陶瓷的主要成分是什麼?與地殼元素組分相似度超過90%

2020-11-23 陶瓷技術

在我們的日常生活中,各種陶瓷製品琳琅滿目。例如:餐具、瓷磚、陶瓷工藝品、電瓷絕緣子。這些形態各異的陶瓷究竟是由什麼化學成分構成的呢?

我們日常生活中用到的日用陶瓷(碗、碟子等)、建築陶瓷(瓷磚等)、衛生陶瓷(馬桶等),以及工業生產中經常用到的化工陶瓷、電子陶瓷(電容器等)、電瓷(輸電線路中的絕緣子等)都屬於傳統陶瓷(普通陶瓷)。

而傳統陶瓷(普通陶瓷)是以黏土等天然礦物為原料,因此其化學組成與與地殼的元素組成高度相似。

隨著分析化學的發展以及測儀器的提升,如今已經有多種手段可以方便的檢測物品的化學成分(具體檢測方法以後會講到)。

在地殼中最多的化學元素是氧,它佔總重量的48.6%;其次是矽,佔26.3%;以下是鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂。豐度最低的是砹和鍅,約佔1023分之一。上述8種元素佔地殼總重量的98.04%,其餘80多種元素共佔1.96%。

以上數據中,是把氧元素單獨列出,實際上這些元素在自然界大部分都是以氧化物的形式存在。因此,在化學分析中,我們通常用氧化物的形式來表達物質的化學成分。

下面我們就找一個日常生活中的陶瓷樣品,看看它的化學成分究竟是怎樣的。下面這個樣品,是佛山某著名陶瓷企業的一個玻化磚,我們來看看它的檢測結果。

這是八大元素的質量百分比。

陶瓷工藝學中,為了方便研究晶體結構,也會有摩爾mol百分比的表示方法。以三價元素的氧化物總數為1 ,可以換算出如下坯式:

Al2O3/ SiO2質量比值為0.300,摩爾比值為0.177。鹼性氧化物總量所佔質量分數為 8.52%,其中NaO+K2O為5.51%;MgO+CaO為3.01%。

其它類型的陶瓷製品,雖然各這元素的具體比例上會有所不同,但大的框架不會變。含量最多的一定是矽(SiO2),因此傳統陶瓷被歸類為矽酸鹽。排在第二的是鋁(Al2O3)。矽和鋁構成了陶瓷的骨架。其他鐵(Fe2O3)、鈣(CaO)、鈉(Na2O)、鉀(K2O)、鎂(MgO)各元素與矽鋁之總和超過了99%,這與地殼中八大元素的總量及比例都非常接近。

小結:

1.傳統陶瓷以地表礦物為主要原料,化學成分與地殼元素組分非常接近。

2. 傳統陶瓷製品,又被稱為矽酸鹽製品,矽(SiO2)含量超過總量的一半。矽(SiO2)和鋁(Al2O3)是傳統陶瓷的主要成分。

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