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大功率led光源硼在釉料及微晶玻璃中的作用与影响
戴长禄，杨勇，杨明
(广东博德精工建材有限公司)
摘要：本文介绍了硼的基本物理和化学性质，对陶瓷原料中部分含硼原料的物化性能进行了
详细阐述，并论述了这些原料在釉料及微晶玻璃中的作用与影响.
关键诃：硼；坯体；釉料；微晶玻璃
l硼的基本物理和化学性质
硼在核最外层电子轨道的构型为2sz2p，由构型
可以看出，它的价电子数(3)少于轨道的总电子数(8),
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说明它属于缺电子的原子.硼的原子半径较小，电离
能较高.故它失去电子成为正离子的能力比较低，因
(即2S,2Px,2PY)和SP3(即2S,2PX,2PY,2Pz)的杂
化轨道.这些杂化轨道多形成"头碰头"式的，沿着成
键原子轨道方向排布的t3"键.这说明，硼的配位数可
以为3.也可以为4.有时，硼还可以用其杂化的轨道
形成多中心键.例如,3个硼原子之问可以形成3中心
2个电子键.显而易见.硼的这种缺电子键的形式是硼
元素独有的成键方式.
单质硼在自然界不存在，只存在人工合成的单质
硼.单质硼分为两大类，一类是棕的无定形的非晶
所谓低温型的B一菱形硼，此外，还有在高于1300℃温
度下稳定存在的高温型仅一菱形硼，以及在1000～1300℃温度范围内稳定存在的四方晶质硼.在B一菱形硼的晶体结构中,B：正二十面体为基本结构单元，并
以它组成层状结构.在同一层中每个B单元通过六
个硼原子用6个B—B—B三中心两电子轨道相互连接.而层与层之间则通过B～B的键将每个B心单
元连接，这种晶体结构的晶体是属于共价键连接的原子晶体.正因为如此，晶质硼的硬度高，熔点，沸点也
高，熔点为2300℃，沸点为2550℃.它的化学性质不活泼，不溶于水，也不溶于盐酸，硫酸，硝酸.相对来说,银行复点机
无定形的非晶质的粉末单质硼的化学性质比较活泼, 在200℃温度下，粉末硼即燃烧，火焰呈红.红热的
水蒸气与粉末硼作用可生成硼酸与氢气，粉末硼可溶于热的浓硫酸与浓硝酸.在有氧化剂(如KNO,)存在 检修口盖板的条件下，粉末硼与强碱共熔生成偏硼酸盐.在加热
温度下,B既可与O2,S,C,N:,CI：等强非金属反应，也
可以与金属反应生成金属硼化物，这表明B属于具有两性性质的元素
硼在本族元素(B,A1,Ga,In,T1)中是最为独特的
元素，在化学性质上更趋向非金属性质.在周期表中,
B与Si倒有很大的相似性，具体表现在四个方面: (1)B—O键键强与si—O键键强均较高.前者为
536l(J/g分子，后者为456kJ/g分子;
(2)B与si都能与NaOH作用生成氢气:
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(3)B与si的卤化物均易水解而呈酸性;
(4)B与Si的氟化物易与HF发生加合反应;
(5)它们都是玻璃的网络形成体.
2硼的存在形式及其主要性能
硼在地壳元素丰度表中靠中间偏后的位置，属于
并不常见的元素.形成大矿床的硼资源也不多见，自
然界存在的常见矿物并形成矿床的类型主要有硼镁石和硼钠钙石或硼钠解石.
由于自然界产出的硼矿成分复杂，不便直接在工
业中应用.工业中常用的是由这些原料制备的化工产品——硼酸与硼砂.下面分别叙述这四种硼的主要存在形式及其主要性能.
2.1硼镁石
硼镁石的理论化学式为Mg.[B2()(OH)](OH)，其
中含B2O341.38%，含MgO47.92%，含H2010.70%,
成分中的Mg可被Mn(≤23.5%)和Fef≤1.5%)替代. 在它的晶体结构中.硼氧骨干为以角顶相连的双三角形[B20(OH)]，其中有一个角顶为OH.镁成八面体配位.Mg—f0,OH)八面体沿C轴共棱成柱，其柱的侧
面再以共棱方式形成双柱，双柱问又以共角顶相连, 并与[B:O(OH)]的双三角相连.所以，在硼镁石的结
构中，有两种fOH)根，一种fOH)根与3Mg相连；另一种fOH)根为双三角中的一个角顶.由于这种特别的晶体结构，硼镁石呈柱状，板状，纤维状.其柱面解理发育，颜为白，灰白或其他浅.晶体多为透明状并呈玻璃光泽，也有丝绢光泽，甚至也有土状的无光泽.比重为2.8g/cm.，莫氏硬度3～4.不溶于水，稍溶于酸，在500～700cC温度范围内，硼镁石将失去结晶水.
