先进陶瓷材料工艺学复习题[范文]

第一篇：先进陶瓷材料工艺学复习题[范文]

1.比较软磁材料与硬磁材料的性能区别，分别指出晶粒度、晶内杂质和晶体定向排列等对磁性材料磁导率和矫顽力的影响规律。

软磁材料的特点是高的起始磁导率，低的温度系数，低的矫顽力和低铁芯损耗，电阻率要高，适用于高频应用。硬磁材料又称永磁材料，指磁化后保持较强剩磁的材料，要求剩磁和矫顽力大，最大磁积能（BH）max大。一般材料的晶粒越大，晶界越整齐，则起始磁导率越高。晶粒越小，矫顽力越大。

2.举例说明透明陶瓷的制备原理与要求。

光在陶瓷中传播的机理,设入射到材料表面的光线一部分透过介质，一部分被吸收，一部分在界面上被反射回原介质，一部分被散射。则：透射光+反射光+吸收光+散射光=入射光。要使材料透明：则需透射光/入射光尽量大，亦即反射、吸收和散射的能量尽量小。透明氧化铝陶瓷制备工艺

① 用MgO抑制晶粒长大：高温时发生反应在晶界生成尖晶石相抑制Al2O3

晶粒长大。MgO+Al2O3→MgAl2O4 ② 用高纯氧化铝原料，主要以用铵明矾热分解的方法制备的原料为好。③ 预烧原料，使多数Al2O3由γ转变为α相，但需保留少量γ以提高 原料的烧结活性，促进烧结。

④ 成型时采用注浆法或等静压法，其中后者因能得到高压实度的坯体而更好。

⑤ 烧结时应在氢气氛或真空烧结以避免气孔生成。

3.低温烧结型叠层电容器有什么优势？

介电常数高，生产工艺稳定，对原料性能不敏感，配方无铅，性能稳定。

4.为什么压电陶瓷需要经过预极化才会表现出压电性而单晶压电材料不需要预极化？

压电陶瓷是由许多小晶粒组成的，每个晶粒内的原子都是有规律地排列的，但这一晶粒与那一晶粒的晶格方向则不一定相同，因而从整体看，仍是混乱、无规则的，因此需要预极化使电畴沿电场方向取向，而单晶压电材料晶粒内的原子是有规律地排列的，因此不需要预极化。

5.解释氧化锌压敏陶瓷的压敏机理。

氧化锌压敏陶瓷的主晶相是相对低阻的n型半导体，晶界是相对高阻的半导体层，在大电压下纳米厚度的晶界层由于隧道效应被击穿而电阻大幅度下降，从而显示压敏效应。

6.象金红石这样的高折射率和高双折率的无机非金属粉体可用来制得高白度和强遮盖力的优质白色颜料，请解释其原因。

折射率和双折射率越高，反射损失和散射损失越大，也就是说折射率相差越大，散射作用越强，光线经过无数的反射和折射变得十分弥散使金红石不易成为透明材料，而可以制得高白度和强遮盖力的优质白色颜料。7.结合晶体结构解释Na-β-Al2O3陶瓷的导体机理

导电机理：Na-β-Al2O3的晶体结构中氧为立方紧密堆积，二个铝氧四面体层形成类似尖晶石结构的致密层，中夹一个较为松散的钠氧层。钠离子在松散的钠氧层中可进行移动，扩散和离子交换，材料的导电性由钠离子在层内移动而产生。

8.压电陶瓷的生产包括哪些步聚？

配料→球磨→过滤干燥→预烧→二次球磨→过滤干燥→过筛→成型→排塑→烧结→精修→上电极→烧银→极化→测试 预烧：形成要求的晶相及对应的晶粒度 9.氧化铁气敏陶瓷的工作原理和优点。

原理：通过铁变价来感知气体的氧化还原性，不同价态氧化铁电阻不同。对于城市煤气、液化石油 气有较高的灵敏度。无需贵金属催化剂，在高温下稳定性好。

10.为什么铁电体可用来做正温度系数热敏陶瓷？

因为PTC效应是与铁电性直接相关的，其电阻率的突变与居里温度Tc相对应。11.合金与铁氧体哪种更适合用作软磁材料，为什么？

铁氧体更适合作软磁材料，因为铁氧体的相对磁导率可高达几千，电阻率比金属的高得多，涡流损耗小，铁芯损耗小，适合于制作高频电磁器件。12.常用高温发热元件有哪些？各有什么应用特点？

碳化硅，含有合适足量的杂质，会使其在室温下导电。其导电性在800 ℃以下因杂质不同而不同，高于800 ℃时趋向于一致，SiC发热元件的使用温度不宜超过1400℃ 二硅化钼，二硅化钼熔点达2030 ℃，有较高的导热系数，高温下抗氧化性好，电阻适中，比电阻温度系数小，作发热元件的使用温度达1800℃.二氧化锡，二氧化锡结构中氧不足或掺入第V族杂质锑等而成为n型半导体。应于用高温导体，欧姆电阻及透明薄膜电极，特别应用于熔制玻璃电极

