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对于材料来说，各种宏观(guan)性(xing)质源出于本身的(de)微观(guan)结构，晶(jing)体内部(bu)原子的(de)排列(lie)具有周期性(xing)，外部(bu)呈现出规(gui)则外形，比如钻石。早年受限于检测(ce)技术(shu)，只得(de)通(tong)过晶(jing)体的(de)2D形状综合(he)建立3D图像，如今应(ying)用SEM和(he)FESEM可直接观察到晶体形(xing)状(zhuang)，并借助于(yu)能谱仪和波谱仪表征其元素组成，对于(yu)材料制备(bei)及应(ying)用技术(shu)的研究发展是一大推动。

形状(zhuang)规则的晶体

刚玉(yu)、镁铝(lv)尖晶石、莫来石和方镁石都(dou)是(shi)最(zui)被熟知的(de)，也是(shi)构成无(wu)机(ji)材(cai)料(liao)(liao)的(de)主(zhu)要物相(xiang)，下面小编(bian)将从晶体(ti)微观结构的(de)角度带(dai)大家看看这几种材(cai)料(liao)(liao)的(de)独特结构性(xing)质(zhi)。

一、刚玉

天然存在(zai)的α型氧(yang)化铝晶体(ti)(ti)叫做刚(gang)玉(yu)，常(chang)因含(han)有不(bu)同(tong)的杂质而呈现(xian)不(bu)同(tong)的颜色。刚(gang)玉(yu)一般呈带蓝或(huo)带黄的灰色，有玻璃或(huo)金刚(gang)光泽(ze)，密度在3.9-4.1g/cm3，硬度8.8，仅次(ci)于金刚石和碳化硅，能耐高温。

颜色各(ge)异的刚玉

由于(yu)天然刚(gang)(gang)玉(yu)产量供不(bu)应求(qiu)，因此工(gong)业上用(yong)的刚(gang)(gang)玉(yu)多(duo)为人造(zao)刚(gang)(gang)玉(yu)。随着加工(gong)工(gong)艺(yi)和参(can)杂的其它元素成分的不(bu)同(tong)，刚(gang)(gang)玉(yu)可分为白刚(gang)(gang)玉(yu)、棕(zong)刚(gang)(gang)玉(yu)等多(duo)种(zhong)类型，应用(yong)于(yu)精密铸(zhu)造(zao)、耐火材料、陶瓷、电(dian)子绝缘保护材料等。

在(zai)1200 ~ 1300℃温度(du)范围内煅(duan)烧(shao)水(shui)铝(lv)石(shi)等前(qian)驱体可(ke)得到纳米级(ji)粒状氧(yang)化(hua)铝(lv)，而(er)经1600℃保(bao)温6 h烧后的水(shui)铝(lv)石可获(huo)得20 ~30um、自形发育程度不同的(de)刚玉晶体(ti)。

纳米氧化(hua)铝团(tuan)聚体

刚(gang)玉晶体

二(er)、镁铝尖(jian)晶石(shi)

镁铝尖晶石(shi)（magnesia-alumina，MA）是具(ju)有尖晶石结(jie)构的氧化(hua)物中(zhong)的一种，化(hua)学表达式为MgAl₂O₄，是MgO-Al₂O₃二(er)元系中(zhong)唯一的二(er)元化合物，它与MgO、Al₂O₃之(zhi)间彼(bi)此都能(neng)部(bu)分固(gu)溶，形成有限(xian)固(gu)溶体。

镁(mei)铝尖(jian)晶石(shi)是高熔点(2135℃)的(de)耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)，具(ju)有较高(gao)的(de)抗(kang)渣侵蚀性、抗(kang)热震性和(he)高(gao)温耐(nai)压强(qiang)度高(gao)，优(you)质的(de)预(yu)合成尖晶石为(wei)不定形及定形高(gao)纯耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)的(de)生产提供(gong)了新的(de)原料(liao)，因此(ci)得到了广泛的(de)应用。

