摘 要:本文敘述了鎂的基本物理化學(xué)性質(zhì)，以及其在自然界存在的主要形式如菱鎂礦、白云石和滑石等的性能，并就其在建筑陶瓷坯體、釉料以及微晶玻璃中的作用進行了詳細闡述。

關(guān)鍵詞:鎂;陶瓷坯體;釉料;微晶玻璃

1 鎂的基本物理化學(xué)性質(zhì)

鎂(Mg)的核外電子構(gòu)型為3s2。由于Mg2+離子半徑小于Ca2+，所以鎂的離子化能要高于鈣，也就是說，Mg-O鍵的共價鍵性強于Ca-O鍵，而離子鍵性弱于Ca-O鍵。在Mg-O鍵中，Mg對O將產(chǎn)生較大的極化作用。根據(jù)Mg的核外電子產(chǎn)生雜化軌道的特點，(即它的sp3雜化遠少于sp3d2雜化)，它的配位數(shù)通常為6，極少為4;與在元素表中周圍相鄰的元素相比，鎂更相似于鋰，這就是所謂的周期表中的對角線規(guī)則。鎂和鋰的相似性表現(xiàn)在以下方面:

(1) Mg2+的離子半徑(66pm)與Li+的離子的半徑(68pm)相近;

(2) 單質(zhì)在過量的氧氣中燃燒時，只生成普通氧化物，不會生成過氧化物;

(3) 它們的氫氧化物均為中強堿，而且在水中的溶解度都不大;

(4) 它們的氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽均難溶;

(5) 它們的氯化物均能溶于有機溶劑(如乙酸)中;

(6) 鋰的鋁硅酸鹽(鋰霞石、鋰輝石)與鎂的鋁硅酸鹽(堇青石)都有較低的熱膨脹系數(shù)，抗熱沖擊性能均較好;

(7) 它們都在玻璃中易于析晶，常?？梢陨晌⒕РＡ?，如鋰霞石質(zhì)微晶玻璃、鋰輝石質(zhì)微晶玻璃、堇青石質(zhì)微晶玻璃、頑火輝石質(zhì)微晶玻璃、透輝石質(zhì)微晶玻璃、鎂鋁尖晶石質(zhì)微晶玻璃等等;

(8) 在某些玻璃中，Li+與Mg2+有互相置換的可能性。

Mg2+與Ca2+雖處于同一主族元素，但它的離子半徑比Ca2+小1/3;Mg2+的離子勢是Ca2+離子勢的1.5倍，這就導(dǎo)致Mg2+對玻璃網(wǎng)絡(luò)的增強作用較強，對熱膨脹系數(shù)減小的作用也較強。

金屬鎂為六方晶系，為銀白色金屬，也屬于輕金屬的范疇。它的熔點為648.5℃，沸點1107℃，比重為1.74g/cm3。它溶于無機酸并放出氫氣;溶于熱水可生成氫氧化鎂，但其溶解度不大;它不溶于冷水，也不溶于鉻酸酐與堿中。在干燥的空氣中，鎂可以長時間保持金屬光澤(說明氧化非常緩慢)，而在潮濕的空氣中則易與其中的氧發(fā)生反應(yīng)而生成灰色的氧化膜。塊狀金屬鎂在常溫下比較穩(wěn)定，但是粉末與碎屑狀的金屬鎂則有著火的危險。在較高的溫度下，即使塊狀的金屬鎂也容易氧化燃燒。鑒于此，金屬鎂也是較強的金屬還原劑，可以還原出其它金屬或非金屬單質(zhì)，如硅等。由于金屬鎂在較高溫度下容易氧化燃燒，故在熱處理時應(yīng)該在二氧化硫或六氟化硫氣氛的保護下進行。

2 鎂的存在形式及其主要性能

鎂也是自然界較為豐富的元素之一，它在元素的地殼豐度排名占第八位。它的主要存在形式為菱鎂礦、白云石、透輝石、滑石;它的次要存在形式為鹽湖的礦產(chǎn)光鹵石、硼鎂石。透輝石已在鈣章節(jié)內(nèi)述及，在此不再贅述;光鹵石擬在鉀(K)章節(jié)敘述;硼鎂石將在硼(B)章節(jié)敘述。

