MgAlON及其復(fù)合材料研究進(jìn)展

夏 淼 司瑤晨 孫紅剛 李紅霞 杜一昊 尚心蓮

中鋼集團(tuán)洛陽耐火材料研究院有限公司先進(jìn)耐火材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽 471039

AlON具有優(yōu)異的高溫性能，抗熱震性和抗侵蝕性表現(xiàn)尤為突出，但其在1 650℃以下穩(wěn)定性不佳［1-3］。Weiss等［4］對(duì)Al-Mg-O-N系統(tǒng)在1 750和1 800℃的穩(wěn)定相的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)：在Al-Mg-O-N系統(tǒng)存在一個(gè)較大范圍的MgAlON固溶區(qū)，是由Al2O3-MgAl2O4、MgO-MgAl2O4和AlNMgAl2O4三個(gè)含有鎂鋁尖晶石的二相區(qū)構(gòu)成，因而可通過引入含有Mg2+陽離子的第二相來改善其穩(wěn)定性。MgAlON材料就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型高溫材料，可認(rèn)為其是由引入的MgO或MgAl2O4等熱力學(xué)穩(wěn)定劑固溶進(jìn)γ-AlON后形成的Mg-Al-O-N的固溶體，研究表明其具有優(yōu)異的抗熔渣侵蝕性、抗液態(tài)金屬溶蝕性及良好的力學(xué)性能，在耐火材料和高技術(shù)陶瓷領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景［5-11］。

一般認(rèn)為MgAlON具有尖晶石結(jié)構(gòu)，屬立方晶系，根據(jù)氧原子被氮原子取代數(shù)目的多少可分為低氮MgAlON和高氮MgAlON。MgAlON高溫材料的性能不僅取決于自身的特性，同時(shí)也取決于所固溶的氮含量、微觀形貌等，這均與所選用的制備原料和制備方法息息相關(guān)［12-17］。特別是不同領(lǐng)域?qū)gAlON材料性能的要求也不盡相同，單相的MgAlON材料無法滿足高端材料領(lǐng)域的需求。近年來科研工作者對(duì)MgAlON復(fù)合材料開展了大量研究工作，本文中對(duì)當(dāng)前國內(nèi)外MgAlON復(fù)合耐火材料的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。

1 碳熱還原氮化法

碳熱還原氮化法合成單相MgAlON 時(shí)，常以Al2O3、MgO、C為主要原料在流動(dòng)氮?dú)鈿夥障聼Y(jié)，其反應(yīng)過程為：在1 100℃以上時(shí)，Al2O3先與MgO原位生成鎂鋁尖晶石；當(dāng)溫度升高至1 300℃以上時(shí)，Al2O3和碳粉發(fā)生碳熱還原氮化反應(yīng)生成AlN；AlN進(jìn)一步固溶到MgAl2O4晶格生成MgAlON。但是反應(yīng)生成的MgAl2O4和MgAlON的燒結(jié)性能不佳，所以當(dāng)溫度升高至1 650℃以上時(shí)，才能生成具有良好燒結(jié)性能的單相MgAlON。此外，反應(yīng)產(chǎn)物中往往有殘存的炭質(zhì)原料。

唐義［18］利用硼鐵礦選礦尾礦、高鋁釩土熟料和炭黑合成了MgAlON/SiAlON復(fù)相陶瓷材料，重點(diǎn)研究了配碳量、燒成溫度、氮化保溫時(shí)間、氮?dú)饬髁康裙に囈蛩貙?duì)復(fù)相陶瓷的影響。研究發(fā)現(xiàn)，由于AlON的穩(wěn)定區(qū)較窄，隨著配碳量的增加，使得AlON很容易被分解為AlN和剛玉。而MgO的加入會(huì)使得AlON的穩(wěn)定區(qū)變寬，但配碳量較大時(shí)仍會(huì)破壞MgAlON的穩(wěn)定，使得MgAlON又被分解為AlN和剛玉。而剛玉又被利用合成SiAlON相，造成AlN剩余。綜合分析認(rèn)為，當(dāng)配碳量為理論比值的1.2倍時(shí)，于1 500℃保溫4 h，流量為400 mL·min-1時(shí)，所生成MgAlON相含量高，綜合性能較佳。