镁铝(lv)尖晶(jing)石

1. MA自(zi)形晶

MgAl₂O₄的(de)自(zi)形(xing)晶(jing)(jing)（晶(jing)(jing)体(ti)形(xing)状(zhuang)与构造吻合）为典(dian)型的(de)立方晶(jing)(jing)系(xi)正八面体(ti)。许多(duo)晶(jing)(jing)体(ti)生长(zhang)(zhang)过程受析晶(jing)(jing)环境的(de)影响(xiang)和制约，只(zhi)有部(bu)分自(zi)熔(rong)体(ti)（液相）中(zhong)析出的(de)晶(jing)(jing)体(ti)可保持自(zi)形(xing)，至于多(duo)晶(jing)(jing)烧结材料则难以呈现自(zi)形(xing)生长(zhang)(zhang)形(xing)貌。MA除(chu)液(ye)相(xiang)析晶外，固相(xiang)和亚(ya)固相(xiang)烧结材(cai)料亦(yi)可一定程度地(di)保持自形。

经1600℃烧结，MA晶体自形化(hua)的(de)效果很明显(xian)，但晶体尺寸也不过2~3 um，而且观察不到(dao)晶体(ti)长大的(de)过程。通常，以氧化物为原料烧结合(he)成的(de)尖晶石材料中(zhong)的(de)晶体(ti)尺寸可达10 ~ 30 um，因温(wen)度和作用时间的(de)不(bu)同，可以呈现出(chu)各种晶面生(sheng)长形(xing)貌(mao)，但不(bu)似自形(xing)化形(xing)貌(mao)规(gui)整。

自(zi)形的MA晶体形貌

2. MA晶体的台阶(jie)生长(zhang)

晶(jing)体(ti)的台(tai)阶生长(zhang)(zhang)是(shi)常见现象，特别是(shi)经烧结过程形成的尖晶(jing)石，在一(yi)定温度(du)下(xia)会随着(zhe)时间的延长(zhang)(zhang)、台(tai)阶群的增长(zhang)(zhang)而促(cu)使晶(jing)体(ti)长(zhang)(zhang)大。

MA 晶体的台阶(jie)生长形(xing)貌(mao)

三、莫来石(shi)

莫来(lai)石(shi)(3Al₂O₃·2SiO₂)是(shi)唯一一种在(zai)常压下存在(zai)的二(er)元(yuan)Al₂O₃-2SiO₂相(xiang)物质(zhi)。它是一种优质(zhi)的(de)耐火材料，还可以作为低介电(dian)(dian)常数基片材料，具有膨胀均匀、热震稳定性(xing)极好、荷(he)重软化点高、高温蠕变(bian)值小、硬度(du)大(da)、抗化学腐(fu)蚀性(xing)好等(deng)特点，被广泛应用于(yu)冶金、玻璃(li)、陶瓷(ci)等(deng)领域，因为天然莫来(lai)石(shi)很少，所以常见的(de)为烧结和电(dian)(dian)熔莫来(lai)石(shi)。

电熔莫来(lai)石

莫来石(shi)(shi)属于(yu)斜方(fang)晶(jing)系，具有(you)长(zhang)柱状结(jie)晶(jing)习(xi)性，但自形发(fa)展常受(shou)到环境限制，只有(you)当(dang)存在一定液(ye)相(xiang)(xiang)时析晶(jing)（或(huo)刚玉与液(ye)相(xiang)(xiang)发(fa)生包晶(jing)反应）而呈(cheng)柱状结(jie)晶(jing)。对比(bi)之下，包晶(jing)生成(cheng)(cheng)的莫来石(shi)(shi)与液(ye)相(xiang)(xiang)析晶(jing)及均(jun)匀的固相(xiang)(xiang)反应生成(cheng)(cheng)的莫来石(shi)(shi)相(xiang)(xiang)比(bi)，组成(cheng)(cheng)不(bu)均(jun)匀。

