按照國際標準與我國國家標準，鎂鋁尖晶石質耐火材料的定義為：由鎂砂和氧化鎂含量(質量分數)不小于20%的尖晶石組成的耐火材料。在實際應用中，由于MgO與Al2O3的含量變化范圍很大，因而將以MgO和Al2O3為主要化學成分的耐火材料稱為鎂鋁尖晶石質耐火材料。根據氧化鋁的含量，鎂鋁尖晶石質耐火材料可以分為方鎂石-尖晶石耐火材料(Al2O3含量小于30%)、尖晶石-方鎂石耐火材料(Al2O3含量為30%~68%)、尖晶石耐火材料(Al2O3含量為68%~73%)、尖晶石-剛玉耐火材料(Al2O3含量為73%~90%)和剛玉-尖晶石耐火材料(Al2O3含量大于90%)。 

  鎂鋁尖晶石是一種復合礦物，化學式為MgO·Al2O3或MgAl2O4有時也可簡寫為MA。鎂鋁尖晶石屬立方晶系，密度3.58g/cm，莫氏硬度為8，導熱系數(1000℃)為5.82W/(m-K)，線膨脹系數(20~1000℃)為7.6×10-6℃-1，與剛玉的接近，比方鎂石小得多。MgO-Al2O3二元系相平衡圖如圖1所示。 

                                            圖1 MgO-Al2O3二元系相平衡圖 

  由MgO-Al2O3二元系相平衡圖可以看出，該系統中存在的二元化合物是鎂鋁尖晶石MgO-Al2O3，熔點為2135℃，理論化學組成為：MgO:Al2O3(摩爾比)=1:1，MgO:Al2O3(質量百分比)=28.3%:71.7%。高溫條件下，在理論組成的兩側各有一個范圍較寬的固溶區域。在尖晶石中，2050℃時MgO的固溶量可達10%(質量分數)，Al2O3固溶量更高，超過20%(質量分數)。以理論配比為標準，當MgO含量高于理論組成時，此類尖晶石稱為富鎂尖晶石;當Al2O3含量高于理論組成時，此類尖晶石稱為富鋁尖晶石。以MgO·Al2O3為界，形成了低共熔溫度為2050℃的MgO-MgO·Al2O3系統和低共熔溫度為1920℃的MgO·Al2O3-Al2O3系統，因此MgO與Al2O3無論以何種比例混合，二元混合物的液相出現溫度都超過了1900℃，所以整個系統都屬于耐火性物質。MgO與Al2O3都能部分固溶于鎂鋁尖晶石能其它金屬離子，形成有限型固溶體，鎂鋁尖晶石在MgO中的固溶度在2050℃，可達18%。 

  鎂鋁尖晶石結構穩定，結構中的Al-O鍵和Mg-O鍵都是較強的離子鍵，結合牢固，因而鎂鋁尖晶石硬度大，化學穩定性好，且高溫下具有較強的吸收鐵氧化物的能力。 

  在鎂鋁尖晶石構造中，Al-O、Mg-O之間都是較強的離子鍵，且靜電鍵強度相等，結構牢固。因此，鎂鋁尖晶石晶體的飽和結構，使其具有良好的熱震穩定性能、耐化學侵蝕性能和耐磨性能，能夠在氧化或還原氣氛中保持較好的穩定性。但是在合成鎂鋁尖晶石時，會伴有5%~8%的體積膨脹，而且其再結晶能力差，很難合成致密的鎂鋁尖晶石制品。 

  鎂鋁尖晶石合成的發展歷程 

  鎂鋁尖晶石合成的發展大致經歷了三個時期： 

  第一個階段是采用高純鎂砂和α-Al2O3為原料合成鎂鋁尖晶石。這個階段主要利用MgO和α-Al2O3在高溫燒成過程中生成部分鎂鋁尖晶石，所得產品被稱為代尖晶石，但因為產品的強度低，熱震不太好而被第二代尖晶石取代。 

  第二代尖晶石是采用高純MgO、電熔MgO和預合成鎂鋁尖晶石為主原料生產所得，這一代產品不僅強度高，而且氣孔率低，熱震穩定性比較好，但缺點是導熱系數比較大，易造成回轉窯簡體溫度過高，不僅熱損失大，而且簡體易變形。 

  第三階段，也就是現在，國內外都在研究和推廣低導熱系數的鎂鋁尖晶石磚。國外普遍采用代尖晶石和第二代尖晶石復合的辦法來增加產品中微裂紋的量，從而形成多渠道熱傳遞“屏障”以達到降低鎂鋁尖晶石磚導熱系數的目的。國內采用的是與國外不同的方法來實現鎂鋁尖晶石產品的低導熱性，具體做法是將靠近大頭部位1/4面積做成復合層，使其導熱系數大幅度降低，而且通過特殊方法使復合層與工作層很好的融為一體，從而達到降低導熱系數的目的，現該產品已研制成功。 

  現在，資料中不斷出現第四代尖晶石的相關報道，第四代尖晶石采用電熔鎂砂、電熔尖晶石為主要原料研制而成，據介紹可以提高抗侵蝕性，且熱震穩定性也不錯。相信第四代尖晶石的合成將是現在和今后一段時間的重點研究方向。