镁在建筑陶瓷坯体\釉料以及微晶玻璃中的作用与影响
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摘 要:本文叙述了镁的基本物理化学性质,以及其在自然界存在的主要形式如菱镁矿、白云石和滑石等的性能,并就其在建筑陶瓷坯体、釉料以及微晶玻璃中的作用进行了详细阐述。
关键词:镁;陶瓷坯体;釉料;微晶玻璃
1 镁的基本物理化学性质
镁(Mg)的核外电子构型为3s2。由于Mg2+离子半径小于Ca2+,所以镁的离子化能要高于钙,也就是说,Mg-O键的共价键性强于Ca-O键,而离子键性弱于Ca-O键。在Mg-O键中,Mg对O将产生较大的极化作用。根据Mg的核外电子产生杂化轨道的特点,(即它的sp3杂化远少于sp3d2杂化),它的配位数通常为6,极少为4;与在元素表中周围相邻的元素相比,镁更相似于锂,这就是所谓的周期表中的对角线规则。镁和锂的相似性表现在以下方面:
(1) Mg2+的离子半径(66pm)与Li+的离子的半径(68pm)相近;
(2) 单质在过量的氧气中燃烧时,只生成普通氧化物,不会生成过氧化物;
(3) 它们的氢氧化物均为中强碱,而且在水中的溶解度都不大;
(4) 它们的氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶;
(5) 它们的氯化物均能溶于有机溶剂(如乙酸)中;
(6) 锂的铝硅酸盐(锂霞石、锂辉石)与镁的铝硅酸盐(堇青石)都有较低的热膨胀系数,抗热冲击性能均较好;
(7) 它们都在玻璃中易于析晶,常常可以生成微晶玻璃,如锂霞石质微晶玻璃、锂辉石质微晶玻璃、堇青石质微晶玻璃、顽火辉石质微晶玻璃、透辉石质微晶玻璃、镁铝尖晶石质微晶玻璃等等;
(8) 在某些玻璃中,Li+与Mg2+有互相置换的可能性。
Mg2+与Ca2+虽处于同一主族元素,但它的离子半径比Ca2+小1/3;Mg2+的离子势是Ca2+离子势的1.5倍,这就导致Mg2+对玻璃网络的增强作用较强,对热膨胀系数减小的作用也较强。
金属镁为六方晶系,为银白色金属,也属于轻金属的范畴。它的熔点为648.5℃,沸点1107℃,比重为1.74g/cm3。它溶于无机酸并放出氢气;溶于热水可生成氢氧化镁,但其溶解度不大;它不溶于冷水,也不溶于铬酸酐与碱中。在干燥的空气中,镁可以长时间保持金属光泽(说明氧化非常缓慢),而在潮湿的空气中则易与其中的氧发生反应而生成灰色的氧化膜。块状金属镁在常温下比较稳定,但是粉末与碎屑状的金属镁则有着火的危险。在较高的温度下,即使块状的金属镁也容易氧化燃烧。鉴于此,金属镁也是较强的金属还原剂,可以还原出其它金属或非金属单质,如硅等。由于金属镁在较高温度下容易氧化燃烧,故在热处理时应该在二氧化硫或六氟化硫气氛的保护下进行。
2 镁的存在形式及其主要性能
镁也是自然界较为丰富的元素之一,它在元素的地壳丰度排名占第八位。它的主要存在形式为菱镁矿、白云石、透辉石、滑石;它的次要存在形式为盐湖的矿产光卤石、硼镁石。透辉石已在钙章节内述及,在此不再赘述;光卤石拟在钾(K)章节叙述;硼镁石将在硼(B)章节叙述。
2.1菱镁矿
