化温度为350 ℃。为提升γ-Ce2S3大红色料的抗氧化温度，采用溶胶-凝胶法结合硫化升温工艺，合成了莫来石包裹的Na+掺杂型γ-Ce2S3大红色料 (记为γ-［Na］-Ce2S3@mullite)，研究了莫来石的合成条件、不同预烧温度对包裹色料前驱体形貌以及色度的影响，并分析了包裹色料的温度稳定性。结果表明：当烧结温度为1 300 ℃保温3 h、n(Al):n(Si)=3.2:2.0(n为摩尔)时，可合成短棒状和类球状的莫来石晶体；当预烧温度为400 ℃，可获得最佳色度值的包裹色料：L*=36.24、a*=41.86、b*=36.26，该色料在空气气氛下800 ℃保温10 min仍具有良好的色度值：L*=29.84、a*=20.83、b*=18.17，表明γ-［Na］-Ce2S3@mullite可使γ-Ce2S3的温度稳定性从350 ℃提升至800 ℃。

氧化硅陶瓷型芯的3D打印研究对于中国航空水平的发展具有重大意义，其高温软化和结构各向异性是该领域面临的难题。以熔融石英粉为原料、莫来石粉为改性剂，利用DLP光固化3D打印技术制备了氧化硅陶瓷型芯，型芯表现出层状堆积的各向异性结构，少量的莫来石粉体促进了陶瓷颗粒的烧结致密及打印层之间的扩散结合，型芯的各向异性得到缓解，弯曲强度提高并趋于各向同性。当莫来石含量为3%时，其横向、竖向打印高温强度分别达到了18.5 MPa和16.3 MPa，能够很好的满足涡轮叶片的浇铸需求。