2 註解
傳統陶瓷材料的主要成分是硅酸鹽,自然界存在大量天然的硅酸鹽,如岩石、砂子、粘土、土壤等,還有許多礦物如雲母、滑石、石棉、高嶺石、鋯英石、綠柱石、石英等,它們都屬於天然的硅酸鹽。此外,人們爲了滿足生產和生活的需要,生產了大量人造硅酸鹽,主要有玻璃、水泥、各種陶瓷、磚瓦、耐火磚、水玻璃以及某些分子篩等。硅酸鹽制品性質穩定,熔點較高,難溶於水,有很廣泛的用途。
硅酸鹽制品一般都是以粘土(高嶺土)、石英和長石爲原料。粘土的化學組成爲Al2O3·2SiO2·2H2O,石英爲SiO2,長石爲K2O·Al2O3·6SiO2(鉀長石)或Na2O·Al2O3·6SiO2(鈉長石)。這些原料中都含有SiO2,因此在硅酸鹽晶體結構中,硅與氧的結合是最重要的。
硅酸鹽材料是一種多相結構物質,其中含有晶態部分和非晶態部分,但以晶態爲主。硅酸鹽晶體中硅氧四面體[SiO4] 是硅酸鹽結構的基本單元。在硅氧四面體中,硅原子以sp3雜化軌道與氧原子成鍵,Si—O鍵鍵長爲162pm,比起Si4和O2-的離子半徑之和有所縮短,故Si—O鍵的結合是比較強的。
[SiO4]四面體的每個頂點上的O2-只能爲兩個[SiO4]四面體所公用,按照[SiO4]四面體公用頂點的不同,可將硅酸鹽分爲四大類:分立型、鏈型、層型和骨架型,列於表7-5中。圖7-12示出了一些分立型、鏈型(單鏈和雙鏈)、層型和骨架型的硅酸鹽骨架。
硅酸鹽中除了SiO2外,還含有Al2O3。由於Al3的半徑與Si4相近,所以Al3可以置換硅氧四面體中的Si4,形成鋁氧四面體[AlO4]。由於鋁是 3價的,因此置換後必然要引進其他陽離子以保持電荷平衡。
硅酸鹽都需要高溫燒結。粘土在高溫下先脫水,然後轉化爲莫來石(3Al2O3·2SiO2),耐火材料基本上由石英、莫來石和玻璃構成。