硅钙锡石热相变的动力学及晶体学研究

【作者】 薛源； 李国武； 邢晓琳；

【机构】 中国地质大学地球科学与资源学院； 中国地质大学科学研究院晶体结构实验室； 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)；

【摘要】 硅钙锡石,CaSnSi₃O₉·2H₂O,一种稀有的含锡和钙的含水链状硅酸盐。本文基于国内首次发现的结晶良好的硅钙锡石晶体,并进行了详细的晶体结构和成因研究,且在研究中提出了一系列关于晶体结构和成因方面的问题。因此,通过加热试验和X射线衍射、红外光谱、扫描电镜等技术手段,对其热相变过程中成分和物相的变化进行了讨论。结合硅钙锡石的热分析数据进行综合研究,结果表明,硅钙锡石的热相变主要分为4个阶段:350-800℃为晶格水分子脱失阶段;800-950℃出现短暂的玻璃相;950-1000℃为锡石+硅灰石+方英石形成阶段;1000-1200℃为锡石+硅灰石转变为马来西亚石阶段。硅钙锡石的固态相变过程中包含以下几种相变类型:350-800℃,配位水逐渐脱失,以形成无水硅钙锡石,晶胞参数先变小,后逐渐非晶质化,此阶段为无序化相变;800-950℃,开始发生脱溶转变,形成人量的胞状、树枝状、球状脱溶物,颗粒呈现出明显的脱溶区和未脱溶区（如图1a）;950-1000℃,脱溶物发生共析相变,Sn原子向脱溶物的边缘扩散,旧相转变为Sn原子贫化区和富Sn的针状体（如图1b^e）,并进一步转变为方英石、锡石和硅灰石颗粒（如图1f）;1200℃左右,锡石和硅灰石发生包析相变,转变为新的马米西亚石相（如图1g^j）。但通过扫描电镜进行观察,该固态相变过程的实际情况较为复杂,不仅存在大量的过渡相,并且在同一颗粒上可以同时保留多个相变阶段。本文对热相变过程中的相变动力机制进行了分析,并对儿种物相间转变时晶体结构发生的变化进行了讨论。该实验结果为XCaO-SiO₂系和CaO-SiO₂-XSnO₂系微波介质陶瓷的合成及研究提供了新的思路,且对变质矿物的成因研究提供了一些帮助。更多还原