菱镁矿的理论化学式为MgCO3,其中MgO含47.6%, CO2含52.4%。它为三方晶系,晶体结构与方解石相同,即结构中的(CO3)2-呈平面三角形,三角形平面皆垂直于三次轴分布。在整个结构中O2-成层分布,在相邻层中(CO3)2-三角形的指向相反,其中镁的配位数为6。这样,Mg2+离子与(CO3)2-络阴离子也成层分布,并沿C轴(三次轴)交替排列。由于它的结构特点,菱镁矿的晶形多为菱面体。但自然界少见晶体状菱镁矿,常呈显晶粒状集合体,或者为隐晶的瓷状、凝胶状致密块体。比重为2.9~3.1g/cm3;莫氏硬度较方解石大,为3.5~4.5;具有玻璃光泽。它难溶于水,但与方解石一样,溶于含CO2的水中;菱镁矿也不溶于丙酮。与方解石不同的是,菱镁矿与冷盐酸几乎不反应,只能与热盐酸反应,此时反应也较强烈并放出CO2 。
菱镁矿的热分析表明,它在400~600℃范围开始分解,生成颗粒较小并活性强的MgO,此时分解并不完全,呈现MgO与MgCO3的混合物;700℃时MgCO3完全分解;800℃时开始烧结;900℃则有少量的立方晶系方镁石(MgO)生成,此时MgO的颗粒变粗,活性也相应下降;1050℃ 时则产生大量的方镁石。一般来说,700~900℃烧制的MgO称为轻烧氧化镁,1000℃以上生成的MgO称为重烧氧化镁。
值得详细说明的是,轻烧氧化镁与卤水(MgCl2+H2O)会发生化学反应,生成所谓的菱镁水泥硬化物,这些硬化物主要是Mg3Cl(OH)5・4H2O(简称相5)和Mg2Cl(OH)3・4H2O(简称相3)。在这些硬化产物中,相5以其主要为针状、长柱状的晶形形成彼此相互交织的网状连锁结构,故菱镁水泥也象水泥一样具有较高的机械强度,它的抗压强度可达到62.5MPa以上。它的耐磨性也很高,相当于普通水泥的三倍,因此适用于磨料磨具,特别是抛光磨块。此外,它还具有耐火300℃以上、耐冷-30℃、抗盐卤腐蚀性、低碱度低腐蚀性、比重较轻(1.6~1.8g/cm3)、快硬、抗渗、可加工、干燥条件下非常稳定等特点,正是这些特点,使得它成为应用广泛的代木、节木、节能、利废的材料,涉及包装、建筑、装饰、交通、巷道支护、耐火、磨料、家具等众多领域。
如上所述,菱镁矿在1050℃以上将大量生成方镁石(MgO)。方镁石属立方晶系,比重为3.581g/cm3;莫氏硬度6.0~6.5;难溶于水(包括冷水与热水),溶于酸与铵盐溶液。方镁石(MgO)的熔点很高,可达2852℃,沸点3600℃。它优良的耐火性能是它作为镁质耐火材料应用的基础,在建筑陶瓷砖类产品的生产中,菱镁矿广泛用于辊道窑的辊捧保护涂层与砖类的涂底料,其目的是保护辊棒,避免粘棒。
由于自然界的菱镁矿多含有较多的铁,故陶瓷坯体、釉料及微晶玻璃不能将它作为原料使用。如果要使用,特别是作为主要原料使用,可以采用碳酸镁的化工原料。在瓷釉中,碳酸镁可作为高温助熔剂使用,但它比方解石的高温助熔剂造成的短性与速熔性要差一些,这有利于控制釉的粘度,抑制瓷釉的流动性。但同时这也有不利的方面,因为这会影响瓷釉的平滑度。还有一点要注意,由于MgO组份赋予釉的表面张力大于CaO,因此过多的碳酸镁会引起缩釉、剥釉等缺陷。瓷乳浊釉别是锆乳浊釉中,碳酸镁也可用于控制锆英石的析晶大小,即可以提高乳浊度,因为乳浊度与析晶大小息息相关。