薛向欣等［19］以富硼渣為主要原料，炭黑為還原劑，研究了配碳量、MgO添加量對(duì)反應(yīng)過程及產(chǎn)物的影響。結(jié)果同樣表明，配碳量對(duì)最終產(chǎn)物的相組成有決定性影響。當(dāng)試樣的配碳量過高時(shí)，由于MgAlON相的分解使得主晶相為AlN相，而隨著MgO添加量增加，MgAlON含量變化不大且多呈短柱狀或者圓塊狀。

Ma等［20］以Al2O3、MgO和炭黑為主要原料，LiF為燒結(jié)助劑在流動(dòng)氮?dú)鈿夥障潞铣沙隽私Y(jié)晶好、具有尖晶石結(jié)構(gòu)的MgAlON單相透明陶瓷材料。研究表明：在中間溫度（1 600～1 700℃）以及更高溫度（1 750～1 850℃）下晶體快速生長，當(dāng)在中間溫區(qū)選擇一定溫度保溫時(shí)能有效地降低材料的顯氣孔率和控制其微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而顯著提高透光率。當(dāng)燒結(jié)試樣于2 L·min-1流動(dòng)氮?dú)鈿夥障?，? 700℃保溫2 h后再在1 850℃保溫20 h燒成時(shí)，所制備MgAlON晶型發(fā)育完整，具有優(yōu)異的透光性。

Chen等［21］比較了1 100～1 750℃時(shí)氧化鎂的引入對(duì)物相及微觀結(jié)構(gòu)演變的影響。結(jié)果同樣表明，不同溫度下引入氧化鎂對(duì)MgAlON產(chǎn)物的穩(wěn)定區(qū)域和形貌具有不同程度影響；MgAl2O4中間相的形成是在低溫條件下獲得較小晶粒尺寸MgAlON材料的關(guān)鍵。

戴文斌等［22］利用Al2O3、MgO和石墨粉為主要原料制備了MgAlON材料，重點(diǎn)研究了碳熱還原溫度對(duì)材料性能及殘?zhí)嫉挠绊?。結(jié)果表明，碳熱還原溫度在1 500℃以下時(shí)，試樣殘?zhí)剂枯^高；當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到1 650℃以上時(shí)，其殘?zhí)悸曙@著降低，可制備出單相MgAlON材料；由于N的固溶使MgAlON發(fā)生晶格畸變導(dǎo)致原子間隙變大，所以MgAlON材料的固溶Al含量高于鎂鋁尖晶石材料的；此外，碳熱還原過程中產(chǎn)生的氣體及高溫條件下Mg（g）分壓較高，即使經(jīng)1 800℃燒結(jié)后致密度有所提高，但試樣內(nèi)部仍會(huì)有較多閉氣孔。

2 固相反應(yīng)法

固相反應(yīng)法合成MgAlON尖晶石的機(jī)制是固-固反應(yīng)機(jī)制，所需要的溫度較高，反應(yīng)時(shí)間較長，能耗較大，且產(chǎn)物穩(wěn)定存在的氧分壓和氮分壓區(qū)較小，較長的反應(yīng)時(shí)間將不可避免地導(dǎo)致MgAlON被進(jìn)一步還原或氮化。以此方法制備MgAlON 材料常以Al2O3、MgO、AlN為主要原料，其反應(yīng)機(jī)制可表述為：當(dāng)溫度大于1 000℃時(shí)，體系中的氧化鎂和氧化鋁首先以固-固反應(yīng)的方式生成鎂鋁尖晶石；而后，鎂鋁尖晶石中鎂離子向其反應(yīng)包裹的氧化鋁進(jìn)一步擴(kuò)散、傳質(zhì)發(fā)生置換反應(yīng)，使自身演變?yōu)楦谎趸X的尖晶石（MgO·x Al2O3，1＜x＜2.07）；當(dāng)溫度達(dá)到1 300℃及以上時(shí)，AlN開始向富氧化鋁的尖晶石擴(kuò)散遷移反應(yīng)形成MgAlON尖晶石。