2.1菱鎂礦

菱鎂礦的理論化學(xué)式為MgCO3，其中MgO含47.6%， CO2含52.4%。它為三方晶系，晶體結(jié)構(gòu)與方解石相同，即結(jié)構(gòu)中的(CO3)2-呈平面三角形，三角形平面皆垂直于三次軸分布。在整個結(jié)構(gòu)中O2-成層分布，在相鄰層中(CO3)2-三角形的指向相反，其中鎂的配位數(shù)為6。這樣，Mg2+離子與(CO3)2-絡(luò)陰離子也成層分布，并沿C軸(三次軸)交替排列。由于它的結(jié)構(gòu)特點，菱鎂礦的晶形多為菱面體。但自然界少見晶體狀菱鎂礦，常呈顯晶粒狀集合體，或者為隱晶的瓷狀、凝膠狀致密塊體。比重為2.9~3.1g/cm3;莫氏硬度較方解石大，為3.5~4.5;具有玻璃光澤。它難溶于水，但與方解石一樣，溶于含CO2的水中;菱鎂礦也不溶于丙酮。與方解石不同的是，菱鎂礦與冷鹽酸幾乎不反應(yīng)，只能與熱鹽酸反應(yīng)，此時反應(yīng)也較強烈并放出CO2 。

菱鎂礦的熱分析表明，它在400~600℃范圍開始分解，生成顆粒較小并活性強的MgO，此時分解并不完全，呈現(xiàn)MgO與MgCO3的混合物;700℃時MgCO3完全分解;800℃時開始燒結(jié);900℃則有少量的立方晶系方鎂石(MgO)生成，此時MgO的顆粒變粗，活性也相應(yīng)下降;1050℃ 時則產(chǎn)生大量的方鎂石。一般來說，700~900℃燒制的MgO稱為輕燒氧化鎂，1000℃以上生成的MgO稱為重?zé)趸V。

值得詳細說明的是，輕燒氧化鎂與鹵水(MgCl2+H2O)會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成所謂的菱鎂水泥硬化物，這些硬化物主要是Mg3Cl(OH)5·4H2O(簡稱相5)和Mg2Cl(OH)3·4H2O(簡稱相3)。在這些硬化產(chǎn)物中，相5以其主要為針狀、長柱狀的晶形形成彼此相互交織的網(wǎng)狀連鎖結(jié)構(gòu)，故菱鎂水泥也象水泥一樣具有較高的機械強度，它的抗壓強度可達到62.5MPa以上。它的耐磨性也很高，相當(dāng)于普通水泥的三倍，因此適用于磨料磨具，特別是拋光磨塊。此外，它還具有耐火300℃以上、耐冷-30℃、抗鹽鹵腐蝕性、低堿度低腐蝕性、比重較輕(1.6~1.8g/cm3)、快硬、抗?jié)B、可加工、干燥條件下非常穩(wěn)定等特點，正是這些特點，使得它成為應(yīng)用廣泛的代木、節(jié)木、節(jié)能、利廢的材料，涉及包裝、建筑、裝飾、交通、巷道支護、耐火、磨料、家具等眾多領(lǐng)域。

如上所述，菱鎂礦在1050℃以上將大量生成方鎂石(MgO)。方鎂石屬立方晶系，比重為3.581g/cm3;莫氏硬度6.0~6.5;難溶于水(包括冷水與熱水)，溶于酸與銨鹽溶液。方鎂石(MgO)的熔點很高，可達2852℃，沸點3600℃。它優(yōu)良的耐火性能是它作為鎂質(zhì)耐火材料應(yīng)用的基礎(chǔ)，在建筑陶瓷磚類產(chǎn)品的生產(chǎn)中，菱鎂礦廣泛用于輥道窯的輥捧保護涂層與磚類的涂底料，其目的是保護輥棒，避免粘棒。

