[科普中国]-钡长石

简介

钡长石是长石的一种，为钡铝硅酸盐。钡长石不是常见的矿物，它的晶体像玻璃一样，呈块状，比较硬，颜色浅。

钡长石是钾、钠、钙等碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物，也叫正长石。钡长石（BaAl2Si2O8）属单斜晶系，比重2.56～2.59g/cm3，它具有熔点低（1150±20℃），熔融间隔时间长，熔融粘度高等特点，广泛应用于陶瓷坯料、陶瓷釉料、玻璃、电瓷、研磨材料等工业部门及制钾肥用。

单斜钡长石对BAS 玻璃陶瓷相变的影响钡长石熔点为1760 ℃， 以钡长石为主晶相的BAS（BaO -Al2O3 -SiO2）玻璃陶瓷因高的耐热性与良好的抗氧化性， 有可能成为1200 ℃以上工作的陶瓷复合材料基体。钡长石晶型结构复杂， 还没有被完全了解。一般认为， 具有单斜晶型结构的钡长石在1590 ℃以下是稳定相， 有较小的线膨胀系数（2.3 ×10-6/ ℃）， 可以与常用的陶瓷纤维（或晶须）的线膨胀系数相匹配。具有六方晶型结构的钡长石在1590 ℃以下是亚稳相， 在约300 ℃时还经历六方→正交晶型的可逆相变， 伴随有3%~4%的体积变化， 六方相钡长石具有8.0 ×10-6/ ℃的线膨胀系数。显然， 单斜相钡长石适合作为复合材料的基体材料。然而， 在BAS 玻璃的晶化过程中， 六方相总是优先析出并且很难转变为单斜相。因此， 获得主晶相为单斜钡长石的BAS 玻璃陶瓷是BAS 玻璃陶瓷研究中的重要领域。在BAS 玻璃中加入Li2O 或CaF2 能有效促进BAS 玻璃陶瓷中的六方相向单斜相转变， 但易形成低熔点玻璃相而降低材料高温力学性能。在BAS 玻璃中直接加入单斜钡长石粉体作为晶种促进相变， 可以避免形成低熔点玻璃相BAS 玻璃的熔化温度高达2000 ℃， 容易造成高温坩埚污染， 损害材料的高温力学性能。采用溶胶-凝胶法低温合成BAS 凝胶玻璃的研究也在进行中。

钡长石合成颜料的可能性关于BaO -Al2O3-SiO2体系， 国内外已有较多的研究和报道， 普遍认为高温六方晶系长石生成和发育于转变温度1590℃ 。尽管在此温度下不稳定， 但它仍以坚固的亚稳态趋势而存在。具体表现在高岭土和碳酸钡反应， 最终能形成透明状物质。另据报道， 钡长石在300 ℃时发生的 互变过程中的体积变化较大。正是由于这种情况， 六方晶系钡长石不能实际用作陶瓷材料。然而， 它所显示的其它技术特性， 如耐火低热膨胀系数， 硅、铝、钡等阳离子在长石中的存在， 使之能被一些过渡元素的阳离子所取代， 因此获得陶瓷颜料是可能的。

在颜料合成的过程中， 根据钕对铝同形替换的原理， 有人先后试验成功了用铬对钡同形替换生产草绿色颜料和由钻对钡同形替换合成天青色颜料1。

钡长石陶瓷的微波介电性能微波测试频率为17.31GHz时，所制备的钡长石陶瓷介电常数最低达到3.59，相近数值在微波低介电陶瓷领域尚无报道。用莫来石替代部分SiO2和Al2O3制备钡长石陶瓷，能使钡长石的烧结温度降低200℃~300℃，且烧结温度变宽。随BaO含量增加，介电常数快速减小；随莫来石含量增加，介电常数提高。BaO和莫来石对介电性能影响大小的顺序为：BaO>莫来石2。

人工合成钡长石的试验（1）采用高岭土或多水高岭土和重晶石为原料， 由固相反应人工合成钡长石的实验结果表明， 在1330 ℃以下出现的均为六方钡长石；随着温度的提高， 发生六方→单斜钡长石的相转变；其最佳温度范围为1500 ~1560 ℃， 但是直到1600 ℃， 样品开始出现熔化时为止， 也不能完全形成单一的单斜钡长石。

（2）合成钡长石的工艺条件：包括试样成型方法、升温速度、保温时间和颗粒大小等。

（3）高岭土原料的化学成分、矿物组成等影响钡长石的相转变温度及热稳定性质。

（4）电子显微镜下的观测结果可以进一步了解到不同温度、不同保温时间及不同工艺条件下试样的烧结状况。

（5）通过测量钡长石的热膨胀系数， 由膨胀系数大小可以得知六方钡长石含量相对高低3。