13.哪种高温电发热陶瓷是电子导电的？陶瓷类超导材料在超导材料中处于何种地位？

铬酸镧（LaCrO3)陶瓷是电子导电的，陶瓷类超导材料为最新发展起来的超导材料，目前主要应用于电力系统，交通运输，环保医药，高能核实验和热核聚变等方面。

14.氧化锆导电陶瓷的电导与温度的关系。

温度越高，电导率越大，这是因为当二价或三价离子阳离子（如Ca2+和Y3+）不等价取代ZrO2中的Zr4+时，为平衡电价，在ZrO2的晶体结构中会失掉正常位置的氧离子而形成氧空位，从而使ZrO2成为导电陶瓷，温度升高，晶体内的热运动增加，使氧空位增加因而电导率增大。15.氧化铝生物陶瓷制备在原料、掺杂和烧成气氛等方面有何特殊要求。材料的介电常数变化与其负载的交变电场频率有何关系？为什么？

生物陶瓷用氧化铝陶瓷对原料的要求比较严格，纯度要高，一般要选用99.9%以上高纯Al2O3原料，在氧化铝生物陶瓷的制备过程中，为了促进致密化，降低烧结温度，还需要加入适量添加剂，添加剂的粒度要尽可能细，或使用液体添加剂，另外烧结气氛必须保持的真空状态。材料的介电常数越高，其负载的交变电场频率越低，这是因为介电常数是自发极化所产生的，电场频率越低，自发极化完成一个周期所需的时间越短，自发极化变大，因而介电常数变大。

16.微晶玻璃与普通玻璃相比有哪些优异性能，其制备过程与普通玻璃有何不同？

微晶玻璃的性能远强于普通玻璃：其抗压强度，抗弯强度、抗张强度都比普通玻璃高，且其硬度高，高于花岗岩；耐磨性突出，弹性模量大，其耐酸碱腐蚀性也强于一般玻璃,其制备过程与普通玻璃最大的不同是，微晶玻璃需要结晶化处理。微晶玻璃是由结晶相和玻璃相组成的，无气孔，不同于玻璃也不同于陶瓷。17.举例说明铁电体的晶体结构有何特点，当铁电体因温度过高而转变为顺电体时，其晶体结构怎么变化？

以BaTiO3为例，BaTiO3在1460C时为六方晶型，在1460度以下时为立方晶型，其中立方晶型为电价较低、半径较大的离子Ba2+，它和O2-离子一起按面心立方堆积，第二种ABO3结构为电价较高、半径较小的离子Ti4+，处于氧八面体中心，ABO3结构中的B离子有6个配位氧，A离子有12个配位氧，这样的八面体彼此以顶角相连成三维结构。当铁电体因温度过高而转变为顺电体时，其晶体结构由四方系转变为对称性较高的立方晶系。

18.高电导性氧化物在作电阻用时，低浓度下表现为高电阻率和大的负温度系数，高浓度下表现为低电阻和正温度系数，为什么？

这是因为在绝缘体上的导电颗粒无规则分布引起的，绝缘基体中分散着金属颗粒平均粒度100um，在金属浓度很小时其电导率很低，而当其浓度在10vol%左右的范围内略有增加时，其电导率增加几个数量级。19.压电效应的物理本质。

外界的作用使压电陶瓷的剩余极化强度发生改变，陶瓷就会出现压电效应。

20.晶体产生热释电性的必要条件。

无对称中心，有极轴

极轴：沿极轴方向质点排布规律不同。

21.铁磁性与亚铁磁性有何不同，为什么铁氧铁磁性材料通常是亚铁磁性材料？

22.原子磁矩大小不同的两种离子（或原子）组成，相同磁性的离子磁矩平等排列，而不同磁性的离子磁矩是反向平行排列。由于两种离子的磁矩不相等，反向平行的磁矩就不会恰好抵消，二者之差表现为宏观磁矩，这就是亚铁磁性，单一的磁矩表现为铁磁性。铁氧体一般都是多种金属的氧化物复合而成，所以含有不同的磁矩，其磁性是两磁矩之和的体现，故严格来说是亚铁磁性物质。

23.磁悬浮列车用到超导体的什么特性？

利用超导体的完全抗磁性，超导体表面能够产生一个无损耗的抗磁超导电流，这一电流产生的磁场，恰巧抵消了超导体内部的磁场，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路。24.为什么软磁材料里不宜掺入过量的Fe2O3？ 过量的Fe2O3使烧结体在高温下生成Fe3O4，后者能抵消其它化学成分导致的磁致伸缩，得到磁致伸缩引起的内应力小，磁导率高的材料。

过量的Fe2O3使烧结体在高温下生成Fe3O4，会降低材料的电阻率，使损耗显著增大。

25.旋磁材料与磁光材料的区别。

旋磁材料是在高频磁场作用下，平面偏振的电磁波在铁氧体中按一定方向传播过程中，偏振面会不停绕传播方向旋转的一种铁氧体材料。磁光材料:偏振光被磁性介质反射或透射时，其偏振状态发生改变，偏振面发生偏转。

26.为什么没有缓变型负温度系数热敏陶瓷。

由缓变型热敏电阻的温度特征曲线可知，缓变型热敏电阻是随着温度的升高而增大的，恰好与NTC热敏电阻特性相反，因此没有缓变型温度系数热敏陶瓷。三．综合问答题：

1.铁电体能应用到哪些功能陶瓷材料中，试述相关的应用机理。

2.氧化铝陶瓷有哪些优异性能使其能广泛应用于多种先进陶瓷中，具体有哪些先进陶瓷种类，在各种不同种类的先进陶瓷中其制备方法各有什么特点？为什么？

氧化铝生物陶瓷：机械强度高，绝缘性好，耐高温，耐化学腐蚀且生物相容性好。制备特点：氧化铝生物陶瓷对原料的要求比较严格，纯度要高，一般要选用99.9%以上的高纯氧化铝原料，在氧化铝生物陶瓷制备过程中，为了促进致密化，降低烧结温度，还需要加入适量的添加剂，另外烧成温度、保温时间、烧成气氛也必须要合理控制。

