硅酸鹽材料

包括日用陶瓷、一般工業(yè)用陶瓷、普通玻璃、硅酸鹽水泥和黏土耐火材料等。硅酸鹽礦物是構(gòu)成多數(shù)巖石（如花崗巖）和土壤的主要成分，在地殼中分布極廣，是地殼中儲量最多的一種礦物，約占地殼質(zhì)量的95%。由于硅酸鹽礦物分布廣，容易采集，很早即被人們作為材料使用。以硅酸鹽礦物為原料制成材料時(shí)，都需經(jīng)高溫?zé)桑虼斯杷猁}材料又被稱為窯業(yè)材料。

發(fā)展

由于早期陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等無機(jī)非金屬材料的主要成分均為硅酸鹽，因而長期以來，這些材料被統(tǒng)稱為硅酸鹽材料。20世紀(jì)中葉以后，隨著微電子、航天、能源等技術(shù)的興起，出現(xiàn)了氧化物、氮化物、硼化物、碳化物、硫系化合物和鈦酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等一系列新型無機(jī)非金屬材料，各種性能更為優(yōu)良和具有特殊功能的新型陶瓷、玻璃、耐火材料、水泥、涂層、磨料等制品快速發(fā)展，這些新材料在化學(xué)組成上遠(yuǎn)超出了硅酸鹽化合物的范圍，有很大部分材料在其組成中已完全不含氧化硅，如剛玉瓷、鎂質(zhì)耐火材料、磷酸鹽和硼酸鹽光學(xué)玻璃等。因此，再用硅酸鹽材料來概括這些材料已經(jīng)不準(zhǔn)確，故無機(jī)非金屬材料這一名稱在學(xué)術(shù)界逐漸形成并獲得廣泛使用。在中國，全國性無機(jī)非金屬材料學(xué)會仍沿用中國硅酸鹽學(xué)會的名稱，相關(guān)學(xué)報(bào)仍叫硅酸鹽學(xué)報(bào)，有關(guān)的研究所仍叫硅酸鹽研究所。

組成元素

硅酸鹽材料的基本化學(xué)成分為硅酸鹽。硅酸鹽是硅、氧與其他化學(xué)元素（主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等）結(jié)合而成的化合物的總稱。通常硅酸鹽材料包含一種或多種金屬和非金屬元素，自然界組成硅酸鹽礦物的元素多達(dá)40余種。其中，除了構(gòu)成硅酸根所必不可少的硅和氧以外，作為金屬陽離子存在的主要是惰性氣體型離子（如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Al3+等）和部分過渡型離子（如Fe2+、Fe3+、Mn2+、Mn3+、Cr3+、Ti3+等）的元素，銅型離子（如Cu+、Zn2+、Pb2+、Sn4+等）的元素相對較少見。此外，還有 (OH)-、O2-、F-、C1-、[CO3]2-、[SO4]2-等以附加陰離子的形式存在。常見的硅酸鹽化合物有硅酸鈉（Na2O·SiO2）、石棉（CaO·3MgO·4SiO2）、長石（K2O·Al2O3·6SiO2）、硅酸鹽玻璃（Na2O·CaO·6SiO2）、硅酸鹽水泥（3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3）、黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O）等。

晶體結(jié)構(gòu)

硅酸鹽礦物的晶體結(jié)構(gòu)中，最基本的結(jié)構(gòu)單元是Si-O絡(luò)陰離子。除硅灰石膏結(jié)構(gòu)中Si4+具有6次配位，Si-O鍵長為0.178納米，形成Si-O6配位八面體而屬于六氧硅酸鹽外，其他所有硅酸鹽礦物都屬于四氧硅酸鹽。其Si4+具有4次配位，平均Si-O鍵長為0.162納米，形成Si-O4配位四面體結(jié)構(gòu)。在四面體內(nèi)，硅原子占據(jù)中心，四個(gè)氧原子占據(jù)四角。這樣的硅氧四面體在結(jié)構(gòu)中可以孤立地存在，彼此間由其他金屬陽離子來連接。但是，硅氧四面體間經(jīng)常還可通過共用角頂上的O2-（稱為橋氧）而相互連接，從而形成鏈狀、雙鏈狀、片狀、三維架構(gòu)等連接方式。按正四面體的集合度，硅酸鹽礦物又可細(xì)分為島狀硅酸鹽、環(huán)狀硅酸鹽等類型。