硅酸盐晶体结构

1、*硅酸盐晶体结构*2（1）硅酸盐晶体结构的分析思路（2）材料化学组成 结构（聚集态）晶态或非晶态。 金属材料： 无机材料： 高分子： 晶态（体） 非晶态（体） 准晶态（体）！表2-7 结构类型 和 Si:O比3.3.3 硅酸盐晶体结构(Silicate crystal structure)？掌握要点：*33.3.3 硅酸盐晶体结构(Silicate crystal structure)1. 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)（广义的陶瓷，Ceramics）： 硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐以及某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物等

2、。第3章 晶体结构 Crystal Structure*4（2）新型无机材料(功能陶瓷,Advanced ceramics, Functional ceramics ）：特殊性质和用途的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等材料。压电、铁电、导电、半导体、磁性、超硬、高强度、超高温、生物工程材料及无机复合材料等。先进陶瓷、非晶材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等。 （1）传统无机材料 （传统陶瓷, Traditional ceramic ）: 水泥/陶瓷/玻璃/耐火材料等。*53.3.3 硅酸盐晶体结构(Silicate crystal structure)（1）硅酸盐晶体-构成地壳的主要矿物，水泥

3、/陶瓷/玻璃/耐火材料的主要原料/组成（主晶相）。 （2）化学组成：硅Si和氧O，50多种阳离子。第3章 晶体结构 Crystal Structure*6 （3）硅酸盐结构特点： 结构中Si4+间没有直接的键， 通过O2连接起来的。 氧O的电负性大于硅Si， SiO键：极性共价键， 电子偏向O原子，Si原子-正电荷。 硅酸盐的结构虽然复杂，但都是以SiO4四面体作为基础的。 SiO4的联接方式?A.共顶：通常B. 不共棱； C. 不共面。每个O2只能连接 2个SiO4 四面体。*8硅酸盐化学式表达方法：两种（2）结构式: 无机络盐（络阴离子）钾长石：KAlSi3O8 ；高岭土：A1Si2O5(

4、OH)4，绿宝石：Be3A12Si6O18。（1）氧化物：钾长石：K2OAl2O36SiO2 ；高岭土：Al2O32SiO22H2O；绿宝石： 3BeOAl2O36SiO2。 *9K2OAl2O36SiO2 ； KAlSi3O8 ； 氧化物（化学式）可以一目了然地反映晶体的化学组成.可以按此配料进行晶体的实验室合成。 结构式（无机络盐）可以直观地反映晶体所属的结构类型，可以预测晶体结构和性质。 两种表示方法可以互换。 (4)硅酸盐结构形式根据SiO4间的共顶情况，硅酸盐结构形式：一、岛状结构硅酸盐二、组群状（环状）结构硅酸盐 三、链状结构硅酸盐 四、层状结构硅酸盐五、架状结构 ！表2-7 结构

5、类型和 Si:O比*11一、岛状结构硅酸盐island structure 硅氧四面体间孤立存在。 SiO4 被金属离子MO6八面体隔开 形成孤立的岛状。2种多面体：SiO4四面体 MO6八面体。镁橄榄石(Mg2SiO4, forsterite ) :孤岛状结构硅酸盐。 2种多面体： SiO4 和MgO6八面体。孤立的SiO44由Mg2连接。镁橄榄石(Mg2SiO4)： 斜方（正交）晶系,Z=4*13高度稳定，熔点高达1890，是镁质耐火材料中的主要矿物组成。 镁橄榄石(Mg2SiO4)：强Si-O，Mg-O键，各方向相差不大。有较高的硬度，结构稳定。没有明显的解理，破碎后呈粒状。*14锆石

6、ZrSiO4、橄榄石(MgFe)2SiO4)、蓝晶石Al2O3SiO2、Al2(SiO4)O ，三斜晶系 莫来石3Al2O32SiO2水泥熟料中的C2S（Ca2SiO4）和C3S等。 -C2S配位规则，惰性大， -C2S配位不规则，活性大。 岛状硅酸盐镁橄榄石(Mg2SiO4)： 同型结构二、（组群状）环状结构硅酸盐 Group structure (ringstructure) SiO4 共顶联接，闭合环。络阴离子团结构通式为SiO3n2n。六节环三节环四节环*16活性（非桥氧）：四面体群中电价未饱和的氧。非活性氧（桥氧）：四面体群中电价饱和的氧。桥氧：1个桥氧：3个桥氧：4个桥氧：6个氧的