在生产大多数玻化或半玻化的陶瓷坯体时,可以使用少量的碳酸镁。与使用少量滑石相比,其助熔作用明显,还能降低膨胀系数,使坯体白度增加。这里也要注意一点,即Mg2+离子的拓扑体积是负值,因此它会增大烧成收缩。在制备透明釉与玻璃时,适量(较少)的碳酸镁能起到稳定玻璃网络结构、抑制失透的作用;但如果添加量较多,Mg2+离子与Li+离子都有促进析晶的能力,因此研制微晶玻璃时,碳酸镁也是主要原料之一。最后还要提及的一点是,Mg2+离子与Al3+、Fe3+、Cr3+离子易生成尖晶石类的矿物相,因此,较多Mg2+含量的瓷釉、坯体、微晶玻璃在使用含Al3+、Fe3+、Cr3+的色料时要注意退色、变色的影响。
菱镁矿能在热液作用、风化作用及沉积作用的条件下形成,它的地质分布量远少于方解石矿床。我国辽宁海城地区与山东掖县地区分布有大的菱镁矿矿床,它们是含镁的热水溶液交代白云石或白云质灰岩生成的。这种成因的菱镁矿大多是显晶质的,并与滑石、方解石、白云石、绿泥石共生。隐晶质的菱镁矿是超基性岩遭受强烈风化作用生成的,这种成因的菱镁矿多为瓷状、凝胶状,并常与蛋白石或玉髓共生。
2.2白云石
白云石的理论化学式为CaMg(CO3)2,其理论化学组成为:CaO 30.4%;MgO 21.7%;CO2 47.9%。它多呈灰白色,纯者为白色,为三方晶系。白云石的晶体结构与方解石的晶体结构也相似,不同点在于钙八面体层与镁八面体层沿着三次轴交替排列。玻璃光泽,有完全的菱面体的解理,解理面常常弯曲而显示马鞍形的菱面体状。集合体呈粒状、致密块状,有时还呈多孔状、肾状;比重为2.8~2.9g/cm3;莫氏硬度为3.5~4。白云石难溶于水,在冷盐酸中白云石分解反应缓慢,不剧烈发泡,特别是致密块状的白云石更是如此,只有在热盐酸中才发生剧烈的反应并发泡,因此,可根据在冷盐酸中反应的特点将白云石与方解石区分。白云石与方解石区分的另一方法是采用浓度为1:15的盐酸加0.1%茜素红硫溶液进行染色反应,白云石不染色,方解石被染成红紫色。
从白云石的差热曲线可以看出,当加热到730~790℃时,出现第一个吸热谷,意味着发生第一阶段的分解。这个分解主要是成分中碳酸镁的分解,将主要生成氧化镁与二氧化碳、碳酸钙;当加热到900℃时,又出现第二个吸热谷,意味着发生第二阶段的分解,这个分解主要是第一分解阶段中产物碳酸钙的分解,将主要分解生成氧化钙以及剩余的二氧化碳;当加热温度超过1200℃时,第一阶段分解的氧化镁将生成方镁石,第二阶段分解的氧化钙将变为结晶的α-CaO,此时的MgO和CaO活性大为降低。而900~1200℃范围内的白云石分解的氧化镁与氧化钙活性较强,它们较容易与陶瓷坯体的其它原料,如石英、脱水的高岭石、脱水的叶蜡石、脱水的伊利石发生如下反应,这也是白云石在坯体应用时发生的基本反应,见式(1)至式(9)。
如果温度继续升高,上述反应还将产生多组分矿物相之间的共熔反应。上述反应以及它们各矿物相之间的共熔作用,都是白云石在陶瓷坯体、釉料、微晶玻璃中所起作用的内在基础。
相对于菱镁矿,白云石在自然界比较普遍,所以白云石是镁更为经济合理的来源方式。与方解石的地质产状相似,它主要以海相沉积与热液两种成因为主。沉积型的白云石与方解石一样,多见于海盆地的沉积物里,形成巨厚层的白云岩或石灰岩,主要储存于前塞武纪地层。热液成因的白云石,是含镁的热水溶液对石灰岩或白云质岩的交代产物,或者从热液直接结晶。在我国,白云岩主要产于东北各省、西南各省、湖北等地。
