莫來石是Al2O3和SiO2組成的二元固溶體化合物，是二元相圖中最穩(wěn)定的化合物。圖1為Al2O3-SiO2的二元相圖，經(jīng)過對莫來石化學成分的研究，發(fā)現(xiàn)其成分不僅僅為3Al2O3·2SiO2一種結(jié)構(gòu)，根據(jù)其通式Al2(Al2+2xSi2-2x)O10-x可知，隨x值的改變莫來石組分會相應(yīng)發(fā)生變化，形成富硅或富鋁的莫來石。圖2為莫來石晶體結(jié)構(gòu)示意圖，可見，沿c軸方向由AlO6八面體共邊組成，同時與SiO4四面體和AlO4四面體共頂交聯(lián)，因此，沿c軸方向莫來石晶體的生長速率較快，在沒收到什么外部阻力的情況下，易發(fā)生明顯的異向生長。莫來石具有抗熱震性能好、高溫蠕變小、高溫性能損失小，化學性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)良性質(zhì)。

　　圖1氧化鋁和二氧化硅的二元相圖

　　圖2莫來石晶體結(jié)構(gòu)示意圖

　　1、莫來石的燒結(jié)性

　　由于莫來石晶格中Al3+和Si4+的互擴散速率小，因此以莫來石粉為原料，采用電熔法和燒結(jié)法得到的莫來石燒結(jié)性很差。為獲得性能優(yōu)良的莫來石，其煅燒溫度約1700℃，如此高的燒成溫度使生產(chǎn)成本大大增加，因此人們紛紛通過細化加入的原料或引入燒結(jié)助劑這兩種方式來降低其燒成溫度，但通過細化原料的方式來提高其燒結(jié)性能有限，于是主要引入燒結(jié)助劑(TiO2、Y2O3、MnO等)，通過置換莫來石固溶體中的Al3+造成莫來石晶體發(fā)生晶格畸變，活化晶格或形成低溫液相的方式來提高擴散系數(shù)，降低莫來石的燒結(jié)溫度。

　　2、莫來石的應(yīng)用

　　莫來石是一種性能優(yōu)良的耐火原料。除此之外，莫來石還是一種高溫結(jié)構(gòu)材料，在其他行業(yè)也廣泛應(yīng)用。

　　(1)莫來石耐火材料

　　莫來石作為一種性能優(yōu)異的耐火材料，具有熔點高、高溫強度大、熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性優(yōu)良等，使其成為許多工業(yè)領(lǐng)域的耐火材料。作為骨料的莫來石，被廣泛應(yīng)用于冶金、玻璃、陶瓷等領(lǐng)域。在冶金工業(yè)，莫來石可用于熱風爐磚或窯具磚;在玻璃工業(yè)，莫來石可用在玻璃容器、給水器及玻璃窯的頂部等結(jié)構(gòu);在陶瓷領(lǐng)域，莫來石可用于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷;在燃氣工業(yè)，莫來石可用在油氣化設(shè)備及所有氣化車間煉焦爐、燃氣發(fā)生器中。莫來石磚可作為熔爐窯、鼓風爐、以及連續(xù)澆鑄爐上部分內(nèi)襯的主要組成。在日本，利用熔渣制成的墊板被應(yīng)用于窯爐內(nèi)襯，這種ZrO2/Al2O3/莫來石熔渣ZrO2含3~6wt%，SiO2<20wt%，且具有優(yōu)良的抗腐蝕性和抗熱震性。

　　(2)莫來石涂層

　　許多陶瓷、金屬材料，長期處于高溫、還原、氧化等環(huán)境中會發(fā)生損壞。這類問題可通過在材料表面涂一層在使用環(huán)境中能夠保持穩(wěn)定的化合物涂層材料來解決。莫來石的化學性質(zhì)穩(wěn)定性，抗腐蝕性好，優(yōu)異的性能使其廣泛應(yīng)用在化合物涂層等方面。

　　(3)莫來石復(fù)合材料

　　由于莫來石具有優(yōu)異的高溫力學性能、化學穩(wěn)定性、抗蠕變性、抗熱震穩(wěn)定性、熱膨脹系數(shù)低等，廣泛在高溫熱材料領(lǐng)域應(yīng)用。但是莫來石沒有位錯滑移系統(tǒng)，當外加載荷超過一定限度時，內(nèi)部會產(chǎn)生較多微裂紋消耗能量，使莫來石陶瓷發(fā)生災(zāi)難性破壞，所以如何增韌莫來石材料成為近年來研究的熱點。國內(nèi)外研究人員關(guān)于莫來石復(fù)合材料進行了大量研究，并在莫來石增韌領(lǐng)域取得了一定的成果。莫來石復(fù)合材料包括莫來石基體、莫來石纖維等。莫來石復(fù)合材料可降低莫來石材料體系固有脆性，提高其強度和韌性。經(jīng)過多年努力，通過顆粒增強(SiC、ZrO2)或片狀來提高莫來石基復(fù)相材料的熱力學行為，并在莫來石增韌方面取得了一定的進展。