Yan等［23］利用電熔剛玉、板狀剛玉、活性α-Al2O3、燒結(jié)氧化鎂顆粒及細(xì)粉為主要原料，采用鎂鋁酸溶膠為結(jié)合劑于1 700和1 800℃在流動(dòng)氮?dú)鈿夥障聼芍苽淞薓gAlON復(fù)相材料。研究表明，在Al2O3-MgO復(fù)合材料體系中，當(dāng)溫度升高至1 000℃以上時(shí)，Al2O3與MgO反應(yīng)生成尖晶石；然后，所形成MgAl2O4再與Al2O3發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)生成富鋁尖晶石；由于MgO不穩(wěn)定會(huì)分解為Mg（g）和O2（g），石墨坩堝及碳管爐所形成的C-O2體系會(huì)消耗掉O2（g），而Mg（g）則會(huì)沿復(fù)合材料內(nèi)部的氣孔和細(xì)小裂縫擴(kuò)散，與Al2O3晶粒和Al2O3粉體或富鋁尖晶石反應(yīng)形成MgAl2O4和Al（g），而Al（g）則會(huì)進(jìn)一步與N2反應(yīng)生成AlN，此后AlN則會(huì)與富鋁尖晶石固溶形成MgAlON材料。與1 700℃相比，經(jīng)1 800℃燒結(jié)后的MgAlON的XRD衍射峰向更高的角度移動(dòng)。這是由于隨著溫度提高，所生成的MgAlON形貌由片狀轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀，導(dǎo)致其衍射峰向更高峰位偏移。

Pichlbauer等［24］采用 Al2O3、MgO、AlN 和MgAl2O4為主要原料，在1 650和1 800℃分別制備了MgAlON單相材料及MgAlON-Al2O3、MgAlONMgO復(fù)相材料，分析了MgO和MgAl2O4兩種鎂源對(duì)合成 MgAlON 材料的影響，并進(jìn)一步研究了MgAlON-Al2O3、MgAlON-MgO在相過渡區(qū)的結(jié)合相差異及對(duì)復(fù)相材料的性能影響。研究表明，以MgO作為鎂源合成材料中的氮含量較高，此外由于原位生成MgAl2O4造成的體積膨脹，使得以MgO為鎂源所合成材料的氣孔率較高，體積密度僅為2.1 g·cm-3；而以MgAl2O4作為鎂源時(shí)，由于MgAl2O4的燒結(jié)收縮使得其密度達(dá)到3.3 g·cm-3；在MgAlON-Al2O3復(fù)合材料相過渡結(jié)合相區(qū)僅含有少量AlN作為第二相，而在MgAlON-MgO相過渡結(jié)合相區(qū)未發(fā)現(xiàn)MgAlON相的存在，富鋁尖晶石和AlN未發(fā)生固溶以各自形式單獨(dú)存在，若降低氧化鎂細(xì)粉的粒度則在結(jié)合相區(qū)會(huì)有MgAlON的生成。由此可知，即使在高溫狀態(tài)下也需要較長時(shí)間來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的相平衡，來促進(jìn)AlN相向Mg2AlO4相固溶。

由于以MgAl2O4作為鎂源時(shí)，所制備MgAlON復(fù)合材料具有較高的致密度，Liu等［25］進(jìn)一步制備了MgAl2O4-MgAlON高致密度復(fù)相材料，重點(diǎn)研究了不同MgAlON含量材料的燒結(jié)性能及對(duì)堿性電解液的抗侵蝕性。結(jié)果表明，在1 830℃壓力為5 MPa流動(dòng)氮?dú)鈿夥障聼傻腗gAl2O4-MgAlON復(fù)相材料具有較高的體積密度。隨著MgAlON含量從10%（w）增加到40%（w），抗彎強(qiáng)度從206 MPa增加到248 MPa，維氏硬度從9.5 GPa增加到12.6 GPa。MgAl2O4-MgAlON材料由于其高密度和在試樣中形成的復(fù)合尖晶石，對(duì)堿性電解液具有良好的耐腐蝕性能，腐蝕速率隨MgAlON含量的增加而減小。

為改善單相MgAlON材料的抗氧化問題，Zhang等［26］以Al2O3、MgO、AlN和BN為主要原料，利用固相燒結(jié)法在1 800℃壓力20 MPa氮?dú)鈿夥障卤? h制備了抗氧化性優(yōu)異的MgAlON-BN復(fù)合材料，并重點(diǎn)研究復(fù)合材料的力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。研究表明，在以MgAlON相為基體，BN相為第二相的復(fù)相體系中，由于氮化硼的非活性和層狀結(jié)構(gòu)使得復(fù)合材料的密度、強(qiáng)度和維氏硬度隨BN含量的增加而降低；斷裂韌性隨BN的增加而增加，當(dāng)BN含量為15%（w）時(shí)最大斷裂韌性達(dá)到3.64 MPa·m1/2；隨著BN含量的進(jìn)一步增加，其斷裂韌性呈下降趨勢。斷裂韌性的增加是由于微裂紋的存在，而減少則被認(rèn)為是由于MgAlON相的不連續(xù)組織。低溫下，彎曲強(qiáng)度隨溫度的變化基本保持不變，在800℃時(shí)，彎曲強(qiáng)度隨溫度的變化呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度的提高主要是由于殘余應(yīng)力的降低和復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)的相互交織，防止了晶界滑移，降低了高溫強(qiáng)度衰減率。綜合分析認(rèn)為，在MgAlON材料中引入BN可顯著改善其抗氧化性和力學(xué)性能。

