传统陶瓷中的大部分原料及成品以及一些新型产品都是由硅酸盐组成的,因此有必要对硅酸盐结构作简单的了解。
研究发现,硅酸盐是由硅氧四面体[SiO4]为基本结构单元的各种硅氧集团组成的。
1.结构规则
(1)构成硅酸盐的基本结构单元是硅氧四面体[SiO4],由于Si,O的电负性差为1.7,故离子键和共价键各占50%。
(2)硅氧四面体可以独立地存在于结构中,或通过共顶点互相连接。一个氧最多能被两个硅氧四面体所共有。
(3)Si—O—Si键角不是180°,而是145°左右。
2.硅酸盐晶体结构的分类
硅氧四面体[SiO4]的四个顶点在全部共用的空间网络结构与完全没有共用顶点的岛状结构中间,可以形成1、2、3个共用顶点的结构,分别如下:
(1)岛状硅酸盐
一个单独的硅氧四面体有四个负电荷,如果有足够的其它阳离子R存在,使化合价达到饱和,就可以出现不直接互相连结的单独
镁橄榄石Mg2SiO4,锆英石ZrSiO4等就是这种结构的代表。
(2)鼓型(双四面体)硅酸盐
(3)环状及链状硅酸盐
在偏硅酸盐中,一个硅氧四面体有两个顶点被共用,而形成各种环状与链状结构(如图8-8)结合的长链,既可以是单链,也可以是双链。链上未饱和的氧离子靠金属阳离子(如Mg2+,Ca2+等)饱和,并且把链与链连接在一起。辉石族是陶瓷中主要的链状结构硅酸盐。滑石瓷的主要晶相是顽火辉石晶体Mg2[Si2O6]。石棉是闪石类矿物,具有双链结构,它呈细长纤维状就是链状结构决定的。
(4)层状硅酸盐结构
的。硅氧四面体的第四个顶点(O2-)则与金属阳离子结合。在层状结构中,层与层之间靠分子间力或氢键结合,比层内的Si—O键结合力小得多,故这种结构材料可以沿层与层之间劈开成薄片,很容易产生层与层之间滑移。属于这一类材料有高岭石、云母和滑石。
(5)骨架状结构
在骨架状结构中,硅氧四面体之间共有四个顶点,[SiO4]四面体构成三维无限骨架状结构。陶瓷材料中,非常重要的硅石英(SiO2)就具有由[SiO4]四面体组成的三维骨架结构。除此以外,陶瓷中常用的长石也属于骨架状结构,由于它的空隙大,密度低,空间骨架结构易形成玻璃相,故在陶瓷中,长石常起助熔作用。作为分子筛材料的沸石,也具有骨架状结构,但其空隙比长石大,它能将水分子吸入骨架的空隙中成为结构水,在受热时又复释出。沸石可在分子尺度上分离各种混合物。