刚玉、尖晶石、莫来石、方镁石等晶体长得有什么不同？

日期：2022-03-15 浏览次数：次

对于材料来说，各种宏(hong)观性质源出于本身的(de)微(wei)观结构，晶体(ti)内部原子的(de)排列具(ju)有周期性，外部呈现(xian)出规则外形，比如(ru)钻石。早年受限于检测技(ji)术，只(zhi)得通过晶体(ti)的(de)2D形状综合(he)建立3D图像(xiang)，如(ru)今应用SEM和FESEM可直接观察(cha)到晶体形状，并借助于能(neng)谱(pu)仪(yi)和波谱(pu)仪(yi)表征(zheng)其元素组成，对于材料制(zhi)备及应用技术的研究发展是一大推动(dong)。

形状规则的晶体

形状规则(ze)的晶(jing)体

刚(gang)玉、镁铝尖晶石、莫来石和(he)方(fang)镁石都是最被熟知(zhi)的(de)(de)，也(ye)是构(gou)成无机材料(liao)的(de)(de)主(zhu)要物(wu)相，下面小(xiao)编将从晶体(ti)微观(guan)结(jie)构(gou)的(de)(de)角度(du)带大家看看这(zhei)几种材料(liao)的(de)(de)独(du)特结(jie)构(gou)性质(zhi)。

一、刚玉

天然存在的α型氧化铝晶体(ti)叫做刚(gang)玉，常因含有(you)不(bu)(bu)同的杂(za)质(zhi)而呈(cheng)现不(bu)(bu)同的颜(yan)色。刚(gang)玉一(yi)般呈(cheng)带(dai)蓝或带(dai)黄(huang)的灰色，有(you)玻璃(li)或金刚(gang)光(guang)泽，密度在(zai)3.9-4.1g/cm3，硬(ying)度8.8，仅次于(yu)金刚石和碳(tan)化硅，能耐高温。

颜色各异的刚玉

颜色各异的刚玉(yu)

由于(yu)天(tian)然刚(gang)玉产量供不应求，因此工业上用的刚(gang)玉多为人造刚(gang)玉。随着(zhe)加工工艺(yi)和参(can)杂(za)的其(qi)它元(yuan)素成(cheng)分的不同，刚(gang)玉可分为白刚(gang)玉、棕刚(gang)玉等多种类(lei)型，应用于(yu)精密铸造、耐火材(cai)料、陶瓷(ci)、电子(zi)绝(jue)缘保护材(cai)料等。

在1200 ~ 1300℃温度范围(wei)内煅烧(shao)水铝石等前驱体可得到纳(na)米级粒状(zhuang)氧(yang)化(hua)铝，而经1600℃保(bao)温6 h烧后的(de)水铝(lv)石(shi)可获得(de)20 ~30um、自形发(fa)育程度不同的(de)刚玉晶体。

纳米氧化铝团聚体

纳米氧(yang)化铝团聚体

刚玉晶体

刚(gang)玉(yu)晶(jing)体

二、镁铝尖晶石(shi)

镁铝尖晶石（magnesia-alumina，MA）是(shi)具有尖晶石结构(gou)的氧化物中的一种，化学(xue)表达式为MgAl₂O₄，是(shi)MgO-Al₂O₃二(er)元系中唯(wei)一(yi)的二(er)元化合(he)物，它与MgO、Al₂O₃之间彼此都(dou)能部分固(gu)溶，形成有限(xian)固(gu)溶体。

镁(mei)铝尖晶(jing)石是高熔点(2135℃)的(de)耐火材(cai)料(liao)，具有较(jiao)高的(de)抗(kang)渣侵蚀性、抗(kang)热震性和高温耐压强(qiang)度高，优(you)质的(de)预合成(cheng)尖晶石为不定形及定形高纯耐火材(cai)料(liao)的(de)生(sheng)产提供了新的(de)原料(liao)，因(yin)此得到(dao)了广(guang)泛的(de)应用。