透明氧化铝陶瓷：有良好的光透过性，具有高温强度大，耐热性好，耐腐蚀性强和比体积电阻大等特点。制备特点：用MgO抑制晶粒长大，用高纯氧化铝原料，需要对原料进行预烧，成型时采用注浆法或等静压法，烧结时应在氢气氛或真空烧结以避免气孔生成。Na-β-Al2O3陶瓷：有很高的导电性，制备过程要注意：烧结时要注意加入MgO促进烧结和晶粒致密化，另要在密闭及在Na气氛中烧结以防Na2O挥发，烧结温度达1800℃。

第二篇：先进陶瓷复习题2014

Chapter I Introduction 1 What are ceramics? 用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称。2 Typical Characteristics of Ceramic Materials Hard硬, brittle易碎、脆, wear-resistant耐磨, electrically and thermally insulating绝缘、隔热, refractory耐火, chemically stable化学稳定性, durable耐久性.3传统陶瓷、先进陶瓷有何区别？先进陶瓷如何分类？ 区别：

先进陶瓷分为功能陶瓷和结构陶瓷，功能陶瓷又分为电子信息材料、能源材料、环境材料 The objective in materials process engineering to find relations between(desired)materials properties and relevant microstructural parameters on one side一方面寻找所需材料性能和相关显微结构参数之间的关系

to understand which process parameter changes a certain microstructural parameter on the other hand.另一方面理解哪个工艺参数能够改变相应的微观结构参数 Basic processes of ceramic fabrication.Powder preparation, Powder treatments like milling and mixing, Forming into a green shape, Coating techniques, Sintering 粉体制备，粉体处理如研磨和混合，成型，涂层技术，烧结 Chapter II Microstructure and property

1、陶瓷烧结体微观结构的控制因素有哪些？

粉料的化学性质及总组成，粉料的表面化学，颗粒形貌（表面积、颗粒尺寸及形状），成型工艺及所用压力大小，固结成瓷所用的热循环

2、陶瓷烧结体的显微结构可由哪些特征所描述？

每一相的化学成分，每一相的尺寸及形状，每一相的择优取向（结构），煅烧前的成型体（生坯）中作为未填充的间隙而存在的气孔率的减小程度

3、显微气孔对陶瓷材料有何不利影响？在陶瓷材料中有何作用？产生显微气孔的方法有哪些？ 不利影响：

作用：耐火材料中显微气孔的存在提高抗热震断裂性能 方法：（1）配料由大颗粒和耐火粘结相组成，大颗粒的存在抑制显微气孔的排除（2）添加空心球（3）添加细纤维降低烧结体密度

4、增加陶瓷材料室温强度的本质方法是什么？

减少显微结构缺陷

5、陶瓷材料缺陷来源有哪些？如何降低缺陷尺寸？

来源：大尺度的孔洞、分层，微米尺度的内部显微缺陷 降低：(1)选择适当的原材料；(2)采用清洁工艺制备条件，减少杂质污染；(3)粘合剂不应形成硬团聚体，而在坯体成形时不易压碎；(4)控制化学成分，避免大颗粒的生长，以使残余气孔最小；(5)避免冷加工工艺的原因而产生表面裂纹；(6)减小晶粒尺寸、控制相变

6、玻璃相对陶瓷材料有哪些不利影响？有何作用，举例说明？

7、如何获得高热导率陶瓷材料？

（1）选择高热导率晶相AlN、BeO、SiC、BN等（２）去掉大部分气孔（３）减少烧结添加剂、控制晶粒尺寸

8、获得低热导率陶瓷材料的措施有哪些？

按照本征热导率选择材料 尽可能引入大的气孔率, 减少固体接触路径

考虑强度等综合性能，可能达到的最大气孔率水平约80% 纤维类耐火材料同等气孔率下具有更高强度，可以达到更低密度气凝胶隔热材料是隔热性能最好的固体材料

9、陶瓷表面产生压应力层的目的是什么？ 举例说明，如何在陶瓷表面产生压应力层？

目的：表面处形成低膨胀相，使表面承受压应力，达到强化的目的 举例：

10、超低膨胀陶瓷有哪些体系？有哪些结构特征？

11、显微结构对陶瓷材料的电功能特性有哪些影响？ 1 气孔率的调整：

去除气孔，以降低损耗、提高耐压。

保持一定气孔率，调解介电常数、气敏陶瓷敏感性 2 含量调整：

减少玻璃相降低损耗

增加玻璃相，吸收杂质（晶界偏析）、包裹晶粒 3 晶粒尺寸调整：

细晶，强度考虑、增大晶界成分 大晶粒，降低损耗 4晶界结构的调整： 晶界层电容器 压敏电阻 PTC热敏电阻

Chapter III Ceramic powder

1、什么是陶瓷粉体？粉体的涵义？粉体制备方法有哪些？

Powder：就是大量固体粒子的集合系

涵义：表示物质的一种存在状态，既不同于气体、液体，也不完全同于固体。

制备方法：粉碎法，合成法

2、从哪些方面表征粉体的宏观特性和微观特性？

宏观：松装密度（bulk density）振实密度（tap density）压实密度（press density）流动性（flowablity）

微观：粒度（particle size）粒度分布（distribution）团聚（agglomeration）形态形貌（morphology）

3、Properties dependent on the physical nature of the powder particle size and particle size distribution 粒径尺寸和分布 particle form(form factor)粉体形状（成型因素）surface area 表面积 porosity 气孔率

pore size and pore size distribution 气孔尺寸和分布 packing density and packing structure 堆积密度和结构 dynamic properties(e.g.flow)动力学性能（如：流体）