3 直接氮化法

直接氮化法也稱鋁熱還原法，通過引入金屬鋁粉在氮?dú)鈿夥障路磻?yīng)合成MgAlON，常以Al、Al2O3和MgO或MgAl2O4為主要原料。其反應(yīng)機(jī)制可表述為鋁粉與氮?dú)庠?00℃以上反應(yīng)形成AlN，然后Al2O3和MgO在1 100℃以上原位反應(yīng)形成鎂鋁尖晶石，此后在1 300℃以上AlN與MgAl2O4發(fā)生固溶形成MgAlON。由于反應(yīng)過程的不同會(huì)引起MgAlON最終微觀形態(tài)的差異。直接氮化法的優(yōu)勢在于其燒結(jié)溫度低，但由于金屬鋁粉熔點(diǎn)較低（660℃），使得其熔融后填補(bǔ)氣孔而引起氮?dú)膺M(jìn)入大尺寸試樣內(nèi)部困難，易導(dǎo)致試樣氮化不完全。

Yan等［27］采用電熔剛玉、板狀氧化鋁、活性α-Al2O3、高純氧化鎂和金屬鋁粉為原料，鎂鋁酸溶膠作為結(jié)合劑，在流動(dòng)氮?dú)鈿夥障掠? 800℃燒結(jié)合成了MgAlON復(fù)相材料，并分析了其形成機(jī)制。研究表明：在流動(dòng)氮?dú)鈿夥罩校S著溫度升高，所形成的少量Al（g）/Al2O（g）會(huì)沿Al-Al2O3-MgO復(fù)合材料中的孔隙或間隙擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，從而與MgO分解形成的Mg（g）和O2（g）在流動(dòng)氮?dú)鈿夥障掳l(fā)生氣-氣反應(yīng)生成片狀MgAlON；而多數(shù)金屬鋁粉會(huì)被直接氮化形成AlN，然后與Al2O3和MgO反應(yīng)形成的富鋁尖晶石發(fā)生反應(yīng)形成顆粒狀的MgAlON。并進(jìn)一步制備了MgAlON結(jié)合的MgAlON-Zr2Al3C4-（Al2OC）1-x（AlN）x-Al2O3復(fù)合耐火材料［28］。結(jié)果表明：在高溫氮?dú)鈼l件下Al的兩種不同的傳質(zhì)方式（氣相傳質(zhì)和液相傳質(zhì)）會(huì)使得MgAlON尖晶石呈現(xiàn)出不同的形態(tài)（顆粒狀和片狀等）。此外所制備的MgAlON 結(jié)合的MgAlONZr2Al3C4-（Al2OC）1-x（AlN）x-Al2O3復(fù)合耐火材料具有優(yōu)異的理化性能，耐壓強(qiáng)度高于118 MPa，體積密度大于2.90 g·cm-3，抗水化性能高達(dá)210 d，而且表現(xiàn)出良好的抗鋼包渣侵蝕性能；材料表面形成了由尖晶石、鈣長石等組成的反應(yīng)渣層；過渡層為MgAlON分解形成的致密尖晶石層，起到吸收、過濾渣中Mn2+、Fe2+/3+等離子的作用。

Tong等［29］利用氧化鎂、金屬鋁粉和鎂鋁尖晶石為主要原料，鋁酸鎂溶膠為結(jié)合劑在0.1 MPa氮?dú)鈿夥障? 400℃燒成，合成出了含有MgAlON和MgO晶須的復(fù)相鎂鋁尖晶石材料。研究表明，在Al-MgAl2O4-MgO耐火材料的表面和內(nèi)部區(qū)域分別形成了MgAlON晶須和MgO晶須。MgAlON晶須首先向一維方向生長，形成晶須形狀的MgAlON，然后逐漸發(fā)育和生長出一些晶須形狀的MgAlON，形成二維片狀的MgAlON，分析MgAlON晶須的生長過程應(yīng)為受氣固（VS）反應(yīng)機(jī)制控制：MgO晶須沿軸向優(yōu)先生長，形成圓柱形的MgO晶須，然后柱狀MgO晶須進(jìn)一步吸收Mg（g）和O2（g），并沿徑向生長形成方形柱狀MgO晶須。晶須顯著提高了材料的燒結(jié)性能和抗熱震性能。