2.3滑石
滑石的理论化学式为Mg3(Si4O10)(OH)2,它的理论化学组成为:MgO 31.7%、SiO2 63.5%、H2O 4.8%。滑石的晶体结构是两层由硅氧四面体共顶沿二维方向组成的所谓硅氧化四面体层,中间夹一层由镁氧(包括氢氧)八面层共棱组成的所谓“氢氧镁石”层组成的。这两层硅氧四面体层的活性氧相对排列,氢氧镁石层中的2/3(OH)位置被硅氧四面体的活性氧占据,未被替代的OH正好处于硅氧四面体六方网层的中心。镁占据由OH与O组成的八面体的所有空隙,而叶蜡石中的铝占据由OH与O组成的八面体空隙中2/3的空隙。因此,前者称为三八面体型结构,后者称为二八面体型结构。由两层硅氧四面体和中间一层镁氧(氢氧)八面体组成的单元层的内部,电价是平衡的,结合牢固;而单元层之间是靠微弱的分子键连接的,这些晶体结构特点是滑石具有其特别性质的根源。
滑石属于单斜晶系,晶体为六方板状或菱形板状,通常为片状、粒状、纤维状的集合体或致密块体。片状解理发育完好,很易剥开成小的鳞片状,解理片可以是透明或半透明,重要的是它有挠性,因此在球磨时很难碎得很细,只有用烧滑石才能获得较细的细度。呈玻璃光泽或油脂光泽,解理面有时有珍珠光泽;比重2.58~2.83g/cm3;莫氏硬度为1,是硬度最小的矿物;手摸具有特有的滑感。它有较高的电绝缘性和绝热性,对水有憎水性、疏水性,对油脂有亲油性。纯净的滑石呈化学惰性,与强酸、强碱均不发生反应;在紫外灯下发白色萤光。
滑石在加热过程中会发生以下反应:
(1)850~900℃范围,滑石将脱除结构水,见式(10)。
(2) 在1000~1050℃,滑石的原始结构完全破坏,并生成斜顽辉石和方石英,见式(11)。
归纳起来,滑石将发生如式(12)的反应:
滑石加热生成的斜顽辉石实际上有四种变体。这包括:低温的单斜顽火辉石(也称斜顽辉石)、高温的单斜顽火辉石、斜方的顽火辉石、斜方的原顽火辉石。至今为止,顽火辉石四种变体之间的转变关系和各相的相对稳定性,尚未完全认识清楚。根据近年来的研究结果认为,斜方的原顽火辉石在1000~1300℃范围是稳定的,甚至可以稳定到不一致熔点1557℃。原顽火辉石在室温下不稳定,斜方的原顽火辉石在快速淬冷情况下可完全生成低温单斜顽火辉石。如果缓慢冷却,原顽火辉石可形成一定数量的斜方顽火辉石和低温单斜顽火辉石,斜方的顽火辉石的稳定温度范围大致在600~1000℃范围。有人认为斜方的顽火辉石可以稳定到室温的程度;而有人以实验证明,在566℃以下可以制备出低温的斜顽辉石,而不能得到斜方的顽火辉石。因此可以认为,低温的单斜顽火辉石是低温(室温)的稳定相;高温单斜顽火辉石是低温单斜顽火辉石在980℃以上的高温变体,高温单斜顽火辉石在1000℃到1557℃之间可能有一真实的稳定场,不过这尚未得到实验证实。有人还提出,在顽火辉石的相变过程中,在高温显微镜下总是可以看到玻璃相,在1350℃时,玻璃相已达到80%。
滑石除了自身的相变反应外,它与含铝的粘土矿物还将发生固相反应,这些固相反应包括与高岭石的反应(见式13)、与叶蜡石的反应(见式14)、与伊利石的反应(见式15)。上述滑石本身的相变反应以及它与陶瓷坯体中各粘土矿物的固相反应,都是滑石在陶瓷坯体中应用的内在基础。
