1         实验

本实验采用M60莫来石（2～1mm、1～0.5mm）为骨料，采用电熔白刚玉粉和不同粒度的硅线石为基质料。另外还有少量的结合剂氧化硅微粉和苏州土。将这些原料按照下表的比例进行配料，硅线石的粒度分别为0.3～0.2mm、0.2～0.1mm和《0.088mm，对应的试样编号依次为S1、S2、S3.每组配料加水搅拌5分钟后，压制为直径36mm×36mm的试样，然后将试样在110摄氏度下干燥24小时后，分别在1400℃、1500℃、1600℃保温3小时煅烧。用游标卡尺测量试样煅烧前和煅烧后的直径，计算出试样的烧后线变化率；根据国家标准测定烧后试样的显气孔率、体积密度和耐压强度；用XRD分析硅线石烧后的相组成。

2         结果与分析

2.1    硅线石的粒度对复合材料的常温物理性能的影响

图1至图3给出了试样的常温物理性能与煅烧温度及硅线石粒度的关系。从图1可以看出，随着煅烧温度的升高，试样的烧后线变化率也在增大。而且试样在1500-1600℃时的体积膨胀比1400-1500℃时要大。从图1还可以看出，当煅烧温度高于1500℃时，随着加入硅线石的粒度越大，试样的烧后线变化率也变大。图2给出了试样的先气孔率和体积密度随煅烧温度与硅线石粒度的关系，与图1相对应，试样的显气孔率随着温度的升高而增大，体积密度则随着温度的升高而减小。随着硅线石粒度的增大，试样的显气孔率也在变大。图3是不同温度下硅线石的粒度对试样的常温耐压强度的影响。从图可知，随着加入硅线石粒度的增大，试样的的耐压强度在减小，随着温度的升高，试样的耐压强度在下降。随着温度的升高，试样内部开始进行莫来石化反应，由于相变占主导地位引起结构松弛，体积密度变小，耐压强度下降。

2.2 分析与讨论

     在试样的煅烧过程中将发生如下反应：

       3(Al2O3·SiO2）→3Al2O3·2SiO2+SiO2  (1)

       3SiO2+2Al2O3→3Al2O3·2SiO2  (2)

（1）       式为硅线石的分解反应，即一次莫来石化，此反应伴随的体积膨胀为7～8%。（2）式反应生成的SiO2与试样中的Al2O3的反应，即二次莫来石化反应。二次莫来石反应会产生较大的体积膨胀，一般为10%左右。在试样的煅烧过程中，随着温度的升高，因烧结会导致体积收缩。所以试样烧成后是膨胀还是收缩，要综合考虑，以相变为主则表现为膨胀，以烧结为主则表现为收缩。

   硅线石的分解程度与其粒度及煅烧温度有关。对实验所选用的硅线石分别在1500摄氏度、1600摄氏度保温3小时进行煅烧，然后对烧后以及未烧的硅线石原料进行XRD分析。由于硅线石与莫来石晶体结构的相似性，两种矿物X射线衍射图谱很相似，用X射线方法区分难度很大。林彬荫等经过对大量X射线衍射图的分析研究发现：用硅线石和莫来石（220）峰作为特征峰，可以识别二者的混合物。

硅线石和莫来石的（220）峰具有中等衍射强度，他们的面网间距d值具有相对较大的区别：莫来石d（220）=0.2694nm，硅线石d（220）=0.2675nm，在利用较长波长光源，适当放慢扫描速度（5°/min），放大图谱后，两者的（220）峰可以很好的分开，可以作为衡量两者的特征峰，如图4。

从图4可以看出，硅线石的粒度越大，开始分解温度和完全分解温度越高。由图4（a）可知，在1500摄氏度烧成后粒度小于0.2mm的硅线石已经开始分解，莫来石M（220）峰已经出现，硅线石S(220)峰随着粒度的减小而减小。粒度大于0.2mm的硅线石在1500摄氏度烧成后的XRD图上没有发现莫来石M(220)峰，说明还没有开始分解。图4（b）为各个粒度的硅线石在1600摄氏度烧后的XRD图，从图可知在1600摄氏度烧后，各个粒度的硅线石S(220)峰都迅速变弱，莫来石M(220)迅速增强，粒度小于0.088mm的硅线石的S(220)峰几乎消失。说明各粒度的硅线石在1500-1600摄氏度之间快速分解，所以在图1中试样在1500-1600摄氏度时的体积膨胀比1400-1500摄氏度要快。石干等人曾对在材料中莫来石化行为做过研究，认为硅线石的一次莫来石化与二次莫来石几乎同步完成，而且硅线石的一次莫来石化速度小于或接近其二次莫来石化速度。所以试样在1500-1600摄氏度煅烧时，二次莫来石也在迅速生成，这是使试样的体积膨胀的另外一个因素。从图1可知，加入硅线石的粒度越小，试样的体积膨胀越小。这是因为细颗粒会增加烧结的推动力，增加颗粒在液相中的溶解度，会加速烧结过程，使试样的致密化速率提高。所以加入硅线石粒度小于0.088mm的试样S3的体积膨胀相对小一些。

3         结论

（1）       硅线石的分解温度与其粒度有关，随着粒度的增大，分解温度升高。粒度

于0.088mm的硅线石在1400摄氏度就已经开始分解，而粒度为0.3-0.2mm的硅线石在1500摄氏度还没有分解。

 （2）  将不同粒度的硅线石加入到刚玉-莫来石材料中时，当煅烧温度高于1500摄氏度时，试样的烧后线变化率随着硅线石的粒度的增大而增大，试样的耐压强度则随着粒度的增大而减小。