此外，還進(jìn)一步研究了高氮低氧分壓條件下MgO與Al2O3穩(wěn)定性差異對(duì)Al-MgO-Al2O3復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響［30］。研究表明：在高氮低氧的分壓條件下，與氧化鋁相比MgO更不穩(wěn)定，隨著C-O2反應(yīng)的進(jìn)行，體系內(nèi)氧分壓被進(jìn)一步降低，MgO不穩(wěn)定，分解為Mg（g）和O2（g）。在MgO基體系中，MgO分解量較多，導(dǎo)致局部氧分壓升高，金屬Al部分將被氧化成Al2O（g），與N2（g）、Mg（g）和O2（g）發(fā)生反應(yīng)，生成片狀MgAlON；在Al2O3基體系中，由于MgO分解量減少，氧分壓較低，高溫下金屬Al轉(zhuǎn)變成Al（g），與N2（g）、Mg（g）和O2（g）反應(yīng)生成板片狀MgAlON。Tong等［31］和Ma等［32］還研究了Al粉加入量對(duì)Al-MgO-Al2O3復(fù)合材料性能的影響，研究表明隨著Al粉含量的增加，所形成的AlN、AlON和MgAlON含量增加，并填補(bǔ)在金屬鋁粉反應(yīng)后留下的部分空隙和骨料和基質(zhì)的結(jié)合處，促進(jìn)大顆粒與基體結(jié)合的結(jié)合強(qiáng)度的提升，但整體顯氣孔率仍增加。

4 放電等離子燒結(jié)法

放電等離子燒結(jié)（SPS）是二十世紀(jì)六七十年代發(fā)展起來的一種具有快速升溫、高效燒結(jié)、組織結(jié)構(gòu)可控的材料燒結(jié)新方式［33］。其原理是利用燒結(jié)體在脈沖大電流通過加壓的影響下內(nèi)部顆粒間會(huì)產(chǎn)生放電等離子，從而使顆粒表面活化并實(shí)現(xiàn)自身均勻加熱；瞬時(shí)完成傳質(zhì)和傳熱過程，并在極短的時(shí)間內(nèi)使燒結(jié)體致密化。SPS燒結(jié)成MgAlON的顯微結(jié)構(gòu)比用傳統(tǒng)的無壓燒結(jié)法合成的更均勻致密，晶粒也更細(xì)小，其機(jī)制［15，34］可表述為：在1 200℃以前，MgO和Al2O3首先反應(yīng)形成尖晶石中間體，隨著燒結(jié)溫度升高至1 300℃以上，AlN開始向中間體中固溶形成MgAlON。SPS過程中顆粒間產(chǎn)生放電等離子體，使顆粒表面活化，并在電場作用下迅速完成傳質(zhì)傳熱過程，縮短固溶反應(yīng)所需的時(shí)間，因此可以在短時(shí)間內(nèi)制備出顆粒細(xì)小結(jié)構(gòu)均勻致密的MgAlON材料。

Liu［35］等以Al2O3、AlN和實(shí)驗(yàn)室制備的MgAl2O4混合粉為原料合成了高純度、高燒結(jié)性的Mg-γ-AlON（Mg0.1Al1.53O1.89N0.27）粉體。研究表明，以鎂鋁尖晶石為鎂源制備的粉末具有均勻的顆粒形貌和較小的粒徑，并以合成的MgAlON粉體為原料，經(jīng)1 800℃、5 min的放電等離子燒結(jié)（SPS），在氮?dú)鈮毫?90 MPa、1 800℃熱等靜壓（HIP）2 h制備了高透明MgAlON陶瓷。這說明利用SPS燒結(jié)可制備出純度高，晶型發(fā)育完整，具有高致密度的MgAlON單相材料。