7、状态？活性氧非活性氧*17Si:O=1:4Si:O=1:3.5Si:O=1:3Si:O=1:3Si:O=1:3六节环三节环四节环Be3Al2Si6O18Be Al 绿宝石Be3Al2Si6O18为典型的六节环状结构。绿宝石Be3Al2Si6O18六方晶系基本结构 单元：6个SiO4形成的六节环；六节环之间靠Al3+和 Be2+离子 连接；绿宝石Be3Al2Si6O18 六方晶系Al3+Be2+绿宝石晶体六方或复六方柱晶形.*24叠置六节环内形成巨大通道; 贮存 K+、Na+、Cs+、H2O，离子导电的载体。绿宝石Be3Al2Si6O18 铍的工业来源。晶体受热时，大空腔使晶体热膨胀降低。 三、

8、链状结构硅酸盐 chain structure *27单链状结构硅酸盐：SiO4共用两顶联接，在一维方向无限延伸。 络阴离子式为Si2O64.辉石：单斜晶系 CaMgSi2O6 , Mg2Si2O6Si:O=?短柱状透辉石*28？络阴离子式：双链状结构硅酸盐：透闪石tremolite ： 单斜晶系 Ca2Mg5Si4O11(OH)2Si4O116离子堆积紧密,高绝缘性-无线电陶瓷和微晶玻璃. 链上是强极性共价键Si-O，链间是离子键M-O。 链上的键合较强而链间键合较弱。 沿链间结合较弱处劈裂成纤维 (如：石棉细长纤维状)。 各向异性， 解理易在链间发生， 解理面间有一定的角度。链状结构硅酸盐

9、的特点：四、层状结构硅酸盐 Layer Structure SiO4中共用三个顶角氧。Si4O104？络阴离子式：*32two-dimensional silicate sheet structure having a repeat unit formula of (Si2O5)2- .滑石talcMg3Si4O10 (OH)2白云母muscoviteKAl2AlSi3O10 (OH)2高岭石KaoliniteAl4Si4O10 (OH)8单网层结构：一八面体层 + 一四面体层双层矿或11型。高岭石：三斜晶系 。复网层结构：一层八面体+二层四面体连接。 三层矿或21型。白云母，滑石：单斜晶系

10、。 *34The structure of kaoliniteclay. (Adapted from W. E. Hauth,“Crystal Chemistry of Ceramics,”American Ceramic Society Bulletin,Vol. 30, No. 4, 1951, p. 140.)水分子不易进入单网层之间， 无滑腻感。不易发生离子取代。氢键双层型(TO型)结构单元层三层型(TOT型)结构单元层 *36高岭石 三斜晶系 高岭石质地较纯，熔点较高，是陶瓷、水泥、涂料的主要原料。Al4Si4O10 (OH)8*37白云母单斜晶系 良好的抗腐蚀性、耐热冲击性、机械强

11、度和高温介电性能，是新型的电绝缘材料。*38黑云母单斜晶系 39滑石三斜晶系 易解理为片状，滑腻感强，是爽身粉的主要原料。进行单、双杠器械运动时，滑石等常用作固体润滑剂。脱水效应：陶瓷和玻璃工业的重要原料。五、架状结构 framework structure SiO4所有四个顶角氧均共用， 在三维空间形成规则的架状网络。纯晶态SiO2（石英 quartz ）的晶体结构。Si:O=1:2*41Si-O键强度很高，键合力在三维空间比较均匀。SiO2晶体熔点高、硬度大、化学稳定性好，无明显解理。*42*43存在对称中心存在对称面*45*46-方石英立方晶系，空间群:晶格常数，晶胞分子数Z=8， -方

12、石英结构*47-磷石英六方晶系，空间群 晶格常数晶胞分子数Z=4。 *48六方晶系:鳞石英立方晶系：方石英*49-石英六方晶系，空间群:6次螺旋轴 .Si-O-Si夹角为150。 -石英中Si4+在(0001)面上的投影 *50-石英平行（0001）的结构链连接形成的格架*51-石英平行（0001）的结构空间群P642，ao=0.501nm，co=0.547nm。*52当石英结构中有A13+取代Si4+时，O2-电价不饱和。引入K+、Na+、Ca2+、Ba2+等离子以平衡电价； 架状结构: 长石族、霞石和沸石等。高温钾长石KAlSi3O8： 四分之一的Si4+被Al3+置换。 为保持电中性，同时引入K。SiO4和AlO4四面体组成架状结构， 形成一个四联环。 2.长石晶型结构长石是陶瓷和玻璃的重要原料之一。类型有：钾长石 KAlSi3O8 钠长石 NaAlSi3O8钙长石 CaAl2Si2O8 钡长石 BaAl2Si2O8 吸附