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，對于普通陶瓷的強(qiáng)度提升有著很重要的作用。因此，對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較低，且產(chǎn)品在使用過程中的會經(jīng)歷各類搬運(yùn)、長短途運(yùn)輸、深加工等，因此對于強(qiáng)度有著更迫切實際的需求。那么，了解陶瓷產(chǎn)品內(nèi)部晶體相的形成，對于產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)就更有實際意義。

▲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）在加熱過程中會脫水生成偏高嶺（Al2O3?2SiO2），在繼續(xù)的加熱過程中，偏高嶺會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)一步增加反而對于產(chǎn)品性能有所削弱。不過對于快燒的建陶產(chǎn)品而言，發(fā)育過大的晶粒尺寸的影響是微乎其微，因為燒成制度中并沒有足夠的時間讓晶體得到良好的發(fā)育長大。我們所要注意的是，如在釉料中引入高純結(jié)晶產(chǎn)品時，需要控制其晶粒尺寸。

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對于產(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莫來石的形成有促進(jìn)作用，其中MgO和FeO對黏土礦物轉(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%時則有堇青石晶體析出。在建陶產(chǎn)品使用滑石時，尤其是使用江西地區(qū)黑滑石的時候，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，會出現(xiàn)一定的差異。

FeO對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，這種含鐵的莫來石對建陶產(chǎn)品的顏色會產(chǎn)生不利的影響。

事實上，由坯料的原料所帶入的MgO、FeO (視為雜質(zhì)氧化物）就已對二次莫來石的形成起到了礦化作用。

2、熔劑礦物長石熔融時并不形成莫來石，長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特別是同時存在CaO的情況下，有利于針狀莫來石的形成，有CaO時鈉長石玻璃溶解黏土分解物后也能形成針狀莫來石，所以長石中的CaO或其他原料引入的CaO對長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已生成的莫來石的溶解和生長有重要的影響。

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。已查明，熔劑氧化物的量在坯料中不超過3%時可抑制針狀莫來石的生長，如果玻璃相中的熔劑氧化物的含量較高時，再給予足夠的燒成時間情況下，細(xì)小的針狀莫來石將發(fā)育生長成短粗的莫來石。

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，也會導(dǎo)致針狀莫來石通過溶解-析晶而生長成粗短的莫來石。燒成溫度上升，也會使極細(xì)小的一次莫來石生長。

最后需要說明的是，對于建陶的快燒過程而言，坯體或釉料的各類反應(yīng)并不會進(jìn)行完全。配方所含元素種類眾多，同時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對建陶產(chǎn)品造成很大的影響，不得不接受認(rèn)識到性能的提升都是一項系統(tǒng)工程。因此，在討論產(chǎn)品強(qiáng)度性能時，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。希望碎片化的知識與觀點(diǎn)，能夠為建陶行業(yè)添磚加瓦。