核心原理
氧化铝的晶型转变：氧化铝有多种同质异晶体（如γ、θ、α等）。其中，只有α-Al₂O₃是三方晶系，结构最稳定、密度最高（~3.98 g/cm³）、耐火度最高（>2050℃）、机械强度最大。它是刚玉耐火材料的主体相。
目标：通过高温驱动，将其他晶型的氧化铝完全、且迅速地转化为α-Al₂O₃，并通过烧结使其颗粒之间紧密结合，形成致密的微观结构。
详细生产步骤
第一步：原料准备与处理
原料选择：使用工业氧化铝作为主要原料。这种氧化铝通常是通过拜耳法生产的，其主要晶型是γ-Al₂O₃，活性较高，易于烧结。
煅烧预处理：
目的：去除原料中残留的化学结合水（如Al(OH)₃转化不完全带来的），并使γ-Al₂O₃预先转变为α-Al₂O₃。未经煅烧的γ-Al₂O₃在最终烧结时会发生剧烈的体积收缩（约14%），导致产品开裂。
过程：将工业氧化铝在约1450-1550℃的温度下进行煅烧。这个过程会使γ-Al₂O₃完全转变为α-Al₂O₃，同时形成结构稳定的刚玉熟料。
破碎与磨细：将煅烧后的刚玉熟料破碎并磨成细粉。细粉的比表面积更大，烧结活性更高。
配料与混合：
将不同粒度的刚玉粉（粗颗粒、中颗粒、细粉）按一定比例混合，以达到最紧密的堆积密度。
加入添加剂：这是关键步骤。常见的添加剂包括：
结合剂：如磷酸、纸浆废液、聚乙烯醇等，赋予泥料可塑性，便于成型。
矿化剂：如TiO₂、MgO、Fe₂O₃等。它们能降低α-Al₂O₃的转化温度，促进晶体发育和烧结致密化，是形成理想微观结构的“催化剂”。
成型：将混合好的泥料通过不同的方法压制成所需的形状。
压制成型：使用摩擦压砖机、液压机等，压力通常为100-200 MPa，制成高密度的砖坯。
等静压成型：对于形状复杂或要求极高的制品，采用等静压技术，使坯体各个方向受力均匀，密度更高。
浇注成型：将泥料制成浆料，注入石膏模具中，通过吸水固化成型。
第二步：高温烧结
这是将“氧化铝坯体”转变为“刚玉耐火材料”的核心环节。
装窑：将成型后的坯体小心地装入高温窑炉（如隧道窑、梭式窑、倒焰窑）中。
制定烧成曲线：严格控制升温、保温和冷却过程。
低温阶段（<300℃）：缓慢升温，主要排除坯体中的物理水。
中温阶段（300-1200℃）：结合剂分解、挥发和碳化阶段。需要控制升温速度，并保证充足的氧气，使有机物充分排出，避免产生黑心。
高温烧结阶段（>1700℃）：这是最关键的一步。温度通常需要达到1750-1900℃。
固相烧结：在高温下，物料颗粒接触点处的原子获得足够能量，开始扩散、迁移。颗粒间的颈部逐渐长大，气孔缩小和排除，坯体发生显著收缩，密度和强度急剧增加。
晶体长大与α化：确保所有氧化铝都完全转化为α-Al₂O₃，并且发育成完整的、相互交织的刚玉晶体。矿化剂在此过程中发挥作用，可能形成少量液相（如Al₂O₃-TiO₂系），通过溶解-沉淀机制促进传质和致密化。
保温：在最高温度下保持一段时间，使烧结反应充分进行，晶体发育更完善，组织结构更均匀。
冷却：严格控制冷却速度，尤其是高温阶段的冷却，以避免因热应力导致制品开裂。
第三步：后处理与加工
烧结后的制品根据需要进行切割、磨平等机械加工，以达到精确的尺寸和光滑的表面。
最终产物：刚玉耐火材料的特性
经过上述过程，得到的刚玉耐火材料具备以下优异性能：
极高的耐火度：>1850℃。
高荷重软化温度：接近其耐火度。
优异的机械强度：常温耐压强度和高温抗折强度都很高。
良好的化学稳定性：对酸性、碱性炉渣都有很强的抵抗能力。
高的体积稳定性和耐磨性。
简单来说，将氧化铝变成耐材刚玉的路径就是：
工业氧化铝（γ相） → 高温煅烧 → α-刚玉熟料 → 破碎、配料、成型 → 超高温烧结（>1750℃） → 致密、高强的刚玉耐火制品。