2.2钠钙硼石或钠硼解石
钠钙硼石或钠硼解石的理论化学式为NaCa(HO)一[B3B20(OH)4]，其中Na20占7.65%,CaO占13.85%,
B03占42.9%,H0占35.5%.在它们的晶体结构中,
以络阴离子[B50(0H)]一为岛状结构为基础，这种岛状络阴离子再聚合成链——[B3B20(OH)]n，形成链状
结构的硼酸盐.其大晶体少见，通常为纤维状，针状和
毛发状：常常组成似"棉花球"状的白丝绢状的疏松镀镍钢带
团块.集合体有纤维状，结核状，扁豆状，土状.晶体无
，有玻璃光泽；纤维状集合体为白，呈丝绢光泽,
广告宣传栏制作微透明.性极脆，很易用手捏成粉末并带有滑感；比重
较小，为1.955g/cm；莫氏硬度为2.5；不溶于冷水，溶
于热水，易溶于酸；烧之膨胀，易熔成透明玻璃球.在50～200℃温度范围内，它失去大多数的结晶水.剩余
的水在500℃之前排完.
钠钙硼石主要产于第四纪的内陆盐湖中，是典型
的干旱地区内陆湖相的化学沉积产物，常与石盐，硝,
芒硝，天然碱，硼砂等盐湖矿物共生.
2.3硼酸
硼酸的理论化学式为H3BO3.其中B2O3占56.3%, H,0占43.7%.在硼酸的晶体结构中，基本结构单元是BO三角形，也就是说，在它的结构里，每个硼原子用
三个SPz的杂化轨道分别与三个羟基(OH一)中的氧经共价键结合，这些BO平面三角形之间通过氢键结合
成层状结构，即每个氧原子除以共价键形式与一个硼氧子和一个氢原子结合之外，还通过氢键与另外B(0H) 单元中的氢原子结合成层状结构，这些层状结构相互之间再以微弱的范德华分子键相互结合.这就是硼酸的三斜对称的晶体结构.由于硼酸具有层状结构.故
它的晶体多呈扁平状结晶.晶体无或白，带有不
显着的珍珠光泽.硼酸比重较轻，为1.435g/cm,，莫氏
硬度2～3；它有滑腻手感，无臭味.硼酸溶于水，在
20水中的溶解度为6.35g/100mL，在100℃水中的溶解度为27.6g/100mL.硼酸的水溶液呈弱酸性.这种酸性是HBO与H:0中的OH一结合.释放出H所致.除了溶于水外，它还可以溶于乙醇，甘油，微溶于乙醚,
丙酮，香油精硼酸与乙醇反应，生成挥发性的硼酸酯.
2.4硼砂
硼砂的理论化学式为NaB0?10H:0，其中Na:0
占16.25%,B2O3占36.51%,H2O占47.24%.在硼砂的晶体结构中，其基本结构单元为[B0(0H)]一的硼酸
根阴离子，这些结构单元再通过氢键连接成链状结构. 链与链通过Na离子以离子键相结合，水分子也存在于链与链之间.严格地说.硼砂的理论化学式应为
Na(H:0)[BB0(0H)]，这种结构属于单斜对称.硼砂
多为半透明晶体或白结晶粉末，无臭味，味道咸，比重只有1.73g/era，稍溶于冷水，在0cC水中的溶解度为2.01g/100mL：较易溶于热水，在100℃水中的溶解度为170g/100mL；易溶于甘油，微溶于乙醇，四氯化碳.硼
砂在受热的过程中.60℃将失去8个结晶水,320℃将失去全部的结晶水.在877℃温度下熔成玻璃态.与硼酸一样，在高温下，硼砂中的B:0也容易挥发，挥发量
也近似
3氧化硼对釉料及微晶玻璃性能的影响
含氧化硼的原料，不管是自然界存在的矿物.还
是化工冶炼的化学产品，都还没有应用于传统陶瓷的坯体中.一方面是由于含氧化硼原料比较稀缺，价格
也比较高；另一方面，氧化硼在传统陶瓷坯体中的很
多作用都可以用更为低廉的原料来替代，所以坯体使用氧化硼已无必要.目前，含氧化硼的原料几乎都用
于釉料，玻璃与微晶玻璃的制备.它们在这些产品中
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