鈉在陶瓷坯體\\釉料及微晶玻璃中的作用與影響

摘 要:本文介紹了鈉的基本物理化學(xué)性質(zhì)，以及其在自然界存在的主要形式如鈉長石、鈉霞石、氯化鈉、鈉硝石和碳酸鈉的性能，詳細(xì)闡述了氧化鈉對(duì)陶瓷坯體和釉料、微晶玻璃性能的影響。

關(guān)鍵詞:鈉;陶瓷坯體;釉料;微晶玻璃

1 鈉的基本物理和化學(xué)性質(zhì)

鈉的核最外電子排布構(gòu)型為3s1，易形成金屬鍵，故金屬鈉有金屬光澤，比重較小、硬度小、熔點(diǎn)與沸點(diǎn)較低，熔點(diǎn)不足100℃(98℃)，沸點(diǎn)不足900℃(883℃)。導(dǎo)電性佳，鈉與其它金屬很容易形成合金。

鈉的原子(離子)半徑較大，核電荷最少，它容易失去電子而表現(xiàn)為較為活潑的金屬性能，形成的化合物為離子化合物。金屬鈉在空氣中很易被氧化(和碳化)而失去金屬光澤，稍微加熱，還可以在空氣中燃燒，甚至生成過氧化鈉((Na2O2)。

鈉的氫氧化物(常稱為苛性鈉)是常用的堿，堿性很強(qiáng)，并且易吸潮，其熔點(diǎn)為320℃。氫氧化鈉在空氣中也易與其中的CO2反應(yīng)生成Na2CO3。氫氧化鈉與各種無機(jī)酸反應(yīng)生成相應(yīng)鹵化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、磷酸鈉、碳酸鈉等，這些無機(jī)鹽基本均為離子化合物，易溶于水，熱穩(wěn)定性好。

2 鈉的存在形式及主要性能

鈉在地殼中的元素豐度占第六位，在地球近70%面積的海洋中，就有取之不盡，用之不竭的氯化鈉資源。當(dāng)然，還有作為含鈉的鹽礦床成分的氯化鈉以及鈉硝石。作為地質(zhì)礦產(chǎn)資源的含Na礦物主要有鈉長石、鈉霞石。此外，作為常用化工原料的Na來源是碳酸鈉。現(xiàn)分別就這些存在形式的主要性能分述如下:

2.1 鈉長石

鈉長石是長石族礦物中的一員，長石族主要是具有架狀晶體結(jié)構(gòu)的鉀、鈉、鈣的無水鋁硅酸鹽，它有三種基本類型和五種過渡類型，三種基本類型分別為鈉長石(NaAlSi3O8)、鉀長石(KAlSi3O8)、鈣長石(CaAl2Si2O8)。由于Na+的離子半徑(97pm)與Ca2+的離子半徑(99pm)相近，Si4+的離子半徑(41pm)與Al3+的離子半徑(50pm)也相近(即Si-O四面體與Al-O四面體的尺寸相近)，因此可以形成如式(1)的離子間的置換:

這就表明，鈉長石與鈣長石之間可以在宏觀上形成連續(xù)固溶體。根據(jù)鈉長石與鈣長石之間的固溶比例又分成中間的四種過渡類型:

(1) 奧長石:鈉長石:鈣長石=9:1～7:3;

(2) 中長石:鈉長石:鈣長石=7:3～5:5;

(3) 拉長石:鈉長石:鈣長石=5:5～3:7;

(4) 倍長石:鈉長石:鈣長石=3:7～1:9。

然而，Na+的離子半徑(97pm)與K+的離子半徑(133pm)相差較大，電荷數(shù)一樣，故鈉長石與鉀長石盡管在高溫下可以完全固溶，但隨著冷卻結(jié)晶，它們會(huì)逐漸熔析、分離，最終只能部分固溶，形成所謂的中間過渡類型的鈉鉀長石，這是所謂堿性長石系列的特點(diǎn)。

在上述各類長石中，鉀長石有兩種變體，一種為單斜晶系，其兩組解理的夾角為90°，稱為正長石，亦稱高溫型透長石(形成溫度在900~950℃);另一種變體為三斜晶系，其兩組解理夾角為89°40′，因此又稱為低溫型的微斜長石(形成溫度在650℃以下)。依此推及，作為中間過渡類型的鈉鉀長石來說，它們也有兩種變體，即鈉鉀正長石和鈉鉀微斜長石。此外，純鈉長石(NaAlSi3O8)與純鈣長石(CaAl2Si2O8)的兩組解理的夾角均不足90°，前者為86°26′，后者為85°46′，因此從鈉長石到鈣長石的所有過渡類型均可稱為斜長石，組成了所謂斜長石系列。