4、Properties dependent on the chemical nature of the powder chemical composition 化学组成 purity/impurity 纯度/杂质 phase composition 相组成 surface energy 表面能

surface reactivity 表面活性 surface composition 表面组成

5、ideal morphology of powders Narrow particle size distribution 窄范围的粒径分布 single-phase 单一相

low degree of agglomeration or aggregation 低团聚/聚合度 low content of unwanted impurities 低有害杂质含量

no destructive phase-transformations during further processing 在后期加工中无破坏性相变过程

6、解释粉体的一次粒子，二次粒子，团聚粒子

一次粒子（Ultimate particle or primary particle or crystallite）：An ultimate particle of a substance is the smallest state of subdivision which retains all the physical and chemical properties of that substance.These properties are also homogeneous on that scale.指物质在保留所有的物理化学性质情况下能够被细分的最小状态。二次粒子（Aggregate）：An aggregate is an assembly of solid particles held together by strong inter-or intramolecular or atomic(adhesive)forces.These forces have a chemical character.二次粒子是指固体粒子通过分子内或分子间以及原子（附着）力结合在一起的聚合物。这些里具有化学特性。 团聚体（软团聚）（Agglomerate）：In agglomerates solid ultimate particles(crystalline/amorphous)or aggregates are held together by relatively weak adhesive forces.In many cases these forces are due to an electrostatic surface charge.固体一次粒子（晶体/非晶体）或二次粒子以微弱的结合力（通常情况下是静电相互作用）结合在一起而形成的粒子。

7、理解粉体的粒度，粒度分布（等效直径，球形度，粒度分布曲线，粒度分布特征）

粒度：颗粒的大小。通常球体颗粒的粒度用直径表示，立方体颗粒的颗粒度用边长表示，对不规则的颗粒，则可将与颗粒有相同行为的某一球体直径作为该颗粒的等效直径。

粒度分布：分为频率分布和累积分布，常见的表达形式有粒度分布曲线、平均粒径、标准偏差、分布宽度等。等效直径：对于不规则颗粒，可以找到一个与该颗粒具有相同行为的一个球形颗粒，而此球形颗粒的直径就是不规则颗粒的等效直径。

球形度：这个比值是无量纲的，是一个形状因子；形状相同，不同大小的两个颗粒有相同的球形度因子 粒度分布曲线：包括累积分布曲线和频率分布曲线 粒度分布特征：

8、颗粒尺寸测量方法

（1）筛分分析法：可以采用大量样品；分布函数测定准确；测量范围宽；适用于较大颗粒尺寸，>10m；再现性不够理想；

（2）显微镜分析法：可以对颗粒实际的大小和形态直观测量（3）沉降分析：颗粒尺寸由斯托克斯定律确定

自然沉降：

-粘度；v-沉降速率；

-固液之间密度差；g-重力加速度

离心沉降： x、x0分别代表t、t0时刻，测量位置的颗粒半径

（4）激光散射：利用颗粒对激光的散射特性作等效对比，所测出的等效粒径为等效散射粒径，即用与实际被测颗粒具有相同散射效果的球形颗粒的直径来代表这个实际颗粒的大小。当被测颗粒为球形时，其等效粒径就是它的实际直径。一般认为激光法所测的直径为等效体积直径。从原理上讲颗粒越小，衍射角越大，因此它可能更适合小颗粒。

9、粉体的粉碎和混磨常用方法

球磨、振动磨、搅拌磨、气流粉碎等

10、粉碎的强化原理，如何选择助磨剂？

利用表面活性剂的吸附效果来强化分体粉碎过程。

原理：助磨剂通常是一种表面活性剂，它由亲水基团（如羧基－COOH，羟基－OH）和憎水的非极性基团（如烃链）组成。在粉碎过程中，①助磨剂的亲水集团易紧密地吸附在颗粒表面，憎水集团则一致排列向外，从而使粉体颗粒的表面能降低。②助磨剂进入粒子的微裂缝中，积蓄破坏应力，产生劈裂作用，从而提高研磨效率。

选择助磨剂：一般来说，助磨剂与物料的润湿性愈好，则助磨作用愈大。当细碎酸性物料（如二氧化硅、二氧化钛、二氧化钴）时，可选用碱性表面活性物质，如羧甲基纤维素、三羟乙基胺磷脂等；当细碎碱性物料（如钡、钙、镁的钛酸盐及镁酸盐铝酸盐等）时，可选用酸性表面活性物质（如环烷基、脂肪酸及石蜡等）。