液相析晶及均匀固相反应(ying)的莫来(lai)石(shi)形态

莫(mo)来石分为3种类(lei)型：α-莫来石，相当于纯的3Al₂O₃·2SiO₂，简称3:2型；β-莫来石(shi)，固溶有过剩的Al₂O₃，晶格(ge)略显膨(peng)胀，简称2:1型；γ-莫来石(shi)，固溶有少量TiO₂和Fe₂O₃。

四、方镁石

方镁石(periclase)，是一种镁(mei)的氧化(hua)物矿物，化(hua)学成份(fen)为MgO，一般为(wei)无色(se)(se)到浅灰色(se)(se)的玻(bo)璃状(zhuang)颗粒，也(ye)有绿色(se)(se)、黄(huang)色(se)(se)或黑色(se)(se)的，属于立方系，其自形(xing)晶为(wei)六面体(ti)和八面体(ti)，亦可成为(wei)多种形(xing)状(zhuang)，如电熔材料中常有柱状(zhuang)晶和纤维状(zhuang)晶等(deng)。

方(fang)镁(mei)石(shi)可以作(zuo)(zuo)用制作(zuo)(zuo)高级耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)(liao)（如镁(mei)铝砖、方(fang)镁(mei)石(shi)-尖晶石(shi)砖），还用于制无线电陶瓷零(ling)件(jian)，以及电热器的填料(liao)(liao)，生产镁(mei)粘(zhan)合剂，粘(zhan)胶，隔热材(cai)料(liao)(liao)等产品，在橡塑中用作(zuo)(zuo)填充型(xing)阻燃(ran)剂。除(chu)此之外，还可以用作(zuo)(zuo)微晶玻璃、热电偶、高温电缆、电热电阻器的绝缘(yuan)材(cai)料(liao)(liao)等优质原料(liao)(liao)。

1. 致密化(hua)的多晶(jing)结构

致密化的(de)烧结(jie)方(fang)(fang)镁石不(bu)具(ju)备自由生长空间，只(zhi)在不(bu)同程(cheng)度(du)的(de)粒(li)状(zhuang)(zhuang)范围内生长，因(yin)晶(jing)(jing)间结(jie)合(he)状(zhuang)(zhuang)态(tai)而呈现(xian)不(bu)同的(de)形状(zhuang)(zhuang)和大小。方(fang)(fang)镁石晶(jing)(jing)体有明显的(de)直(zhi)齿形轮廓，晶(jing)(jing)内多(duo)微孔(kong)，这些(xie)包裹于(yu)晶(jing)(jing)内的(de)微孔(kong)将(jiang)不(bu)易消(xiao)失，直(zhi)至晶(jing)(jing)体熔融。

含晶内微孔的方镁石

2. 特异形貌(mao)

固相和亚固态烧结的(de)方镁石材料中的(de)晶体(ti)形(xing)(xing)状会因生(sheng)长(zhang)空间的(de)条件局(ju)限而呈现奇(qi)异的(de)表面形(xing)(xing)态。

方镁石自(zi)由生长(zhang)的形貌(mao)

3. MgO纤维(wei)

MgO在(zai)低氧分压(ya)、高温作用下，会(hui)蒸发并形成纤维状结晶，在(zai)长时间作用下甚至在(zai)1500～1600 ℃便会蒸发(fa)而纤维(wei)化。如以镁铝砖(zhuan)(zhuan)砌筑烧成带(dai)的隧(sui)道(dao)窑(yao)衬(chen)砖(zhuan)(zhuan)，经数(shu)年使用后拆(chai)取残砖(zhuan)(zhuan)，可观察到(dao)各种形(xing)态的方镁石(shi)纤维(wei)。

不同形态的纤维状结晶

参考来源：

方镁(mei)石、刚玉、尖(jian)晶石、莫来石等晶体特异形貌的表征，高振(zhen)昕(xin)、张巍、黄振(zhen)武(wu)、卫晓辉(hui)（中钢集(ji)团洛阳耐火材料(liao)研究院(yuan)有(you)限公(gong)司(si)、濮阳濮耐高温材料(liao)股份公(gong)司(si)）。

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