還要說明的一點(diǎn)是，對(duì)于堿性長石系列來說，深成巖漿巖結(jié)晶出來的堿性長石容易生成代表對(duì)應(yīng)鈉長石與鉀長石混合體的條紋長石(即鈉長石以有規(guī)律的白色條紋排列在肉紅色的鉀長石中);而在火山噴發(fā)巖中生成的堿性長石常常是均勻單一的長石。

綜上所述，長石族中主要礦物之間的相互關(guān)系可用圖1表示。

在自然界存在的鈉長石多為低溫鈉長石，它在500℃以下穩(wěn)定。鈉長石的晶體結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成單元是由三個(gè)硅氧四面體與一個(gè)鋁氧四面體(它基本占據(jù)固定的位置)組成的四元環(huán)。這種近乎完全有序的四元環(huán)沿a軸排列成“之”形鏈，沿(201)層排列成平面。鈉長石理論結(jié)構(gòu)式為NaAlSi3O8，理論化學(xué)式為Na2O·Al2O3·6SiO2，其中SiO2占68.7%，Al2O3占19.5%，Na2O占11.8%。鈉長石屬三斜晶系，晶體常呈平行于(010)的板狀或板柱狀，在新鮮的晶面或解理面上可以看到比較清晰的條紋長石雙晶紋(即聚片雙晶)。顏色多為白色至無色，透明到半透明，玻璃光澤，有時(shí)呈珍珠光澤。兩組完全解理，交角為86°左右(不垂直這一點(diǎn)與正長石區(qū)別)，比重為2.60～2.65g/cm3，莫氏硬度6～6.5。

鈉長石是在長石族中熔化溫度最低的品種，它的最低初始熔化溫度只有1110℃。不過，隨著鈉長石中鉀長石、鈣長石成分的增加，它的熔化溫度將增大至1200℃以上。因?yàn)榧冣涢L石的熔化溫度為1450℃，純鈣長石的熔化溫度為1532℃。與鉀長石相比，鈉長石不止熔化溫度低，而且它的熔融范圍較窄、熔體的粘度低，且隨著溫度的增加粘度降低也較快，即它顯示出較明顯的速熔性或短熔性。所以陶瓷坯體應(yīng)用鈉長石時(shí)要注意它對(duì)變形與燒成范圍的影響。不過，在降低熔化溫度、增加助熔能力、提高對(duì)石英、粘士礦物、莫來石的熔解能力方面，鈉長石是常見的有效的礦物原料。在提高陶瓷磚瓷化能力和加速釉的熔化方面，鈉長石比鉀長石作用更為突出。

2.2鈉霞石

鈉霞石的理論結(jié)構(gòu)式為Na3KAl4Si4O16，理論化學(xué)式為3Na2O·K2O·4Al2O3·8SiO2，其中SiO2占41.5%，Al2O3占35.2%，Na2O占17.5%，K2O占5.8%，這是以鈉為主的鉀鈉鋁硅酸鹽。

鈉霞石也屬于架狀結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽，它的基本結(jié)構(gòu)是由鋁氧四面體與硅氧四面體組成的六元環(huán)(它們之間的排列基本上以1:1比例有序排列)。它的結(jié)構(gòu)排列與β-鱗石英結(jié)構(gòu)相似，即這些六元環(huán)沿(0001)面排列成層，其中半數(shù)的四面體角頂向上，一半的四面體角頂向下，六方網(wǎng)層之間再通過此上、下角頂連接成架狀結(jié)構(gòu)。在這些六方網(wǎng)孔中間排列著大的Na+、K+離子，前者配位數(shù)為8，后者配位數(shù)為9，整個(gè)結(jié)構(gòu)屬于六方晶系。這是常見的、在常溫下穩(wěn)定的變體;還有一種少見的鈉霞石屬于高溫變體，它的晶體結(jié)構(gòu)與方石英類似，屬于三方晶系。

鈉霞石的晶體少見，在巖石中，常為分散粒狀、鑲嵌粒狀和致密塊狀，多為無色、白色、灰色。致密塊狀者的斷口為油脂光澤，因此又得名為脂光石。無完全、中等的解理，比重2.55～2.67g/cm3，性脆、莫氏硬度5.5～6(比長石族低)。它溶于鹽酸，并會(huì)產(chǎn)生膠體狀的殘留體。

