核心原理
氧化鋁的晶型轉變：氧化鋁有多種同質異晶體（如γ、θ、α等）。其中，只有α-Al?O?是三方晶系，結構最穩定、密度最高（~3.98 g/cm3）、耐火度最高（>2050℃）、機械強度最大。它是剛玉耐火材料的主體相。

目標：通過高溫驅動，將其他晶型的氧化鋁完全、且迅速地轉化為α-Al?O?，并通過燒結使其顆粒之間緊密結合，形成致密的微觀結構。

詳細生產步驟

第一步：原料準備與處理
原料選擇：使用工業氧化鋁作為主要原料。這種氧化鋁通常是通過拜耳法生產的，其主要晶型是γ-Al?O?，活性較高，易于燒結。

煅燒預處理：

目的：去除原料中殘留的化學結合水（如Al(OH)?轉化不完全帶來的），并使γ-Al?O?預先轉變為α-Al?O?。未經煅燒的γ-Al?O?在最終燒結時會發生劇烈的體積收縮（約14%），導致產品開裂。

過程：將工業氧化鋁在約1450-1550℃的溫度下進行煅燒。這個過程會使γ-Al?O?完全轉變為α-Al?O?，同時形成結構穩定的剛玉熟料。

破碎與磨細：將煅燒后的剛玉熟料破碎并磨成細粉。細粉的比表面積更大，燒結活性更高。

配料與混合：

將不同粒度的剛玉粉（粗顆粒、中顆粒、細粉）按一定比例混合，以達到最緊密的堆積密度。

加入添加劑：這是關鍵步驟。常見的添加劑包括：

結合劑：如磷酸、紙漿廢液、聚乙烯醇等，賦予泥料可塑性，便于成型。

礦化劑：如TiO?、MgO、Fe?O?等。它們能降低α-Al?O?的轉化溫度，促進晶體發育和燒結致密化，是形成理想微觀結構的“催化劑”。

成型：將混合好的泥料通過不同的方法壓制成所需的形狀。

壓制成型：使用摩擦壓磚機、液壓機等，壓力通常為100-200 MPa，制成高密度的磚坯。

等靜壓成型：對于形狀復雜或要求極高的制品，采用等靜壓技術，使坯體各個方向受力均勻，密度更高。

澆注成型：將泥料制成漿料，注入石膏模具中，通過吸水固化成型。

第二步：高溫燒結

這是將“氧化鋁坯體”轉變為“剛玉耐火材料”的核心環節。

裝窯：將成型后的坯體小心地裝入高溫窯爐（如隧道窯、梭式窯、倒焰窯）中。

制定燒成曲線：嚴格控制升溫、保溫和冷卻過程。

低溫階段（<300℃）：緩慢升溫，主要排除坯體中的物理水。

中溫階段（300-1200℃）：結合劑分解、揮發和碳化階段。需要控制升溫速度，并保證充足的氧氣，使有機物充分排出，避免產生黑心。

高溫燒結階段（>1700℃）：這是最關鍵的一步。溫度通常需要達到1750-1900℃。

固相燒結：在高溫下，物料顆粒接觸點處的原子獲得足夠能量，開始擴散、遷移。顆粒間的頸部逐漸長大，氣孔縮小和排除，坯體發生顯著收縮，密度和強度急劇增加。

晶體長大與α化：確保所有氧化鋁都完全轉化為α-Al?O?，并且發育成完整的、相互交織的剛玉晶體。礦化劑在此過程中發揮作用，可能形成少量液相（如Al?O?-TiO?系），通過溶解-沉淀機制促進傳質和致密化。

保溫：在最高溫度下保持一段時間，使燒結反應充分進行，晶體發育更完善，組織結構更均勻。

冷卻：嚴格控制冷卻速度，尤其是高溫階段的冷卻，以避免因熱應力導致制品開裂。

第三步：后處理與加工

燒結后的制品根據需要進行切割、磨平等機械加工，以達到精確的尺寸和光滑的表面。

最終產物：剛玉耐火材料的特性

經過上述過程，得到的剛玉耐火材料具備以下優異性能：

極高的耐火度：>1850℃。

高荷重軟化溫度：接近其耐火度。

優異的機械強度：常溫耐壓強度和高溫抗折強度都很高。

良好的化學穩定性：對酸性、堿性爐渣都有很強的抵抗能力。

高的體積穩定性和耐磨性。

簡單來說，將氧化鋁變成耐材剛玉的路徑就是：

工業氧化鋁（γ相） → 高溫煅燒 → α-剛玉熟料 → 破碎、配料、成型 → 超高溫燒結（>1750℃） → 致密、高強的剛玉耐火制品。