由于自然界的菱鎂礦多含有較多的鐵，故陶瓷坯體、釉料及微晶玻璃不能將它作為原料使用。如果要使用，特別是作為主要原料使用，可以采用碳酸鎂的化工原料。在瓷釉中，碳酸鎂可作為高溫助熔劑使用，但它比方解石的高溫助熔劑造成的短性與速熔性要差一些，這有利于控制釉的粘度，抑制瓷釉的流動性。但同時這也有不利的方面，因為這會影響瓷釉的平滑度。還有一點要注意，由于MgO組份賦予釉的表面張力大于CaO，因此過多的碳酸鎂會引起縮釉、剝釉等缺陷。瓷乳濁釉中特別是鋯乳濁釉中，碳酸鎂也可用于控制鋯英石的析晶大小，即可以提高乳濁度，因為乳濁度與析晶大小息息相關(guān)。

在生產(chǎn)大多數(shù)?；虬氩；奶沾膳黧w時，可以使用少量的碳酸鎂。與使用少量滑石相比，其助熔作用明顯，還能降低膨脹系數(shù)，使坯體白度增加。這里也要注意一點，即Mg2+離子的拓撲體積是負值，因此它會增大燒成收縮。在制備透明釉與玻璃時，適量(較少)的碳酸鎂能起到穩(wěn)定玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、抑制失透的作用;但如果添加量較多，Mg2+離子與Li+離子都有促進析晶的能力，因此研制微晶玻璃時，碳酸鎂也是主要原料之一。最后還要提及的一點是，Mg2+離子與Al3+、Fe3+、Cr3+離子易生成尖晶石類的礦物相，因此，較多Mg2+含量的瓷釉、坯體、微晶玻璃在使用含Al3+、Fe3+、Cr3+的色料時要注意退色、變色的影響。

菱鎂礦能在熱液作用、風(fēng)化作用及沉積作用的條件下形成，它的地質(zhì)分布量遠少于方解石礦床。我國遼寧海城地區(qū)與山東掖縣地區(qū)分布有大的菱鎂礦礦床，它們是含鎂的熱水溶液交代白云石或白云質(zhì)灰?guī)r生成的。這種成因的菱鎂礦大多是顯晶質(zhì)的，并與滑石、方解石、白云石、綠泥石共生。隱晶質(zhì)的菱鎂礦是超基性巖遭受強烈風(fēng)化作用生成的，這種成因的菱鎂礦多為瓷狀、凝膠狀，并常與蛋白石或玉髓共生。

2.2白云石

白云石的理論化學(xué)式為CaMg(CO3)2，其理論化學(xué)組成為:CaO 30.4%;MgO 21.7%;CO2 47.9%。它多呈灰白色，純者為白色，為三方晶系。白云石的晶體結(jié)構(gòu)與方解石的晶體結(jié)構(gòu)也相似，不同點在于鈣八面體層與鎂八面體層沿著三次軸交替排列。玻璃光澤，有完全的菱面體的解理，解理面常常彎曲而顯示馬鞍形的菱面體狀。集合體呈粒狀、致密塊狀，有時還呈多孔狀、腎狀;比重為2.8~2.9g/cm3;莫氏硬度為3.5~4。白云石難溶于水，在冷鹽酸中白云石分解反應(yīng)緩慢，不劇烈發(fā)泡，特別是致密塊狀的白云石更是如此，只有在熱鹽酸中才發(fā)生劇烈的反應(yīng)并發(fā)泡，因此，可根據(jù)在冷鹽酸中反應(yīng)的特點將白云石與方解石區(qū)分。白云石與方解石區(qū)分的另一方法是采用濃度為1:15的鹽酸加0.1%茜素紅硫溶液進行染色反應(yīng)，白云石不染色，方解石被染成紅紫色。