滑石是典型的热液作用生成的矿物,它主要是富镁超基性岩与碳酸盐之间发生热液交代作用生成的,或者是白云岩、白云质灰岩经热液变质交代作用生成的,其反应式分别如式(16)和式(17)所示。
我国的滑石矿产资源非常丰富,广泛产于辽宁、山东、以及湖南、湖北、江西、山西、河南、云南、广西、广东等省,仅山东、辽宁两地的储量即占世界1/4。
3 氧化镁在陶瓷坯体中的作用
在自然界,菱镁矿虽然有一定的储量,但它毕竟储量不大,而且纯度不高,含铁等有害杂质,故它也不适宜广泛用于陶瓷坯体。白云石虽然储量丰富,分布也比较广泛,但陶瓷坯体中引入的白云石原料除了引入氧化镁外,还引入了氧化钙,这就使得它在陶瓷坯体中的应用,特别是在瓷质坯体中的应用变得不利(因为这方面的应用应避免引入CaO的组份)或者变得复杂。综合来看,滑石是最适宜引入氧化镁的选择矿物,它的储量相当丰富,其杂质含量,特别是Fe、Ti有害杂质含量符合陶瓷坯体应用的质量标准。因此在此叙述氧化镁在陶瓷坯体中的作用,实质上是叙述滑石在陶瓷坯体中的作用。
滑石可以用作从陶质到瓷质整个系列的坯体原料,它在陶瓷坯体中的作用主要有:
3.1有利于实现低温、快烧
滑石也是较为理想的低温快烧原料。首先它会降低陶瓷坯体的烧结温度和瓷化温度,滑石降低陶瓷坯体的烧成温度来源于三个因素:
(1)较低的温度下,滑石本身会发生生成顽火辉石的固相反应,在较高温度下滑石又可以与粘土矿物反应生成堇青石。这些反应的发生促进了物质迁移与扩散,甚至形成反应边,这无疑有利于烧结的进行;
(2)较高温度下滑石中氧化镁的强助熔作用,在瓷质砖的生产中,添加少量的滑石就会显著降低瓷化温度;
(3)高温生成的含氧化镁的玻璃相,其表面张力大,粘度也较小,这个因素将使以粘滞流动机理的烧结反应容易进行。
其次,滑石有利于缩短烧成周期,这是因为:
(1) 滑石本身的含水量少,挥发份低,烧失量通常在5%以下;
(2) 滑石本身不是塑性原料,引入它有利于干燥;
(3) 滑石本身不含有机物,减少了氧化挥发的烧成时间;
(4) 滑石本身生成的顽火辉石的膨胀系数在8×10-6/℃以下,与粘土矿物反应生成的堇青石的膨胀系数更小,为2×10-6/℃以下。这些都是有利于缩短烧成周期。综合上述,滑石是实现低温快烧的较为理想的原料。
3.2降低坯体的热膨胀系数
前面已经谈到,滑石在陶瓷坯体中反应生成的物相――顽火辉石与堇青石,它们的热膨胀系数都不大,特别是堇青石还是热膨胀系数很低的物相。此外,滑石的强烈助熔作用也会有利于陶瓷坯体中高膨胀的石英、方石英的熔融,这些物相熔融形成的石英玻璃热膨胀系数很低,只有0.5×10-6/℃。在瓷质砖的生产中,为了降低热膨胀系数,除了减少石英等SiO2组份、增加Al2O3组份外,还有增加MgO组份这一办法,而且非常有效。
3.3 增加陶瓷坯体的耐化学腐蚀性
由于滑石以及它们的分解产物――顽火辉石都有较高的耐酸性与耐碱性,所以添加滑石,特别是以滑石为主的滑石瓷的耐化学腐蚀性比较好,应该说,在陶瓷坯体中,滑石瓷的耐化学腐蚀性还是比较突出的。
3.4 提高陶瓷坯体的电学性能
