Al的结构作用

发布网友发布时间：2022-04-29 14:34

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热心网友时间：2023-10-11 14:28

在没有R⁺、R²⁺金属离子平衡电荷的情况下，Al³⁺在硅酸盐熔体中起“变网离子”的作用。在存在R⁺、R²⁺离子时，Al³⁺结合平衡电荷的R⁺或R²⁺进入熔体的结构单位中成为具四配位的“成网离子”，四配位的Si⁴⁺耦合了Al³⁺，相应的结构表达为（Si，Al）-O⁰（三维网络），O^-（Si，Al）-O⁰（层），O^-（Si，Al）-O^-（链）。如是由Na⁺等平衡电荷，Al³⁺优先进入“三维网络”，其次是“层”和“链”，在Ca²⁺等平衡电荷时，Al³⁺在各结构单位中分布是均匀的。熔体中有足够的R⁺、R²⁺金属离子时，因为更多的Al³⁺与它们结合进入“三维网络”将进一步聚合熔体，使熔体粘度增加。大量实验资料表明，Al³⁺优先替换高度聚合的熔体中结构单位里的Si⁴⁺（Mysen，1995），如熔体中R⁺、R²⁺离子减少，Al³⁺不再处于四次配位，熔体被解聚，熔体的粘度降低。

图8-11 Al₂O₃/R₂O（RO）+Al₂O₃］与硅酸盐熔体粘度的关系

Al₂O₃/［R₂O（RO）+Al₂O₃］与硅酸盐粘度（logη）的关系（图8-11）可以说明这一点，在Na₂O-Al₂O₃-SiO₂系统中这种关系更明显。在SiO₂恒定的熔体中，Al₂O₃逐渐置换Na₂O，则使粘度陡然增加，在Al₂O₃/Na₂O摩尔比为1的熔体中达到明显的极大值，在Na₂O进一步被Al₂O₃置换时，则导致粘度减小。在Al₂O₃开始置换Na₂O时，熔体中Na-O弱键逐渐为Al-O四面体中的Al-O强键所代替，Al-O四面体需要Na⁺平衡电荷，这种（Al，Na）-O四面体形成得越多，熔体的聚合程度越高，粘度也越大，在Al₂O₃/Na₂O=1处，Na⁺与Al³⁺全部或大部分成为三维网络的一部分。在Al₂O₃/Na₂O进一步增加时，则Na⁺进一步被置换，这时不仅移走了平衡三维网络电荷所需要的Na⁺，也移走了为三维网络已接纳的Al³⁺，这种多余的Al³⁺成为“变网离子”，需要阴离子来屏蔽本身的电荷，这种屏蔽要求施加给三维网络，使网络变形，从而造成熔体粘度下降。如平衡电荷的是二价阳离子，在Al₂O₃/RO摩尔比为1时，也出现粘度的极大值（图8-11），但比起Na₂O产生的极大值要小得多。说明二价阳离子平衡电荷形成的铝硅酸盐网络比一价阳离子平衡电荷形成的网络要弱，而且不稳定，网络发生相当的变形，形成的键也弱，因而有关熔体粘度小得多。