在现代工业体系中，高性能材料的研发与应用是推动各行业技术进步和可持续发展的关键要素。镁铝尖晶石（MgAl2 O4，简称MAS） 质耐火材料凭借其高熔点、低热导率、适中的热膨胀系数以及优异的抗热震性，在钢铁、水泥、有色金属冶炼等高温工业领域中占据重要地位。然而，该类材料在实际制备与应用过程中仍面临诸多挑战，如烧结温度高、体积膨胀大、不同物相间热膨胀失配降低力学性能，以及高致密状态下抗热震性下降等问题，严重制约了其更广泛的应用与发展。
近年来，国家对新材料领域的重视程度不断提升，《十四五 原材料工业发展规划》明确提升先进基础材料高端产品质量稳定性、可靠性和适用性，强调要加快推进陶瓷、耐火材料等重点行业实施超低排放。在此背景下，深入研究镁铝尖晶石质耐火材料，系统解决其制备与应用中的关键技术难题，不仅具有重要的科学意义，也是响应国家战略号召、推动工业绿色转型与高质量发展的迫切要求。
本书围绕镁铝尖晶石质耐火材料的结构设计、性能调控与应用拓展展开系统论述，旨在实现三大目标： 一是通过优化原料体系与烧结工艺，降低材料的烧结温度，降低能耗与生产成本； 二是深入揭示离子扩散机制、物相组成与分布对材料性能的影响规律，提升材料致密性、力学性能与抗热震性； 三是拓展镁铝尖晶石材料的应用领域，开发高性能的镁铝尖晶石质人造球形铸造砂，为铸造行业提供更优质、环保的材料选择。
全书共6章。第1章系统介绍耐火材料的发展现状、分类、性能及其在铸造领域的应用，阐述烧结理论与镁铝尖晶石材料的结构特性、制备方法与存在问题。第2章详细阐述尖晶石材料的结构设计方案、实验原料、工艺流程及表征测试方法。第3～5章分别探讨MgAl2 O4、MgO-MgAl2 O4 系和Al2 O3-MgAl2 O4 三大体系耐火材料的性能演变规律与增强机制，重点分析天然原料、添加剂及物相分布对材料性能的影响。第6章聚焦于镁铝尖晶石质铸造砂的制备、性能及其在铸造中的应用潜力。
本书在编写过程中，系统性与实用性并重，从基础理论到实验设计，从性能分析到机理探讨，层层递进，逻辑清晰，具有较强的理论深度与工程指导价值； 同时本书应用导向明确，不仅关注材料本身性能的提升，更注重其在铸造领域的实际应用，推动材料从实验室走向产业化。
本书研究内容的完成得益于山西省关键基础材料协同创新中心的支持，以及笔者所在课题组师生的共同努力。在此，谨向所有为本书研究内容提供指导与帮助的田玉明教授等专家学者、同行同仁表示诚挚的谢意。特别感谢参与实验设计与数据分析的团队成员，他们的辛勤付出是本书内容得以顺利完成的重要保障。
尽管笔者在撰写过程中力求内容准确、思路清晰，但限于学识与时间，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正，以期在今后不断完善。
谨以此书献给所有致力于材料研究与应用的科研工作者、工程师与师生，愿我们共同努力，为推动我国材料科学与工业制造的进步贡献力量。
玄松桐
山西工程科技职业大学
2025 年9 月
第1章 绪论 001
1.1 耐火材料 001
1.1.1 耐火材料发展现状 001
1.1.2 耐火材料的分类 001
1.1.3 耐火材料的性能 002
1.1.4 造型用耐火材料 005
1.2 烧结理论 008
1.2.1 烧结驱动力 008
1.2.2 烧结过程 008
1.2.3 晶粒生长 009
1.2.4 液相烧结 009
1.3 镁铝尖晶石质耐火材料 010
1.3.1 镁铝尖晶石结构 010
1.3.2 镁铝尖晶石的制备方法 013
1.3.3 镁铝尖晶石质耐火材料性能 014
1.3.4 镁铝尖晶石质材料的主要问题 018
1.4 结构设计的目的、意义和主要内容 019
1.4.1 设计目的和意义 019
1.4.2 设计内容 020
第2章 尖晶石结构设计 023
2.1 整体设计方案 023
2.2 实验原料和实验仪器 024
2.3 试样制备 025
2.3.1 总体设计 025
2.3.2 设计工艺流程 028
2.4 试样表征及性能测试 029
2.4.1 试样表征 029
2.4.2 性能测试 030
第3章 MAS 耐火材料性能演变 033
3.1 高纯氧化物制备MAS 耐火材料性能演变及其机理 033
3.1.1 材料表征 033
3.1.2 性能分析 035
3.1.3 烧结机理分析 035
3.2 天然原料制备MAS 耐火材料性能演变及其机理 036
3.2.1 材料表征 036
3.2.2 性能分析 038
3.2.3 烧结机理分析 038
3.3 添加剂对S0-MAS 耐火材料性能的影响 040
3.3.1 软锰矿添加对S0-MAS耐火材料性能的影响 040
3.3.2 白云石添加对S0-MAS耐火材料性能的影响 048
3.4 本章小结 054
第4章 MgO-MAS 系耐火材料性能演变 057
4.1 高纯氧化物制备MgO-MAS 耐火材料性能演变及其机理 057
4.1.1 材料表征 057
4.1.2 性能分析 059
4.1.3 烧结机理分析 059
4.2 天然原料制备MgO-MAS 耐火材料性能演变及其机理 060
4.2.1 材料表征 060
4.2.2 性能分析 065
4.2.3 性能增强机理 067
4.3 调控MAS含量和分布增强MgO-MAS耐火材料抗热震性 069
4.3.1 材料表征 069
4.3.2 性能分析 073
4.3.3 MgO-MAS耐火材料抗热震性机理 075
4.4 本章小结 078
第5章 Al2O3-MAS 系耐火材料性能演变 081
5.1 高纯氧化物制备Al2O3-MAS 耐火材料性能演变及其机理 081
5.1.1 材料表征 081
5.1.2 性能分析 083
5.1.3 烧结机理分析 083
5.2 天然原料制备Al2O3-MAS 耐火材料性能演变及其机理 084
5.2.1 材料表征 084
5.2.2 性能分析 088
5.2.3 性能增强机理 090
5.3 调控MAS含量和分布增强Al2O3-MAS耐火材料抗热震性 090
5.3.1 材料表征 091
5.3.2 性能分析 095
5.3.3 Al2O3-MAS耐火材料抗热震性机理 096
5.4 本章小结 100
第6章 MAS 质耐火材料的应用 103
6.1 MAS 质铸造砂制备与检测 103
6.1.1 配比选择 103
6.1.2 铸造砂制备 104
6.1.3 性能测试 104
6.2 MAS 质铸造砂 105
6.2.1 显微形貌 105
6.2.2 性能分析 107
6.2.3 铸件形貌 114
6.3 本章小结 115
参考文献 116
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