11、球磨等粉碎过程对粉体的影响

1、颗粒尺寸减小

2、有杂质引入

3、颗粒内部产生较大晶格应变

4、产生晶体结构改变

5、产生化学反应

12、由实验公式进行配料计算

已知某坯料的实验公式，需算出所需原料在坯料中的质量百分比。

13、由给定组成配方进行配料计算

若已知坯料的化学组成及所用原料的化学组成，可采用逐项满足的方法，求出各种原料的引入质量，然后求出所用各原料的质量百分比。Chapter IV processes for compaction

1、什么是成型

成型是将陶瓷粉料加入塑化剂制成坯料,并进一步加工成特定形状的坯体的过程。它是实现产品结构、形状、性能设计的关键步骤之一。陶瓷的成型技术对于制品的性能具有重要影响

2、The goal of compaction 1.将粉体压制成某一个具体形状 2.获得一个尽可能各向同性的致密体

3、成型方法分类

1.干法成型：dry processing 它是在陶瓷粉末中加入少许甚至不加塑化剂，坯料是具有一定流动性质的干粉态，这样在压实及排塑过程中，需要填充的空隙或排出的气体就少，可获得高密度的成型坯体。这类成型方式主要包括干压成型和等静压成型。

2.塑法成型 paste processing 这类成型方法的共同特点是坯料需加入适量的塑化剂，混合均匀后，具有充分的可塑性，这种可塑性既为形成特定形状坯体提供可能，也为坯体致密度下降付出代价。因为达到可塑态，粉末中必须加入适量多的粘结剂、增塑剂、溶剂等，这些有机挥发物的存在，在脱脂过程中会留下大量的气孔，或收缩变形，从而影响材料性能。包括挤制成型和轧膜成型以及注射成型、热压铸成型等． 3.流法成型 suspension processing 它是使坯料形成流动态的浆料，利用其流动性质来形成特定形状的工序过程。

适于成型复杂形状制品。

除注浆法外，流法成型有机高分子成份的含量明显较高。坯体的排胶脱脂工序更为漫长而复杂，对材料致密度、结构以至性能的影响更要严重。

这类成型方法有普通注浆及压力注浆成型、流延法成型、压滤成型、印刷成型、及胶态法成型等。

4、什么是近尺寸成型

它要求成型制备出的坯体满足使用产品外形，尺寸上的要求，应尽量做到少加工或不加工。近年在陶瓷领域逐步实现的如压滤成型、胶态成型等都是近尺寸成型的有效方法。

5、什么是造粒，目的，方法？

造粒：将已经磨得很细得粉粒，混和粘合剂后，做成流动性好的较粗的颗粒，粒径约为0.1mm。

目的：使颗粒重一些，大一些。目的是使流动性好，成型性好。方法：分层造粒、加压造粒、湿法造粒、喷雾干燥造粒

6、什么是干压，等静压？

干压：将干粉坯料填充入金属模腔中，施以压力使其成为致密坯体。等静压：通过液体对压力惊醒传输，从而使得粉体好像在一个封闭的袋子里，来达到各个方向的压力都一样的方法。

7、Ideal powders for drying press 1.团聚物为球形，彼此之间容易流动而充满模具 2.在颗粒内有可控的，均匀的气孔率和孔径尺寸分布 3.在成型之前具有高的致密度（低压缩比）4.团聚粒子内部和团聚粒子之间有均匀的组成

8、Microstructure development during dry pressing 一般的，陶瓷粉体的成型过程包括基本非变形粉体的重排和破碎，这导致坯体中气孔尺寸的降低和分体之间更好的接触。在加压过程中坯体内部结构的紧凑度发生变化，就微观结构参数而言，是团聚物和气孔形貌发生了变化。

9、干压添加剂的作用

（1）减少粉料颗粒间及粉料与模壁之间的摩擦，这种添加物称为润滑剂；润滑剂分子间低粘结能降低摩擦系数；

（2）增加粉料颗粒之间的粘结作用，这类添加物又称粘合剂；一般是大分子物质，可以吸附在不同颗粒上形成绞缠的分子网络；

（3）塑性剂：促进粉料颗粒吸附、湿润或变形，通常采用表面活性物质。其分子阻止粘结剂官能团之间的联结而降低粘结剂刚度。

10、粘结剂的影响因素

（1）分子量增加可以提高颗粒/粘结剂粘结性；（2）粘结性还取决于颗粒/粘结剂的附着特性；

（3）（4）对模壁摩擦系数的影响：高的分子量增加了模壁摩擦系数（5）粘结剂的玻璃转变温度Tg

玻璃转变温度Tg: 区分粘结剂的延性和脆性行为的温度。塑性剂的主要作用是降低粘结剂的Tg;

水和PEG对PVA都是好的塑性剂；

11、什么是弹性后效应？如何防止弹性后效应产生的破坏？

干压和等静压成型在加压后的卸压过程中坯体的形变回弹现象。

12、什么是注浆成型？有哪些分类？

注浆成型(SC)是一种采用一定形状的多孔模型生产空心制品的陶瓷成型技术。SC工艺利用石膏模具的吸水性，将制得的陶瓷浆料注入多孔质模具，由模具的气孔把浆料中的液体吸出，而在模具中留下坯体。分类：传统注浆成型，离心注浆成型和压力注浆成型。

13、注浆成型对泥浆有何要求？

the fine particle suspension is sufficiently stable to remain invariant under processing conditions.14、陶瓷料浆的稳定机制有哪些？