鑒于鈉霞石的硅鋁成分不高，堿性成分(特別是Na2O)較高，故它與鈉長石一樣是自然界熔點(diǎn)最低的鋁硅酸鹽礦物之一，還是屬于二氧化硅不飽和的礦物。鈉霞石產(chǎn)于富鈉貧硅的堿性巖中，主要產(chǎn)于與正長巖有關(guān)的巖漿巖(包括偉晶巖)，所謂霞石正長巖即是鈉霞石的常見地質(zhì)產(chǎn)出形式。其共生礦物主要是富鈉的堿性長石(鈉長石、鉀微斜長石);少量共生礦物為堿性輝石 、堿性角閃石、云母等。這類巖石在燒成過程中突顯兩個(gè)特點(diǎn):一個(gè)是它的燒結(jié)溫度與熔化溫度低，大約在935～1060℃溫度范圍內(nèi)就可以燒結(jié)，在1150～1250℃范圍內(nèi)就可以完全熔化;另一個(gè)是鈉霞石的硅不飽和性使之在高溫下熔解石英，與石英的反應(yīng)見式(2)。

以上兩個(gè)特點(diǎn)使霞石正長巖在陶瓷坯體中產(chǎn)生如下作用:

(1) 使陶瓷坯體實(shí)現(xiàn)低溫?zé)桑且环N實(shí)現(xiàn)低溫?zé)傻臉O好原料;

(2) 使陶瓷坯體中多余的、熱膨脹系數(shù)高的石英含量減少(被熔解)，降低了陶瓷坯體的熱膨脹系數(shù)，這有利于實(shí)現(xiàn)快速燒成，縮短燒成周期。在這里我們特別指出，如果陶瓷坯體配方體系中不含多余的石英，那么添加堿金屬含量較高(特別是Na2O)、硅含量少的鈉霞石就會(huì)增加熱膨脹系數(shù)。為此，要注意的是，確定在陶瓷坯體中的作用必須先了解陶瓷坯體配方體系中是否存在多余的石英。不過，一般來說，陶瓷坯體配方都屬硅過飽和體系(含有多余的石英)，所以降低熱膨脹系數(shù)的作用是常見的;

(3) 由于鈉霞石在燒成過程中吸收并熔解陶瓷坯體中多余的石英，故熔體的粘度提高，這有利于克服變形、擴(kuò)大燒成范圍;

(4) 由于該類巖石的各主要組成礦物Na、K含量多，特別是Na含量多，致使陶瓷坯體的玻璃相增多，玻璃相的粘度也較小，根據(jù)粘滯流動(dòng)機(jī)理的燒結(jié)公式可以認(rèn)為，這類巖石的主要組成礦物有利于擴(kuò)散與燒結(jié)反應(yīng)的進(jìn)行，有利于降低陶瓷坯體的吸水率，同時(shí)提高陶瓷坯體的機(jī)械強(qiáng)度。雖然增加了含堿金屬的玻璃相含量，但由于降低坯體的吸水率，所以對(duì)于陶瓷坯體濕膨脹應(yīng)該影響不大。

2.3氯化鈉

氯化鈉的理論化學(xué)式為NaCl，其中Na含量為39.3%，Cl含量60.7%。氯化鈉屬于立方晶系，在立方體組成的大立方的晶格中，Na+與Cl-離子相間排列在小立方體的頂角。這種晶體結(jié)構(gòu)使得它的晶形常呈立方體，集合體常為粒狀或塊狀。立方體解理發(fā)育，透明到半透明，純者為無色或白色，玻璃光澤，比重為2.165g/cm3，莫氏硬度為2～2.5，熔點(diǎn)為801℃，沸點(diǎn)1413℃。

它屬于強(qiáng)酸強(qiáng)堿組成的鹽，故呈中性。由于從天然海水、鹽湖或鹽井的鹽鹵水中制取的氯化鈉多含有MgCl2，故很易潮解。氯化鈉雖然溶于水，但溶解度不大，9℃水中溶解度為35.7g/100mL，100℃水中溶解度為39.12g/100mL。這表明，氯化鈉在冷水和熱水中的溶解度相差不大。

