陶瓷輥棒應用於連續式滾輪窯爐中，承載及傳送陶瓷製品，以完成高溫燒成之目的。隨著滾輪窯爐斷面加寬、高燒成溫度及高荷重的發展趨勢下，在各種陶瓷輥棒材質中，莫來石-剛玉的複合材質輥棒因具有高溫力學性能佳、耐火度高且優異的抗熱震等特點，廣泛用於瓷磚、日用瓷、金屬熱處理、藝術陶瓷和鋰電池電極材料的製造。

針對莫來石-剛玉的複合材質輥棒，在窯爐中長時間使用常出現的問題及如何延長使用壽命?

彙整各學術研究單位及業界的經驗分享，提供輥棒使用者正確、有效的管理，降低生產成本。

由於輥棒在上述不同區域使用，各區不同的溫度及化學氣氛直接影響了輥棒的結構，進而改變原有的性能。福州大學的研究結果如下:

由上表輥棒組成變化可歸結如下:

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  1.      莫來石(3Al2O3˙2SiO2)低膨脹係數、熱穩定良好的特性、可提高使用壽命，是輥棒中最希望的晶相，含量越多越好。表中隨著窯爐使用溫度上升而含量下降。其中急冷區溫度從1100℃驟然降至800℃，伴隨瞬間劇烈的溫度梯度產生的應力，導致輥棒結構出現微裂紋；而此區的氣氛因溫度驟降引入水蒸氣，加速了莫來石的分解，下降率達11.5%。

• 2.      剛玉(Al2O3)熔點高、硬度大、耐化學侵蝕，可提高荷重軟化點溫度，這種最穩定的氧化鋁晶形的存在提昇了輥棒的使用溫度，即耐火度。其含量變化從新品17.7%到急冷區22.5%，變化不大，不影響輥棒耐火度的性能。

• 3.      矽酸鎂鈣 (CaMgSi2O6)屬玻璃相原料，促進胚體的燒結，增加強度。而表中的析晶數量隨溫度升高而上升，新品1.5%到燒成區7.6%，及使用時間增加而增多。大量矽酸鎂鈣的析晶會導致輥棒熱穩定性及強度的降低，縮短使用壽命。

• 4.      體積密度(Bulk Density)、氣孔率及吸水率 : 預熱區、燒成區隨著使用溫度上升，玻璃相(矽酸鎂鈣)析晶數量增加，反應生成的莫來石數量增多，表現出體積密度下降，新品>預熱區>燒成區>急冷區，而氣孔率和吸水率上升，新品<預熱區<燒成區<急冷區；急冷區因劇烈溫度梯度，造成各晶相的收縮不一，,晶界上產生應力，內部形成微裂紋；而輥棒表面在急冷的瞬間，表面是張應力，而裏層是壓應力，使材料表面產生裂紋，導致體積密度和強度下降。

綜合上述，為延長輥棒壽命，使用建議如下:

• 1.      將燒成區的輥棒半年至一年定期交換至預熱區使用。
• 2.      預熱區的輥棒定期更換至燒成區使用。

參考資料:

• 1.      于岩、阮玉忠、吳任平、張蔚、杜育紅、林春鶯-“陶瓷輥棒在輥道窯使用過程中晶相結構與性能變化”，結構化學，2002 .9，21卷5期。

• 2.      Eugene Medvedovski, “Alumina–mullite ceramics for structural applications”, Ceramics International 32 (2006) 369–375