（1）静电稳定机制

分散在液体介质中的微细陶瓷颗粒，所受到的作用力主要有胶粒双电层斥力（Electrical double layer repulsion）和范氏引力(Van der Wards Attraction)，而重力和惯性力(Gravitational and Inertial Forces)的影响较小。根据胶体化学DLVO(DergahinVerwey-Overbeek)理论，胶体颗粒在介质中的总势能取决于双电层排斥能和范氏吸引能（2）空间位阻稳定机制

1950年van der Warden首先观察到碳黑粒子在烃中形成分散体系的稳定性，在加入烷基芳香族化合物后可以得到改善，且体系的稳定程度随烷基芳香族化合物中苯环上的烷基链长度和数目的增加而增加。之后，越来越多的人注意到了高分子聚合物的位阻作用，并在此基础上发展了胶体三大稳定理论之一的空间位阻理论。

（3）静电位阻稳定机制

静电位阻稳定机制是静电稳定和位阻稳定共同作用的结果，即在固体颗粒表面吸附了一层带电较强的聚合物分子层，该分子层既可通过本身所带电荷排斥周围的粒子，又可以用高分子吸附层的位置作用防止在布朗运动中向其它粒子的接近。这样就完全符合了胶体稳定的两个条件：增加势垒高度和增加粒子间的间距。因此，依照静电位阻稳定机制配制出的料浆的稳定性更好。

常见的静电位阻分散剂有：聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、海藻酸钠、木质素磺酸钠、聚丙烯酰胺和磷酸酯等

15、什么是等电点，如何调节PH获得稳定料浆？

等电点：在某一PH值下存在H+和OH-的等量吸附产生电中性表面，则该点等于电位为零的PH值，即等电点。

16、流延成型原理，步骤，应用

原理：

（1）将粉料、溶剂、分散剂、粘结剂、可塑剂配制成均匀、稳定、粘度适中的浆料。

（2）在流延机上通过刮刀铺展成二维的薄层。

（3）等溶剂挥发完后，浆料中的粘结剂固化交联，将粉料颗粒粘结成具有一定强度的薄层。薄层从基板上剥离下来，形成薄厚均匀，表面质量较好的坯体。步骤：

应用：

17、流延料浆特征

（1）浆料稳定，分散均匀；（2）最优的（低的）浆料粘度和剪切变稀的流变特性，这是因为在流延过程中，浆料流经刮刀，在刮刀的剪切力作用下，浆料粘度变小，利于浆料的流动，当浆料流经刮刀后，浆料不受剪切力的作用，浆料粘度变大，流动性变小，浆料中各组分的移动性变小，利于坯片均匀化。（3）浆料固相含量高，可以降低在流延过程中以及烧结过程中坯片的收缩率。

18、流延料浆有哪些成分组成，各组分作用？

流延浆料主要由陶瓷粉体、溶剂、分散剂、粘结剂和增塑剂等组成。

溶剂的作用：

溶解分散剂、粘结剂、增塑剂和其他添加剂 分散陶瓷颗粒

提供浆料合适的粘度，浆料粘度的调节主要依靠溶剂来进行调节。在适当的温度蒸发干燥 保证生坯无缺陷的固化 分散剂的作用：

主要是提供颗粒间的排斥力，控制颗粒团聚的程度和团聚体的强度，以制得稳定、固相含量高的浆料。分散剂的影响主要体现在稳定浆料，制造密度和性能均一的陶瓷产品。粘结剂作用：

粘结剂最重要的任务是通过包裹粉末颗粒自身固化形成表面和产生三维相互连接的树脂构架，赋予坯体一定的强度和韧性。强度的作用为：1）便于从基板上剥离。2）便于后续的运输和加工。

19、有机体系和水基流延优缺点 水基流延

优点: ①成本低，②使用安全卫生，③对人体毒副作用小,④对环境污染小，便于大规模生产；

缺点：①水对陶瓷粉体颗粒的润湿性能较差、不利于粉体在浆料中的分散；②水的蒸汽压低、汽化热大，不易挥发，导致坯片干燥时间长，坯片内有机物分散不均匀性趋势增加；③浆料除气困难，浆料中气泡的存在会影响流延坯片的质量；④水基流延浆料所用的粘结剂多为乳状液，市场上产品较少，使粘结剂的选择受到限制；⑤水基流延成型过程中各种参数不易不易控制，条件的略变动就会影响浆料以及坯片的性能。因此，水基流延成型使用较少。有机体系： 优点：（1）表面张力小，对颗粒的润湿性好

（2）溶剂挥发时间快，干燥时间短

（3）对有机添加剂溶解性强 缺点：（1）有机溶解多易燃有毒

（2）使产品成本增加 20、水基流延固化机理

流延成型工艺的固化机制包括物理成膜和化学成膜，物理成膜主要是溶剂蒸发成膜以及物理诱发凝胶成膜;而化学成膜则主要是通过化学(或光化学)聚合反应引发凝胶固化而成膜．

21、注射成型、热压铸成型原理，步骤

注射成型：

原理：注射成型就是陶瓷粉料与热塑性有机塑化剂相配比、混合、造粒后，将其加入注射机中，注射进模具型腔，经充填、保压、冷却和脱模，即得提需要的含塑坯体，置排塑炉内，缓缓加热，排除有机气体，从而获得成型的坯体。