氯化鈉在陶瓷工業(yè)中主要用于食鹽釉。食鹽釉是指燒制粘土制品時(shí)，在高溫下添加食鹽混合物并利用食鹽蒸氣的作用而在坯體表面生成的玻璃狀復(fù)蓋層。目前，食鹽釉還可以用于制備大型容器，特別是化學(xué)炻器以及建筑用粘土制品，例如大型排水管、建筑用磚等。食鹽釉堅(jiān)固結(jié)實(shí)，和坯體結(jié)合良好，耐酸、不易開裂，與坯體表面結(jié)合成一體。它的生成原理在于，當(dāng)粘土質(zhì)坯體達(dá)到止火溫度時(shí)，將食鹽投入燃燒室，在加熱與煙氣中的水蒸氣作用下，食鹽被分解為Na2O和HCl，其中Na2O與坯體表面的粘土以及粘土中的石英或外加石英反應(yīng)，生成透明玻璃狀的硅鋁酸鈉釉層，反應(yīng)式如式(3)、(4)所示。在發(fā)生反應(yīng)的同時(shí)，食鹽分解產(chǎn)生的HCl，通過釉層與坯體反應(yīng)形成棕色。

近年來，日本建造了專用于食鹽釉燒制化工陶瓷設(shè)備的燒成隧道窯。該窯的特點(diǎn)是在隧道窯的燒成帶的側(cè)面設(shè)有食鹽釉燒成室。當(dāng)坯體加熱到1200℃左右時(shí)，將食鹽送入釉燒室。該燒成室設(shè)供鹽機(jī)，通過噴嘴加熱至1000～1300℃，利用高溫使食鹽揮發(fā)產(chǎn)生NaCl氣氛。該窯的特點(diǎn)是食鹽釉燒成室有隔墻，NaCl氣氛不會(huì)進(jìn)入隧道窯內(nèi)，避免了對(duì)窯內(nèi)耐火材料與窯車設(shè)備的腐蝕。

食鹽釉的工藝條件關(guān)鍵在于三個(gè)方面:坯體的組成、燒成制度、食鹽混合物的組成。對(duì)于坯體組成來說，SiO2/Al2O3比以3～5為宜，注意坯體成分不要有粗粒石英與含鐵礦物;對(duì)于燒成制度來說，最高燒成溫度要在1160℃以上，施釉時(shí)間在燒成的中期階段進(jìn)行，在施釉之前，坯體最好是在還原氣氛之下燒成。對(duì)于食鹽混合物的組成來說，為避免食鹽在高溫下?lián)]發(fā)過多而需要進(jìn)行低溫?zé)蓵r(shí)，必須改進(jìn)原來單一的食鹽配方體系，轉(zhuǎn)而采用食鹽釉中摻加硼砂、硼酸或它們的混合物的混合配方體系。

氯化鈉在陶瓷工業(yè)除了用于食鹽釉外，還可以用于泥漿懸浮穩(wěn)定劑以及化學(xué)脫色劑。其中作為化學(xué)脫色劑的原理在于，NaCl與造成坯體不白的鐵質(zhì)反應(yīng)生成FeCl3，而后者是易揮發(fā)的化合物;作為泥漿懸浮穩(wěn)定劑的原理在于，它提供的鈉離子被粘土粒子表面吸附，增厚了雙電子層，加大了Zate電位，使粘土粒子之間排斥力加大，使懸浮穩(wěn)定性提高。

2.4鈉硝石

鈉硝石的理論化學(xué)式為NaNO3，其中Na2O占36.4%，N2O5(或燒失量)占63.6%。它屬于三方晶系，它的晶體結(jié)構(gòu)與方解石同型。方解石的晶體結(jié)構(gòu)已在鈣(Ca)篇中述及，方解石結(jié)構(gòu)中的CO3三角體換成NO3三角體，六次配位的Ca2+離子換成Na+離子就成為鈉硝石的晶體結(jié)構(gòu)，為此，鈉硝石的晶形與方解石一樣多呈菱面體狀。有完全的菱面體解理，比重為2.24～2.29g/cm3，莫氏硬度1.5～2.0，具有玻璃光澤。有強(qiáng)烈的吸潮性，極易溶于水并吸收大量的熱，因此在舌尖有澀味涼感。它的熔點(diǎn)306.8℃，在380℃溫度下分解為亞硝酸鈉與氧氣。

純的硝酸鈉既可用于強(qiáng)助熔劑(它的熔點(diǎn)很低)，又可用于氧化劑。這種氧化劑可用于玻璃的澄清劑(與As2O3或Sb2O3混合使用)，也可用于玻璃及釉的脫色劑(其脫色原理在于可將Fe2+雜質(zhì)氧化成Fe3+，而Fe3+的發(fā)色作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Fe2+的發(fā)色作用)。還可用于玻璃的某些色料的發(fā)色劑，例如NaNO3有利于MnO2在玻璃中發(fā)紫紅色。