從白云石的差熱曲線可以看出，當(dāng)加熱到730~790℃時，出現(xiàn)第一個吸熱谷，意味著發(fā)生第一階段的分解。這個分解主要是成分中碳酸鎂的分解，將主要生成氧化鎂與二氧化碳、碳酸鈣;當(dāng)加熱到900℃時，又出現(xiàn)第二個吸熱谷，意味著發(fā)生第二階段的分解，這個分解主要是第一分解階段中產(chǎn)物碳酸鈣的分解，將主要分解生成氧化鈣以及剩余的二氧化碳;當(dāng)加熱溫度超過1200℃時，第一階段分解的氧化鎂將生成方鎂石，第二階段分解的氧化鈣將變?yōu)榻Y(jié)晶的α-CaO，此時的MgO和CaO活性大為降低。而900~1200℃范圍內(nèi)的白云石分解的氧化鎂與氧化鈣活性較強，它們較容易與陶瓷坯體的其它原料，如石英、脫水的高嶺石、脫水的葉蠟石、脫水的伊利石發(fā)生如下反應(yīng)，這也是白云石在坯體應(yīng)用時發(fā)生的基本反應(yīng)，見式(1)至式(9)。

如果溫度繼續(xù)升高，上述反應(yīng)還將產(chǎn)生多組分礦物相之間的共熔反應(yīng)。上述反應(yīng)以及它們各礦物相之間的共熔作用，都是白云石在陶瓷坯體、釉料、微晶玻璃中所起作用的內(nèi)在基礎(chǔ)。

相對于菱鎂礦，白云石在自然界比較普遍，所以白云石是鎂更為經(jīng)濟合理的來源方式。與方解石的地質(zhì)產(chǎn)狀相似，它主要以海相沉積與熱液兩種成因為主。沉積型的白云石與方解石一樣，多見于海盆地的沉積物里，形成巨厚層的白云巖或石灰?guī)r，主要儲存于前塞武紀(jì)地層。熱液成因的白云石，是含鎂的熱水溶液對石灰?guī)r或白云質(zhì)巖的交代產(chǎn)物，或者從熱液直接結(jié)晶。在我國，白云巖主要產(chǎn)于東北各省、西南各省、湖北等地。

2.3滑石

滑石的理論化學(xué)式為Mg3(Si4O10)(OH)2，它的理論化學(xué)組成為:MgO 31.7%、SiO2 63.5%、H2O 4.8%。滑石的晶體結(jié)構(gòu)是兩層由硅氧四面體共頂沿二維方向組成的所謂硅氧化四面體層，中間夾一層由鎂氧(包括氫氧)八面層共棱組成的所謂“氫氧鎂石”層組成的。這兩層硅氧四面體層的活性氧相對排列，氫氧鎂石層中的2/3(OH)位置被硅氧四面體的活性氧占據(jù)，未被替代的OH正好處于硅氧四面體六方網(wǎng)層的中心。鎂占據(jù)由OH與O組成的八面體的所有空隙，而葉蠟石中的鋁占據(jù)由OH與O組成的八面體空隙中2/3的空隙。因此，前者稱為三八面體型結(jié)構(gòu)，后者稱為二八面體型結(jié)構(gòu)。由兩層硅氧四面體和中間一層鎂氧(氫氧)八面體組成的單元層的內(nèi)部，電價是平衡的，結(jié)合牢固;而單元層之間是靠微弱的分子鍵連接的，這些晶體結(jié)構(gòu)特點是滑石具有其特別性質(zhì)的根源。

滑石屬于單斜晶系，晶體為六方板狀或菱形板狀，通常為片狀、粒狀、纖維狀的集合體或致密塊體。片狀解理發(fā)育完好，很易剝開成小的鱗片狀，解理片可以是透明或半透明，重要的是它有撓性，因此在球磨時很難碎得很細，只有用燒滑石才能獲得較細的細度。呈玻璃光澤或油脂光澤，解理面有時有珍珠光澤;比重2.58~2.83g/cm3;莫氏硬度為1，是硬度最小的礦物;手摸具有特有的滑感。它有較高的電絕緣性和絕熱性，對水有憎水性、疏水性，對油脂有親油性。純凈的滑石呈化學(xué)惰性，與強酸、強堿均不發(fā)生反應(yīng);在紫外燈下發(fā)白色螢光。

滑石在加熱過程中會發(fā)生以下反應(yīng):