滑石瓷具有良好的电学性能。滑石添加量为60%~85%的滑石瓷的介电常数为6.0~6.5(0.5~5MHz之下),介电损耗角的正切为7×10-4(1MHz之下);比体积电阻为1010~1011ρV/Ω・m,因此滑石是适用于生产绝缘瓷与高频绝缘电瓷的理想原料。
3.5 减少陶瓷坯体的烧成收缩
在传统陶瓷坯体中,烧成收缩主要来源于高岭石生成莫来石的反应,前文已计算,这种收缩可达20%。而滑石在陶瓷坯体中的两个反应(滑石本身生成顽火辉石的反应和滑石与粘土矿物高岭石生成堇青石的反应)前后的体积收缩较小,根据各矿物相的克分子体积值计算,前者收缩不到12%,后者收缩为4.8%。这可以证明,在主要以固相反应的陶质和吸水率较高的陶瓷坯体中,滑石有利于减小陶瓷坯体的烧成收缩。换句话说,在玻璃相较少的陶瓷坯体中,添加滑石有利于减小坯体收缩。
需要提醒一下,根据张金民、叶大年的研究论文,在玻璃体中,Mg2+离子的拓朴体积为负值,比Na+、K+、Ca2+均小。这说明,在玻璃、微晶玻璃和玻璃相较多的瓷质坯体中,加入滑石将增加这一玻璃化的体积收缩,这一点要特别留意,要留意所研制陶瓷坯体的种类、吸水率状况、玻璃相的多少以及各原料组份的比例,才能得到坯体烧成收缩的正确预期。
3.6 提高陶瓷坯体的机械强度
滑石提高陶瓷坯体机械强度的作用主要源于其中氧化镁助熔作用产生的玻璃相,这是因为在玻璃组成对玻璃抗压强度以及玻璃硬度的影响排名顺序中,MgO组成占据前几位,而且对玻璃弹性也有有利的影响(这是由于Mg2+离子的半径小、电荷较多、极化能力强);不过,MgO对玻璃的抗拉强度则有不利影响。综合考虑,滑石对产品的机械强度(包括硬度、弹性、抗压强度)有正面作用。
对于吸水率较高的陶质坯体来说,滑石对其机械强度(包括硬度、弹性)的作用也应是正面的,这是因为:
(1) 滑石引入氧化镁,有利于降低共熔温度,有利于玻璃相的生成;
(2) 含氧化镁的玻璃的高表面张力以及较低的粘度有利于烧结反应的进行;
(3) 固相反应生成的晶相顽火辉石与堇青石的硬度并不低,前者莫氏硬度为5~6,后者莫氏硬度为7~7.5,作为陶质坯体骨架的晶相来说,这也有利于提高其机械强度;
(4) 固相反应本身加速物质的迁移与扩散,有利于烧结的进行。
诸如以上几点也能证明,即使对吸水率较高的陶瓷坯体,滑石的引入也有利于提高其机械强度。
3.7 提高陶瓷坯体的白度
滑石提高白度的作用主要由以下两个因素决定。第一个因素是滑石原料的Fe、Ti比其它粘土矿物、含钙的硅酸盐均要低一些,这是基本因素;第二个因素是,无论在玻璃相中,还是滑石本身生成的顽火辉石中,Mg2+离子配位数均为6,它的离子半径为66Pm。这与Fe2+离子的配位数和离子半径(76Pm)接近。因此可以固溶部分的Fe2+离子,以提高白度;而且如果滑石与粘土矿物生成堇青石,则堇青石中除了六次配位的Mg2+外,尚有部分的六次配位的三价Al3+离子,它与Fe3+离子在电荷,离子半径、配位数均相近,无疑堇青石也能固溶较多的Fe2+、Fe3+,这无疑也会起到提高白度的作用。
3.8 减小陶瓷坯体的湿膨胀
我们知道,含MgO玻璃相的湿膨胀远低于传统陶瓷坯体中的含K2O、Na2O的玻璃相,所以添加滑石对于减小坯体的湿膨胀作用无疑是正面的,这有利于提高制品,特别是带釉制品的使用寿命。
4 氧化镁(滑石)对釉料、微晶玻璃性能的影响
4.1对熔化温度的影响