2.5碳酸鈉

碳酸鈉的理論化學(xué)式為Na2CO3，其中Na2O約占58.5%，CO2約占41.5%。碳酸鈉是由食鹽溶液并利用氨堿法(即通入NH3和CO2)先制備NaHCO3(它微溶于水)，然后將NaHCO3在200℃左右煅燒制成。

碳酸鈉有白色粉末狀的無水碳酸鈉與含結(jié)晶水的細(xì)粒結(jié)晶兩種形態(tài)。含水的碳酸鈉又主要有一水碳酸鈉和十水碳酸鈉之分，陶瓷工業(yè)上主要采用無水碳酸鈉。碳酸鈉易溶于水，在0℃水中的溶解度為7.1g/100mL，100℃水中的溶解度為45.5g/100mL，這說明水溫對(duì)溶解度影響較大。

碳酸鈉的水溶液呈強(qiáng)堿性(這是強(qiáng)堿與弱酸生成的鹽)，在空氣中和常溫下能吸收CO2與H2O并放出熱量，逐漸變成結(jié)塊的NaHCO3。它的熔點(diǎn)較低，僅851℃;較低的熔點(diǎn)以及它與石英的低溫固相反應(yīng)，是碳酸鈉用于透明干粒熔塊與玻璃的基礎(chǔ)。還要指出，碳酸鈉與硅酸鈉(或水玻璃)配合使用，是傳統(tǒng)陶瓷泥漿，特別是含有有機(jī)質(zhì)泥漿(例如含黑泥的泥漿、含紫木節(jié)土的泥漿)的常規(guī)、有效的解凝劑。

3 氧化鈉對(duì)陶瓷坯體性能的影響

3.1對(duì)陶瓷坯體燒成溫度的影響

對(duì)于傳統(tǒng)的陶瓷坯體來說，它們大都由耐火度較高的礦物原料(如粘土礦物、石英等)組成，而之所以能夠燒結(jié)成瓷，主要靠熔點(diǎn)較低的助熔劑原料。而含Na2O的原料，無論是鈉長石，還是霞石正長巖，它們都屬于熔點(diǎn)最低的天然原料之一。鈉長石的熔點(diǎn)為1100℃左右，霞石正長巖的開始燒結(jié)溫度為935～1060℃，熔點(diǎn)在1150～1250℃范圍，鈉長石與鈉霞石還有一最低共熔點(diǎn)。在廣東地區(qū)大規(guī)模產(chǎn)出的所謂“低溫砂”，其實(shí)就是以鈉長石為主要成分的原料(當(dāng)然還有鉀長石、石英等)。鈉長石等除了熔點(diǎn)較低以外，含Na2O的玻璃相的粘度也較低，故可以加速燒結(jié)反應(yīng)與成分的遷移、擴(kuò)散，再加上含Na2O礦物的原料是瘠性原料，可以減少干燥收縮，縮短干燥時(shí)間，這些因素都促成了鈉長石、鈉霞石(霞石正長巖)降低燒成溫度和加快燒成速度的雙重作用。不過，這些原料不能添加過多，否則較多的含Na2O玻璃相的低粘度會(huì)使陶瓷坯體容易變形。在這一點(diǎn)上，鈉長石等與硅灰石、透輝石的低溫快燒理想原料的特點(diǎn)相近，即它們?cè)诮档蜔蓽囟取⒖s短燒成周期的同時(shí)，也有造成燒成范圍變窄的不利方面。相較而言，鈉長石似乎這種不利作用弱一些，特別是霞石正長巖，它對(duì)燒成范圍還有正面加寬的作用，其原因前面已經(jīng)述及，不再贅述。

