玻璃熔窯中黏土質耐火材料的蝕變
當黏土質耐火材料在高溫下與玻璃液接觸時,最初是磚體表面被熔融玻璃所浸潤。此後,由於毛細管的作用,熔融玻璃被吸入磚的氣孔之中,熔融體中富含鹼金屬的離子就會向氣孔周圍熟料品相的間隙中逐步擴散,交代反應於是發生。玻璃液首先溶解耐火材料中的遊離SiO2,莫來石被溶解則以較小的速度進行,因此它聚集到玻璃液與耐火材料的介面上。之後,小結晶的莫來石溶解了,而在氣孔附近或與玻璃液接觸的介面上產生重結晶長大的(次生的)莫來石。熟料中間還可能轉化分解成β-Al2O。由於交代不深,這些晶粒尺寸多是很細。此外,交代反應還形成一部分與原始玻璃液組成不同的玻璃相,這是由於熟料被部分溶解,熔融物中增添了SiO2和Al2O2成分,這些熔融物將擴散到玻璃液的其餘部分中去隨著交代反應的發展,熟料顆粒將逐步解體,成為殘餘團粒,在其周圍就可能出現發育長大的莫來石和β-Al2O3,在介面層中發生β-Al2O結晶的聚集。還可能出現霞石和玻璃相,在此階段Na2O、K2O已滲透到熟料團粒中間。它與熟料中的莫來石反應如下:
3Al2O3・2SiO2+Na2O=NaO・Al2O3・2SiO2+2Al2O3
莫來石 霞石
莫來石與R2O共存時,在較低溫度下就會分解。R2O量越多,則莫來石分解成為剛玉和霞石質液相的溫度就越低。鹼性組分由交代介面進入磚體內部是逐步向內擴散的,因此在介面層鹼性組分高,BAl2O3結晶聚集也較多。
交代作用進一步發展,熟料顆粒就可能轉化成零落碎層,甚至會全部轉化為次生的或新礦相,它們主要包括次生的莫來石和分解轉化而來的BAl2O以及交代反應生成的霞石、三斜霞石、白榴石、正長石、鈉長石等。進一步遭受侵蝕後,它們會熔化進入玻璃液中,成為高鋁質條紋或疙痞。
這種侵蝕在玻璃液麵處最為激烈,這裡不但溫度高,還處於氣、液、固三相交界處,面且會受到配合料中鹼液和硝水的作用。硝水與黏土磚反應會生成SiS,這種物質分解時產生氣體使磚的變質層發泡,從而加速侵蝕。鹼金屬氧化物的揮發物1000~1100℃時,可以與黏土磚發生反應,即R2O與黏土磚中的莫來石反應生成剛玉與霞石質玻璃相。後者繼續受到R2O作用生成長石質玻璃相。如果R2O中的主要成分為K2O,則可在黏土磚表面生成一層高黏區的鉀石和BAl2O2強有力的保護層。但磚中如含SiO2成分較少時,與R2O反應後會使這層玻璃質釉層剩落。