第二单元 功能各异的无机非金属材料第一节 生活中的硅酸盐材料传统陶瓷陶瓷在我国有悠久的历史，是中华民族古老文明的象征。从西安地区出土的秦始皇陵中大批陶兵马俑，气势宏伟，形象逼真，被认为是世界文化奇迹，人类的文明宝库。唐代的唐三彩，明清景德镇的瓷器均久负盛名。传统陶瓷材料的主要成分是硅酸盐，自然界存在大量天然的硅酸盐，如岩石、砂子、粘土、土壤等，还有许多矿物如云母、滑石、石棉、高岭石、锆英石、绿柱石、石英等，它们都属于天然的硅酸盐。此外，人们为了满足生产和生活的需要，生产了大量人造硅酸盐，主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。硅酸盐制品一般都是以粘土（高岭土）、石英和长石为原料。粘土的化学组成为Al2O3·2SiO2·2H2O，石英为SiO2，长石为K2O·Al2O3· 6SiO2（钾长石）或Na2O·Al2O3· 6SiO2（钠长石）。这些原料中都含有SiO2，因此在硅酸盐晶体结构中，硅与氧的结合是最重要的。 硅氧四面体[SiO4] 硅酸盐材料是一种多相结构物质，其中含有晶态部分和非晶态部分，但以晶态为主。硅酸盐晶体中硅氧四面体[SiO4]是硅酸盐结构的基本单元。在硅氧四面体中，硅原子以sp3 杂化轨道与氧原子成键，Si－O 键键长为162pm，比起Si4+和O2-的离子半径之和有所缩短，故Si－O键的结合是比较强的。 [SiO4]四面体的每个顶点上的O2-只能为两个[SiO4]四面体所公用，按照[SiO4]四面体公用顶点的不同，可将硅酸盐分为四大类：分立型、链型、层型和骨架型，列于下表中。下图示出了一些分立型、链型（单链和双链）、层型和骨架型的硅酸盐骨架。 硅酸盐中除了SiO2 外，还含有Al2O3。由于Al3+的半径与Si2+相近，所以Al3+可以置换硅氧四面体中的Si4+，形成铝氧四面体[AlO4]。由于铝是+3价的，因此置换后必然要引进其他阳离子以保持电荷平衡。 硅酸盐都需要高温烧结。粘土在高温下先脱水，然后转化为莫来石（3Al2O3·2SiO2），耐火材料基本上由石英、莫来石和玻璃构成。