热压铸成型： 原理：热压铸成型或热压注成型，是特种陶瓷生产应用较为广泛的一种成型工艺，其基本原理是利用石蜡受热熔化和遇冷凝固的特点，将无可塑性的瘠性陶瓷粉料与热石蜡液均匀混合形成可流动的浆料，在一定压力下注入金属模具中成型，冷却待蜡浆凝固后脱模取出成型好的坯体。坯体经适当修整，埋入吸附剂中加热进行脱蜡处理，然后再脱蜡坯体烧结成最终制品。

热压铸成型的工艺流程：

1.陶瓷粉体中加入表面改性剂如油酸、硬脂酸等，球磨混合，使之具有亲油性，和蜡液良好融合。

2.将改性后的粉料加入熔化的石蜡中搅拌混合至均匀。

3.将混好的料浆加入热压铸成型机中，以适当压力和温度注入模具成型。

4.脱模并对坯体进行适当修整。

5.将坯体埋入吸附剂中，以适当速度升温至900℃-1100℃，使坯体完全排除石蜡并具有一定强度。

6.再将坯体放入烧结炉中烧成最终制品

22、什么是凝胶注模成型，原理，优缺点。

原理：陶瓷料浆中加入一定量有机单体、交联剂、引发剂和催化剂，均匀分散之后注入模具，置于一定温度的环境中，则在引发剂的诱导引发下，单体在催化剂的作用下很短时间内发生聚合反应形成高聚物长链分子，发生凝胶共聚反应，形成固态性胶态坯体的过程。优点：

这种成型工艺非常简单，对模具无任何苛刻要求。成型后坯体强度很高，可进行机加工，坯体致密、结构均匀，可成型外形非常复杂的坯体。缺点：

凝胶成型后料浆中水分及有机物全部保留在凝胶中，后处理工序复杂。影响因素多。

Chapter V Sintering

1、干燥方法，排胶方式

2、What is Sintering ? solid state sintering ?liquid phase sintering? Sintering is the process of bringing the powder at elevated temperature so that, due to the high(er)mobility, the compact densifies, thereby releasing the surface energy of the powder particles.Generally no liquid phase(solid state sintering)or only a limited amount of liquid phase(liquid phase sintering)is present during sintering of advanced(or technical)ceramics.In traditional ceramics up to 30 vol% liquid phase can be present in which case the densification is sometimes called vitrification.烧结：是对粉末在高温下的处理，这样，由于高（较高）移动性，紧凑的致密化，从而释放粉末颗粒的表面能。固态烧结：烧结体是固态的烧结 液态烧结：烧结体中含有少量液相。

3、烧结方式和设备，了解热压、热等静压、气氛压力、微波烧结。

热压烧结是在高温烧结过程中，对坯体施加足够大的机械作用力，达到促进烧结的目的。

气氛压力烧结是一种主要用以制备高性能氮化硅陶瓷的烧结技术．它利用高的气压力来抑制氮化硅的分解．使之在较高温度下达到高致密化而获得高性能，所以又称高氮气压烧结

热等静压工艺（Hot Isostatic Pressing，简写为HIP）是将粉末压坯或装入包套的粉料装入高压容器中，使粉料经受高温和均衡压力的作用，被烧结成致密件

微波烧结利用陶瓷素坯吸收微波能，在材料内部整体加热至烧结温度而实现致密化的烧结工艺称为微波烧结

4、隧道窑依据温度曲线分为那几个部分？正负压如何控制？

隧道窑分为：预热带、烧成带和冷却带； 冷却带，烧成带：微正压； 预热带：微负压； 窑头：微正压

通过鼓入或抽出空气来实现

第三篇：《陶瓷工艺学》读书报告

《纳米材料与技术》读书报告

——《陶瓷工艺学》

《纳米材料与技术》读书报告——《陶瓷工艺学》

摘要：本文是基于化学工业出版社出版，张锐主编的《陶瓷工艺学》的读书报告，其中内容为本书以及文尾的参考文献内容的整理与引用。可以认为是对陶瓷材料科学的一个概述，包括六项内容。关键词：陶瓷材料；结构；成型；烧结；增韧；

前言

陶瓷材料作为材料业的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。陶瓷材料是人类应用最早的材料之一，它是一种天然或人工合成的粉状化合物，经过成型或高温烧结，由金属元素和非金属的无机化合物构成的多相固体材料。陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、原料丰富、成本低廉等诸多优点而被人一直关注。

一、陶瓷的原料

从陶瓷工业发展的历史上看，人们最初使用的主要是天然的矿物原料或岩石原料。这些天然原料多为硅酸盐矿物，且种类繁多，资源蕴藏丰富，分布广泛。但是，由于地质成矿条件复杂多变，天然原料很少以单一的，纯净的矿物产出，往往伴生有不同种类、含量的杂质矿物，使其化学组成、矿物组成和工艺性能产生波动。因此，随着陶瓷工业的发展，对陶瓷工业性能日益增高的要求，对其原料的要求也越来越高。

事实上，陶瓷制品的性能和品质，既取决于所选用的原料，也有赖于所采用的生产工艺过程。不同的陶瓷制品，需要不同的原料。对于某些陶瓷制品来说，选用一般品质的原料即可满足陶瓷生产及制品性能的要求。下面就是几种常见的陶瓷原料：

1、黏土类原料：

黏土是一种颜色多样、细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体，为一种层状结构，具有一定的可塑性以及较高的耐火度、良好的吸水性、膨胀性和吸附性。