镁铝尖晶石

镁铝尖晶(jing)石

1. MA自形晶

MgAl₂O₄的(de)自形晶(jing)(jing)（晶(jing)(jing)体(ti)(ti)形状与构造吻合）为典型的(de)立方晶(jing)(jing)系正八(ba)面体(ti)(ti)。许多晶(jing)(jing)体(ti)(ti)生长(zhang)过程受析(xi)晶(jing)(jing)环境(jing)的(de)影响和(he)制约，只有(you)部分自熔体(ti)(ti)（液相(xiang)）中析(xi)出的(de)晶(jing)(jing)体(ti)(ti)可保持(chi)自形，至(zhi)于(yu)多晶(jing)(jing)烧结材(cai)料则(ze)难以呈现自形生长(zhang)形貌。MA除液相(xiang)析晶外，固相(xiang)和亚固相(xiang)烧结材料亦可一定程度地保持自形。

经1600℃烧结，MA晶体(ti)自(zi)形化的效果很明显，但晶体(ti)尺寸也不过2~3 um，而且(qie)观察不到晶体(ti)长大的(de)过程。通常，以氧化物为原料(liao)烧结合成的(de)尖(jian)晶石材料(liao)中的(de)晶体(ti)尺寸(cun)可达10 ~ 30 um，因温度和作用时间的不同，可(ke)以呈现(xian)出各种(zhong)晶面生长(zhang)形貌，但不似自形化形貌规整。

自形的MA晶体形貌

自(zi)形(xing)的MA晶体(ti)形貌

2. MA晶体(ti)的台(tai)阶(jie)生长

晶(jing)体的台阶生(sheng)长(zhang)是常见现象，特(te)别是经烧结(jie)过程形成的尖晶(jing)石，在一(yi)定温度下会随着时间的延长(zhang)、台阶群的增长(zhang)而促(cu)使(shi)晶(jing)体长(zhang)大。

MA 晶体的台阶生长形貌

MA 晶(jing)体的台阶生长形(xing)貌

三(san)、莫来(lai)石(shi)

莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)是唯一(yi)(yi)一(yi)(yi)种(zhong)在常压下存在的二元Al₂O₃-2SiO₂相物质(zhi)。它是(shi)一种优质(zhi)的耐火材(cai)料，还可(ke)以(yi)作(zuo)为低介电常(chang)数(shu)基片(pian)材(cai)料，具有膨胀(zhang)均(jun)匀、热震稳定(ding)性极好(hao)、荷重软(ruan)化点(dian)高、高温蠕变值(zhi)小(xiao)、硬(ying)度大、抗化学腐蚀性好(hao)等(deng)特(te)点(dian)，被广(guang)泛应(ying)用于冶金、玻璃、陶瓷等(deng)领域，因为天然莫(mo)来(lai)石很少(shao)，所以(yi)常(chang)见的为烧(shao)结和电熔(rong)莫(mo)来(lai)石。

电熔莫来石

莫来石(shi)属于斜方晶(jing)(jing)(jing)系，具有长柱状结晶(jing)(jing)(jing)习性，但自形发(fa)展常受(shou)到环境(jing)限制，只有当(dang)存(cun)在(zai)一定液相(xiang)时析晶(jing)(jing)(jing)（或(huo)刚玉与(yu)液相(xiang)发(fa)生(sheng)包晶(jing)(jing)(jing)反应）而(er)呈柱状结晶(jing)(jing)(jing)。对比之(zhi)下，包晶(jing)(jing)(jing)生(sheng)成(cheng)的(de)莫来石(shi)与(yu)液相(xiang)析晶(jing)(jing)(jing)及均匀(yun)的(de)固相(xiang)反应生(sheng)成(cheng)的(de)莫来石(shi)相(xiang)比，组成(cheng)不(bu)均匀(yun)。

