采用高温固相反应法制备了具有不同成分的富铝镁铝尖晶石固溶体，采用同步辐射X射线衍射和Rietveld结构精修方法对固溶体的晶体结构进行了研究。Al³⁺取代[TO₄]四面体中的Mg²⁺，同时在[MO₆]形成阳离子空位，形成富铝尖晶石。建立了固溶体成分与晶胞参数的线性关系，晶胞参数随富铝尖晶石中Al₂O₃含量的增加而下降，四面体中T-O键长随晶胞参数增加而下降，八面体中M-O键键长保持稳定，即晶胞参数的下降主要是由于四面体位置Al³⁺半径与Mg²⁺半径差异导致而不是阳离子空位的增加。

采用高温原位XRD方法研究了固溶体的热稳定性和晶格热膨胀行为。室温-1 300 ℃，富铝尖晶石固溶体的热膨胀系数相近，均超过10.0×10^-6/℃。随着Al₂O₃含量增加，八面体[MO₆]中阳离子空位增加，晶格畸变增加，反应活性增加，对M²⁺固溶能力增加，用于刚玉-尖晶石浇注料，对抗渣侵蚀性能有利。但高铝富铝尖晶石固溶体热稳定性较差，在1 200-1 300 ℃就会发生脱溶，形成刚玉和固溶度相对较低的富铝尖晶石。

以不同成分的富铝尖晶石固溶体粉体为原料，经成型、1 750 ℃常压烧结制备了尖晶石陶瓷，采用激光闪射法研究了陶瓷的导热性能。随着Al₂O₃固溶量增加，由于Mg²⁺、Al³⁺质量、半径的差异，同时形成了阳离子空位，晶体结构内部点缺陷增加，引起强烈的点缺陷散射效应，使得富铝尖晶石固溶体的导热系数随之明显降低。

作者简介：

张锦化，武汉科技大学材料学部，副教授，硕士生导师。2012年博士毕业于中国地质大学（武汉）岩石矿物材料学专业。主持和参与湖北省自然科学基金、"十二五"科技支撑计划、国家自然科学基金、校企合作项目等多项课题的研究工作。在《Journal of the American Ceramic Society》《Journal of Alloys and Compounds》及《Ceramics International》等期刊发表科研学术论文50余篇，申报国家发明专利16项（其中11项已授权），合作编著出版学术工具书《矿物X射线粉晶鉴定手册（图谱）》1部。主要研究方向：硼化物微纳米粉体制备研究；刚玉-尖晶石耐火材料原料开发；热障涂层材料；碳化硅基耐火材料及陶瓷材料；固体废弃物资源化利用。