较小的膨胀系数
堇青石：
Mg2Al3[AlSi5O18]
四、链状结构
[SiO4]通过共用氧离子在一维方向延伸 成链状，链与链之间由其他阳离子相连。
结构基元 单链： [Si2O6]4－ 双链： [Si4O11]6－ Si：O 1：3 4：11 共用O2－数 化学式 [Si2O6]n4n
－
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2，3
[Si4O11]n6n－
层分为单网层和复网层。
单网层（1：1型）：Si－O层＋水铝（镁）石层
硅氧层中所有的活性氧均指向同一个方向
复网层（2：1型）：Si－O层＋水铝（镁）石层 ＋ Si－O层
两层硅氧层中的活性氧交替的指向相反的方向
活性氧的电价由其它金属离子来平衡，一般为配位数为6的Mg2+和Al3+离 子，水分子以OH-的形式存在这些离子的周围，形成水铝（镁）石层
石英 磷石英 方石英 熔体
870 C 1470 C 1723 C
573℃
160℃
268℃
－石英
－磷石英
117℃
－方石英
磷石英
横向：重建型转变（一级转变）
纵向：位移型转变（二级转变）
石英多晶转变
重 建 型 转 变 位 8 7 0 C 1 4 7 0 C 移 石 英 鳞 石 英 方 型 7 3 C 1 6 0 C 转 5 变 方 石 英 鳞 石 英
而是通过O2－来实现键的连接；
3）[SiO4]的每一个顶点，即O2－最多只能为两个
[SiO4]所共有；
4）两个相邻的[SiO4]之间可以共顶而不可以共 棱共面连接
3、硅酸盐晶体结构类型
二、岛状结构
在硅酸盐晶体结构中，[SiO4]以孤立状态存在， [SiO4]之间通过其他阳离子连接起来，这种结构称
五、层状矿物
层状结构是[SiO4]之间通过三个桥氧相 连，在二维平面无限延伸构成的硅氧四面 体层。
结构基元：[Si4O10]4－ 化学式：[Si4O10]n4n－ Si/O： 4：10 共用O2－数： 3
（a）立体图
（b）投影图
层状结构硅氧四面体
层的类型：
按照硅氧层中活性氧的空间取向不同，硅氧
[AlO4（OH）2]
的连两 水接层 铝两硅 石个氧 层硅层 中氧与 的层夹 铝 在 离 中 子 间 的 的 配 水 位 铝 数 层 为 构 成 6 ， 的 复 网 层 ，
易发生离子取代作用：Al3+被Mg2+取代 为了平衡电价，M+或M2+进入
取代后实际化学式： MgxAl2-x[Si4O10](OH)2· Mx· nH2O
单链：每个硅氧四面体通过共用两个顶点向一维方向无限延伸
双链：两条相同的单链通过尚未共用的氧组成带状
在单链结构中，按照重复出现与第一个硅氧四面体的空间 取向完全一致的周期不等，可分1节链……
单链结构类型
具有链状结构的晶体有：
辉石类硅酸盐结构中含有[Si2O6]单链，如透
辉石CaMg[Si2O6]、顽火辉石Mg2[Si2O6]等。链间
为岛状结构。
结构基元：四面体，[SiO4]4－
化学式： [SiO4]n4n－ Si/O： 1：4
岛状硅酸盐晶体主要有锆石英Zr[SiO4]、 镁橄榄石Mg2[SiO4]、蓝晶石Al2O3· SiO2、莫 来石3Al2O3· 2SiO2以及水泥熟料中的-C2S、 -C2S和C3S等。
例：镁橄榄石，Mg2[SiO4]
绿宝石：
[SiO4]四面体组成 Be3Al2[Si6O18] 的六节环，环与环相叠 环与环之间通过Be2+与 Al3+离子相连 Be2+处于四面体空隙中 Al3+处于八面体空隙中
绿宝石晶胞在（0001）面上的投影（上半个晶胞）
结构与性质的关系：
显著的离子电导：六节环空腔，是否有其它离子
存在
较大的介电损耗
第二节 硅酸盐晶体结构
一、概述 1、硅酸盐晶体化学式的写法
氧化物法：将所用氧化物由低价到高价按比例写 出，（最后写H2O） 无机络盐法：低价离子→高价离子→氧→(OH)基
Mg2[SiO4]
2、硅酸盐晶体结构的特点
1）[SiO4]是硅酸盐晶体结构的基础；
2）硅酸盐结构中的Si4＋之间不存在直接的键，
结构基元：[SiO2] ——电中性
1）Si/O＝1：2，石英及其变体，化学式：[SiO2]n 2）Al3＋取代Si4＋，（Al＋Si）/O＝1：2， 化学式：[AlxSi（n－x）O2n]x－，
其他阳离子K＋、Na＋、Ca2＋进入，为长石族晶体，
1、石英晶体结构
石英在不同的热力学条件下存在七种不同的变体：
Al2O3 6SiO2
