莫來石（3Al2O3?2SiO2）一直以來被認(rèn)為是普通陶瓷里面很重要的晶體相，對(duì)于普通陶瓷的強(qiáng)度提升有著很重要的作用。因此，對(duì)于陶瓷材料中莫來石的形成、含量、尺寸、發(fā)育等非常關(guān)注。對(duì)于大部分建陶產(chǎn)品而言，其燒成過程屬于快燒并且溫度相對(duì)較低，且產(chǎn)品在使用過程中的會(huì)經(jīng)歷各類搬運(yùn)、長(zhǎng)短途運(yùn)輸、深加工等，因此對(duì)于強(qiáng)度有著更迫切實(shí)際的需求。那么，了解陶瓷產(chǎn)品內(nèi)部晶體相的形成，對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)就更有實(shí)際意義。

▲莫來石磚

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陶瓷中的莫來石晶體一般存在兩種情況：

一種是一次莫來石，其形成過程往往是母礦在加熱過程中自身分解而形成，如高嶺土（Al2O3?2SiO2?2H2O）在加熱過程中會(huì)脫水生成偏高嶺（Al2O3?2SiO2），在繼續(xù)的加熱過程中，偏高嶺會(huì)分解為莫來石和石英。這樣形成的莫來石其形狀貼近于母礦形狀，如高嶺石中的一次莫來石就為粒狀或鱗狀莫來石。

另一種是二次莫來石，在產(chǎn)品內(nèi)部出現(xiàn)大量高溫液相后，溶解于高溫玻璃相中的Al2O3和SiO2通過溶解-析出機(jī)理，在基質(zhì)玻璃中和長(zhǎng)石玻璃的四周可形成稠密的放射狀或交織網(wǎng)狀的二次針狀莫來石。這些在玻璃相內(nèi)彌散的二次莫來石對(duì)于玻璃相有著極好的增韌強(qiáng)化作用，可以很好地改善產(chǎn)品的性能。

在形成莫來石晶體后，晶體的發(fā)育對(duì)于產(chǎn)品的性能影響也很大。產(chǎn)品的性能隨著晶粒的尺寸增大而提高，但晶粒尺寸達(dá)到一定數(shù)值后，晶粒尺寸進(jìn)一步增加反而對(duì)于產(chǎn)品性能有所削弱。不過對(duì)于快燒的建陶產(chǎn)品而言，發(fā)育過大的晶粒尺寸的影響是微乎其微，因?yàn)闊芍贫戎胁]有足夠的時(shí)間讓晶體得到良好的發(fā)育長(zhǎng)大。我們所要注意的是，如在釉料中引入高純結(jié)晶產(chǎn)品時(shí)，需要控制其晶粒尺寸。

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對(duì)于產(chǎn)品中莫來石的形成、提髙莫來石含量、控制二次莫來石的形成與發(fā)育等方方面面的研究，傳統(tǒng)的認(rèn)可的理論研究結(jié)果大概有以下一些結(jié)論。

1、許多的氧化物或礦化劑對(duì)莫來石的形成有促進(jìn)作用，其中MgO和FeO對(duì)黏土礦物轉(zhuǎn)化成莫來石晶體的過程影響最大，可以有效降低莫來石的合成溫度，MgO和FeO對(duì)莫來石化的礦化作用主要是通過液相發(fā)揮效用。

MgO通過多元低共熔的方式進(jìn)入玻璃相中，降低了熔體的髙溫黏度，促進(jìn)黏土分解產(chǎn)物在熔體中的熔解，也就加快了二次莫來石化過程。此外，含MgO的硅酸鹽熔體有著與堇青石相近的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這些鎂質(zhì)熔體（2Mg0?Al203?5SiO2)可以接納較多的二氧化硅，促進(jìn)二次莫來石從中析出，而不利于方石英的析晶。若用滑石引入MgO來促進(jìn)莫來石的形成，滑石的用量超過5%時(shí)則有堇青石晶體析出。在建陶產(chǎn)品使用滑石時(shí)，尤其是使用江西地區(qū)黑滑石的時(shí)候，需要注意其中的有機(jī)質(zhì)含量。在坯體中，用碳酸鎂和滑石方式引入MgO，會(huì)出現(xiàn)一定的差異。