3.2對(duì)陶瓷坯體燒成機(jī)械強(qiáng)度的影響

如上所述，含Na2O的礦物原料助熔能力強(qiáng)，含Na2O玻璃相的粘度又低，因此有利于陶瓷坯體以粘滯流動(dòng)機(jī)理的燒結(jié)反應(yīng)的進(jìn)行。燒結(jié)反應(yīng)的順利、完全進(jìn)行將達(dá)到兩種效果，一是使陶瓷坯體吸水率降低，另外就是陶瓷坯體機(jī)械強(qiáng)度的增加。此外，含Na2O玻璃相的生成還有利于傳統(tǒng)坯體中針狀莫來石的發(fā)育，這無疑對(duì)提高機(jī)械強(qiáng)度也非常有利。不過，對(duì)于具有較小的相同吸水率的陶瓷坯體來說，含Na2O玻璃相的陶瓷坯體的機(jī)械強(qiáng)度要比含CaO、MgO玻璃相的陶瓷坯體要遜色一些，無論是抗壓強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度、彈性、硬度均是如此。從根本上說，這是由于前者玻璃結(jié)構(gòu)中，Na-O鍵強(qiáng)遠(yuǎn)低于Ca-O、Mg-O鍵強(qiáng)所致。

3.3對(duì)陶瓷坯體燒成收縮的影響

含Na2O的鈉長石當(dāng)熔成鈉長石玻璃時(shí)，體積會(huì)有少許的膨脹。另外，據(jù)有關(guān)研究結(jié)果，玻璃相的各種離子的拓樸體積有如下大小順序:K+>Na+>Ca2+>Mg2+。因此可以認(rèn)為，對(duì)于含玻璃相重量相等并且較多的瓷質(zhì)坯體來說，相對(duì)而言，含Na2O玻璃相的體積大于含CaO、MgO的玻璃相的體積。這樣，氧化鈉將對(duì)陶瓷坯體的燒成收縮相比含氧化鈣、氧化鎂的坯體來說有減小的趨勢(shì)。

3.4對(duì)陶瓷坯體熱膨脹系數(shù)的影響

Na2O成分對(duì)陶瓷坯體熱膨脹系數(shù)的影響比較復(fù)雜。一方面，傳統(tǒng)陶瓷坯體的配方成分體系屬于硅飽和體系，即它燒成后的坯體成分中仍有一定量的石英。在這種情況下，Na2O成分將有利于石英的熔解，這將會(huì)有降低熱膨脹系數(shù)的趨勢(shì);另一方面，對(duì)于形成的玻璃相而言，含Na2O的玻璃相熱膨脹系數(shù)要明顯大于含CaO、MgO的玻璃(源自Na-O鍵強(qiáng)明顯弱于Ca-O、Mg-O鍵強(qiáng))，這樣又將會(huì)有增加坯體熱膨脹系數(shù)的趨勢(shì)。總的來看，Na2O的增加似乎對(duì)陶瓷坯體的熱膨脹系數(shù)影響不大，只有稍許減小坯體熱膨脹系數(shù)的趨勢(shì)，特別是在燒成溫度較高的條件下。

3.5對(duì)陶瓷坯體透明度的影響

如前所述，坯體的透明度主要與坯體中玻璃相的多少有關(guān)，玻璃相越多越透明;其次與坯體中的結(jié)晶相與玻璃相折光率差的大小有關(guān)(差值越小越透明)。Na2O組份在陶瓷坯體的成分中是低熔點(diǎn)組成，Na2O越多，生成的玻璃相也越多，因此有利于提高坯體的透明度。為了研制高檔藝術(shù)裝飾效果的拋光磚，常常混入所謂低溫料的斑點(diǎn)顆粒及線條微粉，以加強(qiáng)其立體的藝術(shù)美感，而低溫透明料主要就是由含Na2O長石類與含K2O的長石類組成，部分低溫料還有用添加熔塊的辦法制備的。目前，研發(fā)透明度更高的低溫透明料是所有研發(fā)人員追求的目標(biāo)。然而低溫透明料中必須添加塑性粘土(以滿足成形要求)，是提高透明度的一大障礙。此外，優(yōu)質(zhì)的鈉長石原料與霞石原料的短缺也是提高透明度的另一大障礙。我們認(rèn)為，要進(jìn)一步開發(fā)此類產(chǎn)品，需要變更拋光磚的燒成工藝(向高溫方向發(fā)展)，以便將日用瓷、骨質(zhì)瓷、滑石質(zhì)瓷的配方引入到拋光磚產(chǎn)品上。當(dāng)然這里需要變革的不僅僅是配方，還涉及一系列工藝問題和窯爐設(shè)備(包括輥棒)變革問題。

