SiO2-Al2O3相图在硅酸盐工业中有广泛的应用。但该类相图有许多不同的形式。这些相图的分歧主要表现在两方面。一是莫来石是同成分熔融化合物（即一致熔化合物）还是异成分熔融化合物（即不一致熔化合物）。实验数据表明，当试样中含有少量碱金属等杂质时，或在非密闭条件下实验时，莫来石均为不一致熔化合物。而用高纯原料并在密闭条件下实验时，莫来石则为一致熔化合物。二是莫来石是否能形成固溶体。这个分歧现已得到解决，即莫来石可以形成固溶体。图8.63给出了莫来石是一致熔化合物的SiO2-Al2O3相图。

方石英（cristobalite）在图8.63中简写为Crs。Trd为鳞石英（tridymite）、Crn为刚玉（corundum）。Mull ss为莫来石固溶体（mullite solid solution）。莫来石化学式Al6Si2O13，根据3.12.1节介绍的规则，莫来石简写为A3S2。

图8.63　莫来石为一致熔化合物时的SiO2-Al2O3相图（引自刘玉芹，2011）

粗点画线gdh表示亚稳分熔线、细点画线cdf为Spinodal分解线。这两种点画线的意义，我们在下一章介绍。点线为液相线的延长线，也是亚稳相边界线。ab为多晶转变线，温度为1470℃。SiO2熔点T1=1713℃、Al2O3熔点T2=2050℃。K点温度为莫来石熔点1850℃。

共晶点有两个：E1（1595℃）和E2（1840℃）。结晶时，E1点的反应为：L—→Crs+Mull ss。E2点的反应为：L—→Crn+Mull ss。E1、E2点处的Al2O3质量分数分别约为7.1%、77.9%。该相图可看作由两个分二元相图组成，即SiO2A3S2和A3S2Al2O3。其中，SiO2A3S2相图主要用于耐火材料的制备和使用。

组成在共晶点E1左边的系统。因E1处的Al2O3质量分数约为7.1%，故E1点比较靠近SiO2的组成线。如果SiO2中加入质量分数为1%的Al2O3，则在1595℃时的液相质量分数为0.01/0.07≈14%。这么多液相的产生会使硅砖的耐火度大大下降。而且，与SiO2平衡的液相线（T1E1）较陡，少量Al2O3的引入使系统熔点从1713℃迅速下降。由此可见，Al2O3对硅砖来说是有害的，因而在制备和使用硅砖时，要严防Al2O3的混入。优质硅砖的制备往往将Al2O3的质量分数控制在0.3%以内。同理，将硅砖作为耐火材料砌筑在窑炉上时，要尽量避免与高铝砖砌筑在一起。

接下来，我们看看组成处于E1点与A3S2之间的系统。这些系统的液相量随温度升高而增加的情况与液相线E1K的形状有很大关系。从E1向K移动的前半部分较陡，后半部分较缓。我们将图8.63中的这部分内容提出来单独讨论，如图8.64所示。

为便于比较，我们在图8.64中画了两条液相线，即CD和EF（实际相图中，液相线不会出现图中所示的相交情形）。液相线CD较陡、EF较缓。假设有一个组成在m点的系统。起初的状态假设在s点。对CD线来说，根据杠杆规则，我们可得出此时液相的质量分数：

图8.64　液相线变化趋势与系统液相增加量的关系示意图

升高温度使系统状态达到r点。此时，液相的质量分数变为

升温后，液相质量分数的增加量为

由图8.64可知，rb=sd。而ed=ef+fd，又因为fd=ab，故ed=ef+ab，则(www.daowen.com)

对EF线来说，液相在s点的质量分数为

同样将其升温到状态点r。液相的质量分数变为

此时，液相质量分数的增加量为

而rb=sd，cd=cf+fd，fd=ab，故cd=cf+ab，则

上述ΔL1与ΔL2的表达式中，不同的是ef和cf。因为ef＜cf，所以ΔL1＜ΔL2。这表明升高相同温度，系统在较陡液相线处的液相增加量要小于较缓液相线处。

回到图8.63。液相线E1K的前半部分较陡，后半部分却较缓。这说明组成在E1K较陡部分的系统，温度在液相线以下时，升高一定的温度，液相量增加不多；而组成在E1K较缓部分的系统，温度在液相线以下时，升高同样的温度，液相量却增加较多。这对于以莫来石和石英为主晶相的黏土质、高铝质耐火材料的制备非常重要。通常配方点宜选择液相线较陡部分。

此外，对这类耐火材料的使用而言，温度对其中液相量也有很大影响。在E1点与A3S2之间的系统，温度处于1700℃以下时（液相组成在液相线较陡部分），随温度升高液相量增加并不多；而在1700℃以上时（液相组成在液相线较缓部分），升高相同温度，液相量迅速增加，故这类耐火材料通常在1600℃以下使用。下面举例说明耐火材料的选择。

例8.1 一种由SiO2和Al2O3构成的耐火材料被用来盛装熔融态的钢（1600℃）。该耐火材料中Al2O3的质量分数为45%。根据图8.63的SiO2-Al2O3相图，确定在此情况下有多少质量分数的耐火材料被熔化。若该耐火材料在使用时，其液相不能超过20%（质量分数），则选用它是否合适。共晶点E1处的Al2O3质量分数为7.1%、莫来石组成点处的Al2O3质量分数为72%。

解：我们仿照前面介绍的结晶过程，假设该系统完全熔融，然后平衡结晶至1600℃。由于共晶线温度1595℃，与1600℃相差不大，因此，我们可认为共晶线温度为1600℃。这样，待求液相量即为系统刚降温到共晶线时的液相量。利用杠杆规则有：

由上述可见，液相量达到了41.6%，比20%大了许多。因此，选用这种材料不合适。