符号 k[AlSi3O8] Na[AlSi3O8] Ca[Al2Si2O8] Ba[Al2Si2O8] Or Ab An Cn
长石的基本结构单元：四联环
例：透长石 K[AlSi3O8]
本节重点

硅酸盐晶体的表示方法； 硅酸盐晶体的结构特点； 硅酸盐晶体结构的五种类型、结构基 元、Si/O、共用O2－数； 层状、▲架状、（绿宝石）的结构 与性质的关系
材料科学基础
膨润性 每三层之间结合力弱，很容易渗入 水分子，使 c 轴晶胞参数出现随着渗入
水量而变化的现象，因而被称作膨润土
材料科学基础
3、滑石结构: Mg3[Si4O10]（OH）2
[MgO4（OH）2]
O S
O + 2
M
图3-39 滑石晶体结构
O + 2
材料科学基础
S
滑石晶体单元层间依靠 分子力结合 ， 所以具有很好的片状 解理，滑腻感 很强 • • 爽身粉的主要原料 可用作高分子材料的填料
1
2
3
图3-37 高岭石晶体结构
材料科学基础
离子取代很少
化学组成比较纯净 单元层间不容易渗入水分子
阳离子容量小
材料科学基础
2、蒙脱石结构
理论化学式为 ：
Al2[Si4O10](OH)2· nH2O 实际化学式为：
(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2· （Nax· nH2O）
层间靠分子力结合，Al3+可被Mg2+取代
材料科学基础
•
两层型（1:1型）：1层[SiO4] + 1层
[AlO6]/[MgO6]相互交替排列而成
•
三层型（ 2:1 型） ：两层 [SiO4] 层间
夹一层[AlO6] / [MgO6]而形成，整个硅酸盐
结构就是以这两层或者三层作为单元，重复
堆积而成。
材料科学基础
每两层或每三层单元内质点之间是化学
通过金属正离子连接，最常见的是Mg2+和Ca2。
角闪石类硅酸盐含有双链[Si4O11]，如斜方角
闪石（Mg，Fe）7[Si4O11]2（OH）2和透闪石
Ca2Mg5[Si4O11]2（OH）2等。
例：透辉石， CaMg[Si2O6]
结构与性质的关系：

介电性 解理性Si-O键要比M-O键要强
•
滑石瓷是一种以滑石为主要原料、电性
能优良的高频装置瓷。
材料科学基础
4、伊利石结构、白云母结构
伊利石： K1～1.5Al4[Al1～1.5Si7～6.5O20]（OH）4 白云母：KAl2[AlSi3O10]（OH）2
六、架状结构 [SiO4]之间通过四个顶角的桥氧相连，向三 维空间无限发展的骨架状结构称为架状结构。
来平衡多余的负电荷，在一定条件下，这些水化阳
离子可以被其他阳离子所交换，这种现象称为阳离
子交换。可交换量的大小称为阳离子交换容量。
1、高岭石结构： Al [Si O ](OH) 4 4 10 8
[AlO2（OH）4]
的硅 水氧 铝层 石与 层水 中铝 的层 铝构 离成 子的 的单 配网 位层 数， 为连 6接 ，两 个 单 网 层
沿层间 解理，或者在层间 渗入水分子
材料科学基础
根据水铝（镁）石层中八面体空隙的填充
情况，结构又分为三八面体型和二八面体型。 二八面体： 2/3的八面体空隙被阳离子所填充 Al－O八面体，[AlO6] 三八面体： 全部八面体空隙被阳离子所填充
Mg－O八面体，[MgO6]
阳离子交换：
在[AlO6]层中，部分Al3＋被Mg2＋、Fe2＋取代 时，一些水化阳离子（如Na＋、K＋等）进入层间
1 1 7 C
材料科学基础
石英的三个主要变体：-石英、-鳞石英和
-方石英结构上的主要差别在于硅氧四面体之间
的连接方式不同
α－石英结构
β－石英结构
α－方石英结构
α－磷石英结构
α－磷石英与α－方石英中[SiO4]的不同连接方式：
2、长石晶体结构
R2O RO
钾长石 钠长石 钙长石 钡长石
镁橄榄石晶体的理想结构
（a）（100）面上的投影图
（b）（001）面上的投影图
（c）立体侧视图
同晶取代： 杂质离子取代晶体结构中某一结点而不 改变晶体结构的现象。
Mg2 SiO4 取代 Fe MgSiO4
Ca MgSiO4
被Ca取代 Mg Ca 2 SiO4
[AlO6]/[MgO6]相互交替排列而成
•
三层型（ 2:1 型） ：两层 [SiO4] 层间
夹一层[AlO6] / [MgO6]而形成，整个硅酸盐
结构就是以这两层或者三层作为单元，重复
堆积而成。
材料科学基础
每两层或每三层单元内质点之间是化学
键结合 ，很牢固，而单元层之间是依靠 分 子键或者氢键结合，结合力较弱，很容易