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粘土磚的礦物組成主要是高嶺石（Al2O3·2SiO2·2H2O）和6~7的雜質（鉀、鈉、鈣、鈦、鐵的氧化物）。粘土磚的燒成過程，主要是高嶺石不斷失水分解生成莫來石（3Al2O3·2SiO2）結晶的過程。粘土磚中的SiO2和Al2O3在燒成過程中與雜質形成共晶低熔點的硅酸鹽，包圍在莫來石結晶周圍。
粘土磚屬于弱酸性耐火制品，能抵抗酸性熔渣和酸性氣體的侵蝕，對堿性物質的抵抗能力稍差。粘土磚的熱性能好，耐急冷急熱。

粘土磚的耐火度與硅磚不相上下，高達1690~1730℃，但荷重軟化溫度卻比硅磚低200℃以上。因為粘土磚中除含有高耐火度的莫來石結晶外，還含有接近一半的低熔點非晶質玻璃相。
在0~1000℃的溫度范圍內，粘土磚的體積隨著溫度升高而均勻膨脹，線膨脹曲線近似于一條直線，線膨脹率為0.6~0.7，只有硅磚的一半左右。當溫度達1200℃后再繼續升溫時，其體積將由膨脹最大值開始收縮。粘土磚的殘余收縮導致砌體灰縫的松裂，這是粘土磚的一大缺點。當溫度超過1200℃后，粘土磚中的低熔點物逐漸熔化，因顆粒受表面張力作用而互相靠得很緊，從而產生體積收縮。

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