(1)850~900℃范圍，滑石將脫除結(jié)構(gòu)水，見式(10)。

(2) 在1000~1050℃，滑石的原始結(jié)構(gòu)完全破壞，并生成斜頑輝石和方石英，見式(11)。

歸納起來，滑石將發(fā)生如式(12)的反應(yīng):

滑石加熱生成的斜頑輝石實際上有四種變體。這包括:低溫的單斜頑火輝石(也稱斜頑輝石)、高溫的單斜頑火輝石、斜方的頑火輝石、斜方的原頑火輝石。至今為止，頑火輝石四種變體之間的轉(zhuǎn)變關(guān)系和各相的相對穩(wěn)定性，尚未完全認識清楚。根據(jù)近年來的研究結(jié)果認為，斜方的原頑火輝石在1000~1300℃范圍是穩(wěn)定的，甚至可以穩(wěn)定到不一致熔點1557℃。原頑火輝石在室溫下不穩(wěn)定，斜方的原頑火輝石在快速淬冷情況下可完全生成低溫單斜頑火輝石。如果緩慢冷卻，原頑火輝石可形成一定數(shù)量的斜方頑火輝石和低溫單斜頑火輝石，斜方的頑火輝石的穩(wěn)定溫度范圍大致在600~1000℃范圍。有人認為斜方的頑火輝石可以穩(wěn)定到室溫的程度;而有人以實驗證明，在566℃以下可以制備出低溫的斜頑輝石，而不能得到斜方的頑火輝石。因此可以認為，低溫的單斜頑火輝石是低溫(室溫)的穩(wěn)定相;高溫單斜頑火輝石是低溫單斜頑火輝石在980℃以上的高溫變體，高溫單斜頑火輝石在1000℃到1557℃之間可能有一真實的穩(wěn)定場，不過這尚未得到實驗證實。有人還提出，在頑火輝石的相變過程中，在高溫顯微鏡下總是可以看到玻璃相，在1350℃時，玻璃相已達到80%。

滑石除了自身的相變反應(yīng)外，它與含鋁的粘土礦物還將發(fā)生固相反應(yīng)，這些固相反應(yīng)包括與高嶺石的反應(yīng)(見式13)、與葉蠟石的反應(yīng)(見式14)、與伊利石的反應(yīng)(見式15)。上述滑石本身的相變反應(yīng)以及它與陶瓷坯體中各粘土礦物的固相反應(yīng)，都是滑石在陶瓷坯體中應(yīng)用的內(nèi)在基礎(chǔ)。

滑石是典型的熱液作用生成的礦物，它主要是富鎂超基性巖與碳酸鹽之間發(fā)生熱液交代作用生成的，或者是白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r經(jīng)熱液變質(zhì)交代作用生成的，其反應(yīng)式分別如式(16)和式(17)所示。

我國的滑石礦產(chǎn)資源非常豐富，廣泛產(chǎn)于遼寧、山東、以及湖南、湖北、江西、山西、河南、云南、廣西、廣東等省，僅山東、遼寧兩地的儲量即占世界1/4。

3 氧化鎂在陶瓷坯體中的作用

在自然界，菱鎂礦雖然有一定的儲量，但它畢竟儲量不大，而且純度不高，含鐵等有害雜質(zhì)，故它也不適宜廣泛用于陶瓷坯體。白云石雖然儲量豐富，分布也比較廣泛，但陶瓷坯體中引入的白云石原料除了引入氧化鎂外，還引入了氧化鈣，這就使得它在陶瓷坯體中的應(yīng)用，特別是在瓷質(zhì)坯體中的應(yīng)用變得不利(因為這方面的應(yīng)用應(yīng)避免引入CaO的組份)或者變得復(fù)雜。綜合來看，滑石是最適宜引入氧化鎂的選擇礦物，它的儲量相當(dāng)豐富，其雜質(zhì)含量，特別是Fe、Ti有害雜質(zhì)含量符合陶瓷坯體應(yīng)用的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此在此敘述氧化鎂在陶瓷坯體中的作用，實質(zhì)上是敘述滑石在陶瓷坯體中的作用。

滑石可以用作從陶質(zhì)到瓷質(zhì)整個系列的坯體原料，它在陶瓷坯體中的作用主要有:

3.1有利于實現(xiàn)低溫、快燒

滑石也是較為理想的低溫快燒原料。首先它會降低陶瓷坯體的燒結(jié)溫度和瓷化溫度，滑石降低陶瓷坯體的燒成溫度來源于三個因素:

(1)較低的溫度下，滑石本身會發(fā)生生成頑火輝石的固相反應(yīng)，在較高溫度下滑石又可以與粘土礦物反應(yīng)生成堇青石。這些反應(yīng)的發(fā)生促進了物質(zhì)遷移與擴散，甚至形成反應(yīng)邊，這無疑有利于燒結(jié)的進行;

(2)較高溫度下滑石中氧化鎂的強助熔作用，在瓷質(zhì)磚的生產(chǎn)中，添加少量的滑石就會顯著降低瓷化溫度;

(3)高溫生成的含氧化鎂的玻璃相，其表面張力大，粘度也較小，這個因素將使以粘滯流動機理的燒結(jié)反應(yīng)容易進行。

其次，滑石有利于縮短燒成周期，這是因為:

(1) 滑石本身的含水量少，揮發(fā)份低，燒失量通常在5%以下;

(2) 滑石本身不是塑性原料，引入它有利于干燥;

(3) 滑石本身不含有機物，減少了氧化揮發(fā)的燒成時間;

(4) 滑石本身生成的頑火輝石的膨脹系數(shù)在8×10-6/℃以下，與粘土礦物反應(yīng)生成的堇青石的膨脹系數(shù)更小，為2×10-6/℃以下。這些都是有利于縮短燒成周期。綜合上述，滑石是實現(xiàn)低溫快燒的較為理想的原料。

3.2降低坯體的熱膨脹系數(shù)

前面已經(jīng)談到，滑石在陶瓷坯體中反應(yīng)生成的物相——頑火輝石與堇青石，它們的熱膨脹系數(shù)都不大，特別是堇青石還是熱膨脹系數(shù)很低的物相。此外，滑石的強烈助熔作用也會有利于陶瓷坯體中高膨脹的石英、方石英的熔融，這些物相熔融形成的石英玻璃熱膨脹系數(shù)很低，只有0.5×10-6/℃。在瓷質(zhì)磚的生產(chǎn)中，為了降低熱膨脹系數(shù)，除了減少石英等SiO2組份、增加Al2O3組份外，還有增加MgO組份這一辦法，而且非常有效。

3.3增加陶瓷坯體的耐化學(xué)腐蝕性

由于滑石以及它們的分解產(chǎn)物——頑火輝石都有較高的耐酸性與耐堿性，所以添加滑石，特別是以滑石為主的滑石瓷的耐化學(xué)腐蝕性比較好，應(yīng)該說，在陶瓷坯體中，滑石瓷的耐化學(xué)腐蝕性還是比較突出的。

3.4提高陶瓷坯體的電學(xué)性能

滑石瓷具有良好的電學(xué)性能?；砑恿繛?0%~85%的滑石瓷的介電常數(shù)為6.0~6.5(0.5~5MHz之下)，介電損耗角的正切為7×10-4(1MHz之下);比體積電阻為1010~1011ρV/Ω·m，因此滑石是適用于生產(chǎn)絕緣瓷與高頻絕緣電瓷的理想原料。

3.5減少陶瓷坯體的燒成收縮

在傳統(tǒng)陶瓷坯體中，燒成收縮主要來源于高嶺石生成莫來石的反應(yīng)，前文已計算，這種收縮可達20%。而滑石在陶瓷坯體中的兩個反應(yīng)(滑石本身生成頑火輝石的反應(yīng)和滑石與粘土礦物高嶺石生成堇青石的反應(yīng))前后的體積收縮較小，根據(jù)各礦物相的克分子體積值計算，前者收縮不到12%，后者收縮為4.8%。這可以證明，在主要以固相反應(yīng)的陶質(zhì)和吸水率較高的陶瓷坯體中，滑石有利于減小陶瓷坯體的燒成收縮。換句話說，在玻璃相較少的陶瓷坯體中，添加滑石有利于減小坯體收縮。