3.6對(duì)陶瓷坯體濕膨脹的影響

前幾篇文章已經(jīng)指出，陶瓷坯體的濕膨脹大小決定于三個(gè)因素:一個(gè)因素是坯體的吸水率，吸水率低，濕膨脹小，反之，則濕膨脹大;另一個(gè)因素是坯體中的結(jié)晶相濕膨脹小，玻璃相濕膨脹大;第三個(gè)因素是含CaO、MgO的玻璃相的濕膨脹小，含Na2O、K2O的玻璃的濕膨脹大。所以，對(duì)于含玻璃相較多的瓷化陶瓷坯體而言，Na2O成分對(duì)坯體的濕膨脹的綜合影響有增大的趨勢(shì)，這將縮短帶釉產(chǎn)品的使用壽命。

4 氧化鈉對(duì)釉料、微晶玻璃性能的影響

4.1對(duì)釉料、微晶玻璃始熔溫度、熔化溫度的影響

Na2O組份對(duì)釉料(包括熔塊)、微晶玻璃性能的突出影響是大幅度降低它們的始熔溫度和熔化溫度。一般來說，釉料中的熔塊及微晶玻璃(包括玻璃)中的Na2O組分大多以純堿(碳酸鈉)形式引入，所以將用Na2CO3與釉料(熔塊)、微晶玻璃配料中的主要成分SiO2的反應(yīng)溫度以及反應(yīng)產(chǎn)物的熔點(diǎn)、共熔點(diǎn)說明這種突出的作用。

Na2CO3與SiO2在固態(tài)下和400℃溫度就已經(jīng)開始反應(yīng)，這些反應(yīng)主要取決于這兩種成分的比例。在這些固相反應(yīng)中，總是包括以下三個(gè)主要反應(yīng)，其反應(yīng)式與反應(yīng)溫度如式(5)至式(7)所示。

上述反應(yīng)生成的偏硅酸鹽(Na2SiO3)的熔點(diǎn)為1089℃，生成的二硅酸鹽(Na2Si2O5)的熔點(diǎn)為870℃，偏硅酸鹽與二硅酸鹽的共熔點(diǎn)為837℃。對(duì)生產(chǎn)水玻璃更為有工業(yè)意義的是二硅酸鹽與石英(即(Na2Si2O5 + SiO2)的低共熔點(diǎn)為790℃。

上述固相反應(yīng)的反應(yīng)溫度與反應(yīng)產(chǎn)物的熔點(diǎn)及反應(yīng)產(chǎn)物之間的共熔點(diǎn)說明以下兩點(diǎn):

(1) Na2CO3與SiO2的固相反應(yīng)溫度較低，如果再加入第三組份，例如CaCO3，那么Na2CO3與CaCO3在600℃以下就會(huì)生成復(fù)鹽，而這個(gè)復(fù)鹽與石英的固相反應(yīng)比純碳酸鈉與石英的系列固相反應(yīng)更低，低溫固相反應(yīng)的發(fā)生有利于降低燒結(jié)反應(yīng)的溫度;

(2) 它們的反應(yīng)產(chǎn)物的熔點(diǎn)和反應(yīng)產(chǎn)物之間的共熔溫度都比較低，最低已不到800℃，這說明它們會(huì)降低成分體系的始熔溫度和熔化溫度。

4.2對(duì)釉料(熔塊)、微晶玻璃粘度的影響

在釉料(熔塊)、微晶玻璃的硅(鋁)酸鹽的玻璃網(wǎng)絡(luò)中，Na2O的引入將斷開原來聯(lián)結(jié)的Si-O網(wǎng)絡(luò)，使(Si-O4)四面體聚合程度降低，而且Na-O鍵鍵強(qiáng)明顯低于Ca-O、Mg-O、Ba-O、Zn-O鍵鍵強(qiáng)，因此它會(huì)明顯降低釉料(熔塊)、微晶玻璃的粘度，更為特征的是，它在低溫下降低粘度的作用也是很明顯的，這是與其它CaO、MgO、BaO、ZnO成分的明顯差異，后四者在低溫下沒有降低粘度或極少有降低粘度的作用，特別是CaO、MgO低溫下將增大熔體的粘度。

4.3對(duì)釉料(熔塊)、微晶玻璃表面張力的影響

Na2O組份屬于非表面活性組份，即屬于表面張力的特征常數(shù)值較大的范圍的成分。不過在這類化學(xué)成分中，Na2O的表面張力的特征常數(shù)值較低。因此，一般來說，對(duì)于常規(guī)的釉料(熔塊)、微晶玻璃來說，Na2O的引入對(duì)表面張力影響不大，只是稍微降低其熔體的表面張力。在這一點(diǎn)上，Na2O與K2O同為堿金屬成分卻有明顯的差別。K2O屬于中間活性組份，即它的表面張力特征常數(shù)值很小(在0左右)，不言而喻，K2O將明顯降低釉料(熔塊)、微晶玻璃的表面張力。