氧化镁与氧化钙相似,它对熔化温度的影响也是双重的。一方面,它可提高釉料及微晶玻璃的始熔温度;另一方面,会明显降低高温的熔化温度。不过,这种降低熔化温度的作用随着添加量的增加会渐趋减弱;如果添加量继续超过某一量值,则反而会逐渐增加其熔化温度。
4.2对粘度的影响
与对熔化温度影响类似,在低温的情况下,氧化镁的引入会增加釉料及微晶玻璃的粘度。在高温下,氧化镁会减小釉料及微晶玻璃的粘度,不过这种减小粘度的作用也会随着添加量的增加而趋缓,超过一定量则反而会增加其粘度。
4.3对热膨胀的影响
相对于氧化钙(CaO)与氧化钡(BaO)来说,氧化镁(MgO)置换它们会减小热膨胀系数,但这种减小的幅度较小。而且相对于氧化锌(ZnO)来说,氧化镁的替代反而会增加釉料及微晶玻璃的热膨胀系数。所以,如果需要降低釉料及微晶玻璃的热膨胀系数,首先应该采用主要含二氧化硅(SiO2)和氧化硼(B2O3 )的原料。
4.4对表面张力的影响
氧化镁将大幅度提高釉料及微晶玻璃的表面张力,氧化镁的这种作用没有任何其它元素所能与之匹敌。氧化镁的这种明显提高釉料及微晶玻璃的表面张力的作用必须牢记,成为指导研制配方的重要思路。氧化铝虽然也大幅度提高釉料及微晶玻璃的表面张力,但它又常常大幅度提高粘度,故不宜采用氧化铝提高其表面张力。
4.5对机械强度的影响
如前所述,氧化镁将提高釉料及微晶玻璃的抗压强度、硬度、弹性模量。综合分析,氧化镁会明显提高其抗冲击强度的性能。但对抗张强度有少许不利的影响。这一点也要注意。
4.6对化学稳定性的影响
如前所述,对于晶相而言,含氧化镁(MgO)的顽火辉石、镁铝尖品石、堇青石的耐化学腐蚀性均优于含氧化钙(CaO)的钙长石、硅灰石等,特别是耐酸性。而对于含氧化镁的玻璃相而言,也有这个趋势,即含氧化镁的玻璃的耐化学腐蚀性稍优于含氧化钙(CaO)的玻璃。对于耐碱性、含氧化镁的玻璃这种性能的优越性更为明显一些。这里需要注明一点,在碱溶出量高的玻璃中引入氧化镁与氧化钙会产生脱片的现象,这在研究医药制剂容器时要注意防范。
4.7对电学性质的影响
相对于氧化钙(CaO)来说,氧化镁将减小电容,并且大幅度增加含二价元素的酸性玻璃的电阻;同时,氧化镁在一定添加量的范围内可以减小介电损耗。因此,含氧化镁的玻璃(包括陶瓷)可以制作高频绝缘和低的高频介电损耗的无线电器件。不过,在碱性玻璃中,氧化镁增加电阻的作用将低于氧化钙(CaO)。
4.8对光学性质和颜色的影响
氧化镁组份将减小玻璃相的折光率,但对色散影响不大。要注意的是,氧化镁对某些色料,特别是高铝的刚玉或尖晶石色料的发色将有不利的影响。这是因为氧化镁易与氧化铝(Al2O3)发生生成镁铝尖晶石的反应;而且与其它三价离子发色的氧化物(如铬绿Cr2O3)也会发生反应,这样会造成变色。
4.9对析晶的影响
少量的氧化镁可以起到稳定玻璃化的作用,这有利于研制透明玻璃与透明釉。不过镁的离子半径较小,电荷强度较大,容易在玻璃结构中产生积聚作用,使近程有序的范围扩大,这就产生增加玻璃的分相与析晶的倾向。特别在添加量增多的情况下更是如此,镁无光釉和尖晶石相、堇青石相、顽火辉石相的微晶玻璃都是基于这个原理制备的。
参考文献
[1] 闫振甲等.镁水泥改性及制品生产实用技术[M].化学工业出版社,材料科学与工程出版中心,2006:138-161.