液相析晶及均匀固相反应的莫来石形态

液相析晶及均(jun)匀固相反应的莫(mo)来(lai)石形态

莫来石分为3种类型：α-莫来石，相当(dang)于纯(chun)的3Al₂O₃·2SiO₂，简称3:2型；β-莫来石(shi)，固(gu)溶有过剩的Al₂O₃，晶格(ge)略(lve)显(xian)膨(peng)胀，简称2:1型；γ-莫来石，固溶(rong)有少量TiO₂和(he)Fe₂O₃。

四、方镁石

方镁石(periclase)，是一种镁的(de)氧化物矿(kuang)物，化学(xue)成份为MgO，一般为(wei)(wei)无色(se)到浅灰色(se)的玻(bo)璃状(zhuang)颗粒，也(ye)有绿色(se)、黄色(se)或(huo)黑色(se)的，属于立方(fang)系，其自形(xing)晶为(wei)(wei)六面(mian)体和八面(mian)体，亦(yi)可成为(wei)(wei)多种(zhong)形(xing)状(zhuang)，如电熔材料(liao)中常有柱状(zhuang)晶和纤(xian)维状(zhuang)晶等。

方(fang)镁(mei)(mei)石(shi)可(ke)以(yi)作用(yong)制(zhi)作高级耐火材料（如镁(mei)(mei)铝砖(zhuan)、方(fang)镁(mei)(mei)石(shi)-尖晶(jing)石(shi)砖(zhuan)），还用(yong)于(yu)制(zhi)无线电(dian)(dian)陶(tao)瓷零件，以(yi)及电(dian)(dian)热器(qi)的(de)填料，生产镁(mei)(mei)粘合剂(ji)，粘胶，隔热材料等产品，在橡塑中用(yong)作填充型阻(zu)燃剂(ji)。除(chu)此(ci)之外，还可(ke)以(yi)用(yong)作微晶(jing)玻璃、热电(dian)(dian)偶、高温电(dian)(dian)缆、电(dian)(dian)热电(dian)(dian)阻(zu)器(qi)的(de)绝缘材料等优(you)质原料。

方镁石

1. 致(zhi)密(mi)化的多晶结构

致(zhi)密化的(de)烧结方(fang)镁石不(bu)(bu)具备自由生长(zhang)空间，只(zhi)在不(bu)(bu)同(tong)程度的(de)粒状(zhuang)范围(wei)内生长(zhang)，因晶(jing)(jing)间结合(he)状(zhuang)态而呈现不(bu)(bu)同(tong)的(de)形状(zhuang)和大小。方(fang)镁石晶(jing)(jing)体(ti)有明显的(de)直齿形轮廓，晶(jing)(jing)内多微孔，这些包裹于晶(jing)(jing)内的(de)微孔将不(bu)(bu)易消失，直至晶(jing)(jing)体(ti)熔融。

含晶内微孔的方镁石

含晶内微孔(kong)的方镁(mei)石(shi)

2. 特异形貌

固相(xiang)和亚固态(tai)烧结(jie)的方镁石(shi)材料中(zhong)的晶体形状(zhuang)会因生长空(kong)间的条件局限(xian)而呈现奇异的表(biao)面(mian)形态(tai)。

方镁石自由生长的形貌

方镁石自(zi)由生长(zhang)的形(xing)貌

3. MgO纤维

MgO在低氧分压、高温作(zuo)(zuo)用下(xia)，会(hui)蒸发并(bing)形成纤维(wei)状结晶(jing)，在长(zhang)时间作(zuo)(zuo)用下(xia)甚至在1500～1600 ℃便会(hui)蒸发而纤(xian)维化。如以镁铝砖(zhuan)(zhuan)砌筑烧成(cheng)带的隧道窑衬砖(zhuan)(zhuan)，经数年(nian)使用后拆取残(can)砖(zhuan)(zhuan)，可观察(cha)到各种形态的方镁石纤(xian)维。

不同形态的纤维状结晶