需要提醒一下，根據(jù)張金民、葉大年的研究論文，在玻璃體中，Mg2+離子的拓樸體積為負值，比Na+、K+、Ca2+均小。這說明，在玻璃、微晶玻璃和玻璃相較多的瓷質(zhì)坯體中，加入滑石將增加這一玻璃化的體積收縮，這一點要特別留意，要留意所研制陶瓷坯體的種類、吸水率狀況、玻璃相的多少以及各原料組份的比例，才能得到坯體燒成收縮的正確預(yù)期。

3.6提高陶瓷坯體的機械強度

滑石提高陶瓷坯體機械強度的作用主要源于其中氧化鎂助熔作用產(chǎn)生的玻璃相，這是因為在玻璃組成對玻璃抗壓強度以及玻璃硬度的影響排名順序中，MgO組成占據(jù)前幾位，而且對玻璃彈性也有有利的影響(這是由于Mg2+離子的半徑小、電荷較多、極化能力強);不過，MgO對玻璃的抗拉強度則有不利影響。綜合考慮，滑石對產(chǎn)品的機械強度(包括硬度、彈性、抗壓強度)有正面作用。

對于吸水率較高的陶質(zhì)坯體來說，滑石對其機械強度(包括硬度、彈性)的作用也應(yīng)是正面的，這是因為:

(1) 滑石引入氧化鎂，有利于降低共熔溫度，有利于玻璃相的生成;

(2) 含氧化鎂的玻璃的高表面張力以及較低的粘度有利于燒結(jié)反應(yīng)的進行;

(3) 固相反應(yīng)生成的晶相頑火輝石與堇青石的硬度并不低，前者莫氏硬度為5~6，后者莫氏硬度為7~7.5，作為陶質(zhì)坯體骨架的晶相來說，這也有利于提高其機械強度;

(4) 固相反應(yīng)本身加速物質(zhì)的遷移與擴散，有利于燒結(jié)的進行。

諸如以上幾點也能證明，即使對吸水率較高的陶瓷坯體，滑石的引入也有利于提高其機械強度。

3.7提高陶瓷坯體的白度

滑石提高白度的作用主要由以下兩個因素決定。第一個因素是滑石原料的Fe、Ti比其它粘土礦物、含鈣的硅酸鹽均要低一些，這是基本因素;第二個因素是，無論在玻璃相中，還是滑石本身生成的頑火輝石中，Mg2+離子配位數(shù)均為6，它的離子半徑為66Pm。這與Fe2+離子的配位數(shù)和離子半徑(76Pm)接近。因此可以固溶部分的Fe2+離子，以提高白度;而且如果滑石與粘土礦物生成堇青石，則堇青石中除了六次配位的Mg2+外，尚有部分的六次配位的三價Al3+離子，它與Fe3+離子在電荷，離子半徑、配位數(shù)均相近，無疑堇青石也能固溶較多的Fe2+、Fe3+，這無疑也會起到提高白度的作用。

3.8減小陶瓷坯體的濕膨脹

我們知道，含MgO玻璃相的濕膨脹遠低于傳統(tǒng)陶瓷坯體中的含K2O、Na2O的玻璃相，所以添加滑石對于減小坯體的濕膨脹作用無疑是正面的，這有利于提高制品，特別是帶釉制品的使用壽命。

4 氧化鎂(滑石)對釉料、微晶玻璃性能的影響

4.1對熔化溫度的影響

氧化鎂與氧化鈣相似，它對熔化溫度的影響也是雙重的。一方面，它可提高釉料及微晶玻璃的始熔溫度;另一方面，會明顯降低高溫的熔化溫度。不過，這種降低熔化溫度的作用隨著添加量的增加會漸趨減弱;如果添加量繼續(xù)超過某一量值，則反而會逐漸增加其熔化溫度。

4.2對粘度的影響

與對熔化溫度影響類似，在低溫的情況下，氧化鎂的引入會增加釉料及微晶玻璃的粘度。在高溫下，氧化鎂會減小釉料及微晶玻璃的粘度，不過這種減小粘度的作用也會隨著添加量的增加而趨緩，超過一定量則反而會增加其粘度。