馮曉聰［36］以氧化鎂、氧化鋁和金屬鋁粉為主要原料，利用SPS燒結(jié)技術(shù)合成出了MgAlON復(fù)合材料，并建立用于分析SPS燒結(jié)MgAlON復(fù)合材料過程中顆粒細(xì)化的計(jì)算模型。重點(diǎn)研究了不同燒結(jié)溫度對(duì)制備材料顆粒半徑、物相組成及微觀結(jié)構(gòu)的影響，并進(jìn)一步分析論證了SPS燒結(jié)MgAlON復(fù)合材料的合成機(jī)制和燒結(jié)樣品微觀結(jié)構(gòu)的演變歷程。研究表明：設(shè)定燒結(jié)壓力38 MPa，保溫時(shí)間5 min，隨溫度升高，MgAlON相不斷增加，到1 300℃樣品中絕大部分為MgAlON相，并存有少量AlON相。合成機(jī)制為：直流脈沖電流作用下金屬鋁首先形成頸部并融化，與高純氮?dú)夥磻?yīng)生成AlN，同時(shí)MgO與Al2O3反應(yīng)生成各種鎂鋁尖晶石中間相，950℃時(shí)AlN與Al2O3反應(yīng)生成AlON，并向中間相中固溶生成MgAlON尖晶石，隨溫度升高，反應(yīng)越完全。隨溫度升高，大顆粒解離，小顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象減弱，顆粒間電流的“自調(diào)節(jié)”機(jī)制使顆粒均勻細(xì)化，到1 300℃時(shí)樣品中僅存有少量小顆粒團(tuán)聚物質(zhì)，大量MgAlON顆粒分布均勻，結(jié)構(gòu)相當(dāng)致密。

此外還研究了鋁粉含量及電流分布對(duì)性能的影響［37］。結(jié)果表明：當(dāng)Al體積分?jǐn)?shù)控制在12%以內(nèi)時(shí)，隨著Al添加量的增加，樣品的電流傳輸明顯增加，此時(shí)鋁單顆粒的電流傳輸顯著降低。這表明復(fù)合材料體系內(nèi)的各部分含量對(duì)SPS燒結(jié)制備MgAlON復(fù)合材料的燒結(jié)速度和性能均起到較大影響。商青琳［38］利用SPS燒結(jié)技術(shù)直接制備了透明陶瓷發(fā)現(xiàn)：壓力對(duì)樣品致密化具有較大影響，當(dāng)壓力為60 MPa經(jīng)1 600℃燒結(jié)所制備樣品相對(duì)致密度高達(dá)99.54%，樣品的晶粒尺寸遠(yuǎn)小于無壓燒結(jié)所制備樣品的。

5 總結(jié)與展望

MgAlON是具有尖晶石結(jié)構(gòu)的固溶體材料，不僅在光學(xué)、力學(xué)、介電性等方面表現(xiàn)十分優(yōu)異，而且可作為一種兼有氧化物和非氧化物特性的新型高溫功能材料，目前MgAlON復(fù)合耐火材料的研究還多處于實(shí)驗(yàn)室階段，但其表現(xiàn)出的優(yōu)異抗?fàn)t渣、金屬液侵蝕性及優(yōu)良的抗熱震性和抗剝落性表明其在潔凈鋼和超低碳鋼的冶煉用耐火材料領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景［39］。MgAlON材料的制備方式中碳熱還原氮化法生產(chǎn)成本低，但存在殘?zhí)记闆r需要后續(xù)工藝除碳；固相反應(yīng)法可利用無壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)制備高致密度材料，但反應(yīng)時(shí)間較長且氮化鋁成本高；直接氮化法制備溫度低，但Al粉難以氮化完全，制備材料純度不高、制備技術(shù)難度高，不利于制備大尺寸材料；SPS氮化燒結(jié)法燒結(jié)時(shí)間短，但工藝復(fù)雜難以用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

基于MgAlON材料國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對(duì)其未來發(fā)展方向和研究重點(diǎn)提出三點(diǎn)建議：

（1）優(yōu)化制備工藝，探索相對(duì)較低溫度下制備MgAlON材料的新工藝，并實(shí)現(xiàn)對(duì)固氮量、純度的調(diào)控和生產(chǎn)成本的降低。

（2）在保證其優(yōu)異抗渣及抗金屬液侵蝕性能的前提下，提高M(jìn)gAlON材料的抗氧化性能并拓展其在耐火材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

（3）基于所述四類或優(yōu)化后的制備方法所取得高質(zhì)量科研成果，如何系統(tǒng)性地應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)仍需進(jìn)一步探索。