FeO對(duì)二次莫來石化的促進(jìn)作用也主要是促進(jìn)黏土分解產(chǎn)物在熔體中的溶解， 然后加速二次莫來石化。還應(yīng)注意到鐵離子和鋁離子兩者的離子半徑相近，故鐵離子可直接進(jìn)入莫來石晶體的晶格中置換莫來石中的鋁離子，形成含鐵的莫來石，當(dāng)鐵含量高時(shí)，這種含鐵的莫來石對(duì)建陶產(chǎn)品的顏色會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

事實(shí)上，由坯料的原料所帶入的MgO、FeO (視為雜質(zhì)氧化物）就已對(duì)二次莫來石的形成起到了礦化作用。

2、熔劑礦物長(zhǎng)石熔融時(shí)并不形成莫來石，長(zhǎng)石玻璃中的針狀莫來石為黏土分解物溶于熔體后析出的二次莫來石， 所以K20特別是同時(shí)存在CaO的情況下，有利于針狀莫來石的形成，有CaO時(shí)鈉長(zhǎng)石玻璃溶解黏土分解物后也能形成針狀莫來石，所以長(zhǎng)石中的CaO或其他原料引入的CaO對(duì)長(zhǎng)石玻璃中二次莫來石化有良好的影響。

黏土礦物雖可形成一次莫來石，也可通過液相形成二次莫來石。硅線石、紅柱石、藍(lán)晶石—它們的通式為A1203 ? Si02，在燒成中只形成一次莫來石。

3、坯體中的熔劑氧化物的含量和燒成溫度對(duì)已生成的莫來石的溶解和生長(zhǎng)有重要的影響。

在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中總是希望莫來石晶體細(xì)小而具有較大的晶粒界面，最好形成的是針狀莫來石，在玻璃相中它可發(fā)揮纖維增強(qiáng)作用，故必須控制針狀莫來石的過度生長(zhǎng)。已查明，熔劑氧化物的量在坯料中不超過3%時(shí)可抑制針狀莫來石的生長(zhǎng)，如果玻璃相中的熔劑氧化物的含量較高時(shí)，再給予足夠的燒成時(shí)間情況下，細(xì)小的針狀莫來石將發(fā)育生長(zhǎng)成短粗的莫來石。

坯體的燒成溫度提高，液相量將增加，打破了莫來石晶體和熔體之間的平衡，也會(huì)導(dǎo)致針狀莫來石通過溶解-析晶而生長(zhǎng)成粗短的莫來石。燒成溫度上升，也會(huì)使極細(xì)小的一次莫來石生長(zhǎng)。

最后需要說明的是，對(duì)于建陶的快燒過程而言，坯體或釉料的各類反應(yīng)并不會(huì)進(jìn)行完全。配方所含元素種類眾多，同時(shí)又因燒成周期的制備過程影響，所用原料的種類和晶型都會(huì)對(duì)建陶產(chǎn)品造成很大的影響，不得不接受認(rèn)識(shí)到性能的提升都是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。因此，在討論產(chǎn)品強(qiáng)度性能時(shí)，還是需要多角度，通過各種工藝細(xì)節(jié)累積比較合適。

王明華

畢業(yè)于陜西科技大學(xué)，現(xiàn)就職江西陶瓷工藝美術(shù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料與機(jī)械工程學(xué)院陶瓷工程專業(yè)教師。希望碎片化的知識(shí)與觀點(diǎn)，能夠?yàn)榻ㄌ招袠I(yè)添磚加瓦。