4.3對熱膨脹的影響

相對于氧化鈣(CaO)與氧化鋇(BaO)來說，氧化鎂(MgO)置換它們會減小熱膨脹系數(shù)，但這種減小的幅度較小。而且相對于氧化鋅(ZnO)來說，氧化鎂的替代反而會增加釉料及微晶玻璃的熱膨脹系數(shù)。所以，如果需要降低釉料及微晶玻璃的熱膨脹系數(shù)，首先應(yīng)該采用主要含二氧化硅(SiO2)和氧化硼(B2O3 )的原料。

4.4對表面張力的影響

氧化鎂將大幅度提高釉料及微晶玻璃的表面張力，氧化鎂的這種作用沒有任何其它元素所能與之匹敵。氧化鎂的這種明顯提高釉料及微晶玻璃的表面張力的作用必須牢記，成為指導(dǎo)研制配方的重要思路。氧化鋁雖然也大幅度提高釉料及微晶玻璃的表面張力，但它又常常大幅度提高粘度，故不宜采用氧化鋁提高其表面張力。

4.5對機械強度的影響

如前所述，氧化鎂將提高釉料及微晶玻璃的抗壓強度、硬度、彈性模量。綜合分析，氧化鎂會明顯提高其抗沖擊強度的性能。但對抗張強度有少許不利的影響。這一點也要注意。

4.6對化學(xué)穩(wěn)定性的影響

如前所述，對于晶相而言，含氧化鎂(MgO)的頑火輝石、鎂鋁尖品石、堇青石的耐化學(xué)腐蝕性均優(yōu)于含氧化鈣(CaO)的鈣長石、硅灰石等，特別是耐酸性。而對于含氧化鎂的玻璃相而言，也有這個趨勢，即含氧化鎂的玻璃的耐化學(xué)腐蝕性稍優(yōu)于含氧化鈣(CaO)的玻璃。對于耐堿性、含氧化鎂的玻璃這種性能的優(yōu)越性更為明顯一些。這里需要注明一點，在堿溶出量高的玻璃中引入氧化鎂與氧化鈣會產(chǎn)生脫片的現(xiàn)象，這在研究醫(yī)藥制劑容器時要注意防范。

4.7對電學(xué)性質(zhì)的影響

相對于氧化鈣(CaO)來說，氧化鎂將減小電容，并且大幅度增加含二價元素的酸性玻璃的電阻;同時，氧化鎂在一定添加量的范圍內(nèi)可以減小介電損耗。因此，含氧化鎂的玻璃(包括陶瓷)可以制作高頻絕緣和低的高頻介電損耗的無線電器件。不過，在堿性玻璃中，氧化鎂增加電阻的作用將低于氧化鈣(CaO)。

4.8對光學(xué)性質(zhì)和顏色的影響

氧化鎂組份將減小玻璃相的折光率，但對色散影響不大。要注意的是，氧化鎂對某些色料，特別是高鋁的剛玉或尖晶石色料的發(fā)色將有不利的影響。這是因為氧化鎂易與氧化鋁(Al2O3)發(fā)生生成鎂鋁尖晶石的反應(yīng);而且與其它三價離子發(fā)色的氧化物(如鉻綠Cr2O3)也會發(fā)生反應(yīng)，這樣會造成變色。

4.9對析晶的影響

少量的氧化鎂可以起到穩(wěn)定玻璃化的作用，這有利于研制透明玻璃與透明釉。不過鎂的離子半徑較小，電荷強度較大，容易在玻璃結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生積聚作用，使近程有序的范圍擴大，這就產(chǎn)生增加玻璃的分相與析晶的傾向。特別在添加量增多的情況下更是如此，鎂無光釉和尖晶石相、堇青石相、頑火輝石相的微晶玻璃都是基于這個原理制備的。

參考文獻

[1] 閆振甲等.鎂水泥改性及制品生產(chǎn)實用技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，材料科學(xué)與工程出版中心，2006:138-161.