4.4對(duì)釉料(熔塊)、微晶玻璃熱膨脹的影響

釉料、微晶玻璃有相當(dāng)含量的玻璃相，甚至是大部分由玻璃相組成。因此，它們的熱膨脹系數(shù)受玻璃相的影響要比較大一些。眾所周知，玻璃相中的熱膨脹系數(shù)主要受網(wǎng)絡(luò)中各成分與氧的健強(qiáng)影響很大。Na-O鍵強(qiáng)較低，只相當(dāng)于Ca-O鍵強(qiáng)的一半，甚至只相當(dāng)于Si-O鍵強(qiáng)的1/8。因此，Na2O對(duì)釉料、微晶玻璃中的較多玻璃相的熱膨脹系數(shù)起著增大作用，這是比較明顯的事實(shí)。

4.5對(duì)釉料、微晶玻璃機(jī)械強(qiáng)度的影響

同樣，Na-O鍵的低鍵強(qiáng)造成了整個(gè)玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，降低了整個(gè)玻璃相的整體強(qiáng)度，無論是抗張強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度以及硬度、彈性都有明顯降低的作用。因此，要維持釉料、微晶玻璃一定的機(jī)械強(qiáng)度，必須控制Na2O的添加量才行。

4.6對(duì)釉料、微晶玻璃化學(xué)耐久性的影響

還是由于Na-O鍵鍵強(qiáng)低的原因，含Na2O較多的釉料、微晶玻璃的化學(xué)耐水性很差。不僅耐酸性和耐堿性差，耐水性也比較差。玻璃網(wǎng)絡(luò)空隙中的Na+離子很易與H2O發(fā)生反應(yīng)，見式(8)，繼而又會(huì)發(fā)生如式(9)所示的水化反應(yīng)。生成的NaOH與水化產(chǎn)物 Si(OH)4 又發(fā)生中和應(yīng)生成硅酸鈉，見式(10)。

上述這個(gè)三反應(yīng)將互為因果，循環(huán)進(jìn)行，這就是含Na2O玻璃釉、微晶玻璃耐水性差的根本原因。

4.7對(duì)釉料、微晶玻璃色調(diào)的影響

釉料、微晶玻璃的色調(diào)主要受雜質(zhì)鐵離子的價(jià)態(tài)的影響。在可見光范圍內(nèi)Fe2+離子含量較多的玻璃相呈藍(lán)綠色，而含F(xiàn)e3+離子較多的玻璃相呈黃綠色。不過，F(xiàn)e2+離子的呈色能力是Fe3+離子呈色能力的15倍，而玻璃相中Fe3+離子與Fe2+離子的比例受基礎(chǔ)玻璃成分的酸堿度的影響(當(dāng)然還有別的因素)。堿性越強(qiáng)，F(xiàn)e3+/ Fe2+比例增大，色調(diào)顯白，反之則色調(diào)帶暗的綠調(diào)。對(duì)于含Na2O和K2O的玻璃相來說，含堿性較弱的Na2O的玻璃相相對(duì)于含堿性較強(qiáng)的K2O玻璃相，前者的Fe2+離子多于后者。

因此，我們常常發(fā)現(xiàn)，含Na2O較多的釉料、微晶玻璃(包括透明干粒)色調(diào)多為暗青色調(diào)，而含K2O較多的釉料、微晶玻璃(包括透明干粒)多呈亮黃白色調(diào)，當(dāng)然，后者的色調(diào)才是我們希望有的。

4.8對(duì)釉料、微晶玻璃分相與析晶趨勢(shì)的影響

Na2O相對(duì)于Li2O來說，它具有較強(qiáng)的玻璃化的趨勢(shì)，而Na2O相對(duì)于K2O來說，它又有稍強(qiáng)的分相、析晶的趨勢(shì)。因此，在選擇堿金屬成分時(shí)，要想獲得具有分相與析晶趨勢(shì)的釉料、微晶玻璃，則以加入Li2O最為有利。要想獲得分相、析晶趨勢(shì)很小的透明釉料與透明干粒(純玻璃熔塊)時(shí)，則以加入K2O最為有利。這說明，在研制不同類型的釉料及微晶玻璃新產(chǎn)品時(shí)需要考慮這些因素。