2、石英类原料：

结晶态的二氧化硅统称为石英，其在地壳中丰度为60%，由于经历的地质作用及成矿条件不同，石英呈多种状态：水晶、脉石英、砂岩、石英岩、石英砂等。

3、长石类原料：

长石是陶瓷生产中的主要熔剂型原料，一般用作坯料、釉料、色料熔剂等的基本成分。其矿物是架状结构的碱金属或碱土金属的硅酸铝盐，常见有钠长石，钾长石，钙长石和钡长石。所有类的长石都由这四种长石组合而成。

4、其他原料：

瓷石、叶腊石、高铝质矿物原料、碳酸盐类矿物原料等，以及新型的氧化物类原料，如氧化铝，氧化镁；碳化物类原料，如碳化硅、碳化硼；和氮化物类原料，如氮化硅、氮化铝。

二、陶瓷的结构

陶瓷材料是由离子键或共价键结合的含有金属和非金属元素的复杂化合物和固溶体。陶瓷是硬的、脆的、高熔点的材料，具有低的导电性和导热性、良好的化学稳定性和热稳定性以及高的压缩强度。

陶瓷材料的相结构主要有三种：晶相，玻璃相和气相。晶相：晶相是体现陶瓷材料性质的主要组成相，大多数陶瓷材料是由离子键和共价键为主要结合键。晶体中非金属元素的原子直径大，可排列成不同的晶系，形成晶体“骨架”，金属原子的直径小，处于骨架的间隙中。

玻璃相：玻璃是非晶态材料，由熔融的液体凝固得到。陶瓷中玻璃相的作用是将分散的晶相粘结在一起，降低烧成温度，抑制晶体长大以及填充气孔空隙。但玻璃相的机械强度比晶相低，热稳定性差，在较低的温度下就开始软化。而且往往因带有一些金属离子而降低陶瓷的绝缘性能。工业陶瓷要控制玻璃相的数量，一般约为20%-40%。

气相：陶瓷材料中往往存在许多气孔，体积约占5%-10%，这主要是由于原材料和生产工艺方面的原因造成的。较大的气孔往往是裂纹形成的原因，因此会降低材料的机械性能。另外，陶瓷材料的介电损耗也因之增大，并造成击穿强度下降，故一般应尽量降低材料的孔隙率。但在某些情况下，如用作保温的陶瓷材料和化工用的过滤陶瓷等，则需要有控制的增加气孔量。

在陶瓷中，其晶体结构比金属中的晶体结构要复杂的多，其中立方晶系、四方晶系与六方仍是最重要的。在陶瓷材料中，某些晶体结构用典型的化合物的名字表示，如NaCl结构，CaF2结构等。这些典型化合物的化学制品本身在陶瓷材料中并非很重要，但他们代表一大批结构群。

总体来说可以分为氧化物结构与硅酸盐结构。

氧化物结构的结合键以离子键为主，通常以AmXn表示其分子式。大多是氧化物中氧离子的半径大于阳离子半径。其结构特点是以大直径离子密堆排列组成面心立方点阵或六方点阵，小直径的离子排入点阵的间隙处。NaCl结构，CaF2结构，刚玉结构，尖晶石结构均属于此种结构。

硅酸盐结构属于最复杂的结构之一，他们是由硅氧四面体为基本结构单元的各种硅氧集团组成的。按硅氧四面体在空间的不同组合，可形成四大类不同结构特征的材料：岛状硅酸盐、链状硅酸盐、层状硅酸盐和骨架状硅酸盐。

三、陶瓷的成型方法

陶瓷的成型技术对于制品的性能具有重要影响，其成型方法的选择，应当根据制品的性能要求、形状、尺寸、产量和经济效益等综合确定。

根据坯料含水量的不同，成型方法可以分为：注浆成型法，可塑成型法，干压成型法和等静压成型法。

在选择成型方法时，需要从以下几个方面来考虑：

1、产品形状、大小、厚薄等。一般形状复杂、大件、薄壁产品，可采用注浆成型法；而具有简单回转体形状的器皿则可采用旋压或滚压成型法。

2、坯料的工艺性能。可塑性较好的坯料适用于可塑成型法，可塑性较差的坯料可适用于注浆或干压成型法。

3、产品的产量和质量要求。产量大的产品可以采用可塑成型法，产量小的产品可采用注浆成型法。有的产品外商指定要求手工成型法，则只好采用这种方法。

4、成型设备要简单，劳动强度要小，劳动条件要好。

5、技术指标要高，经济效益要好。

在选择成型方法时，一方面要根据以上几个条件来选择成型方法，另一方面，从理论上难以确定成型方法时，需通过实践才能确定具体的成型方法。

下面是几种常用的成型方法：

1、注浆成型：

注浆成型时由物理脱水和化学凝聚共同作用所形成的过程，其中，前者是主要的，后者是次要的。

注浆成型是把泥浆浇注在石膏模中使之成为制品的一种成型方法。花瓶、品锅、茶壶、糖缸等形状较复杂的制品多用注浆法成型。注浆成型法较为简单，即将坯料制成的泥浆注入石膏模型中，因石膏模具有吸水性，所以，靠近模型内壁的部分泥浆中的水，被多孔质的石膏吸收，而在石膏模内壁形成与模型内壁同样形状的泥层，这个泥层随着时间的增加而加厚。停一段时间后，倾去其中的多余泥浆，而靠近石膏模型内壁的泥料层则留在模型内；再过一段时间，泥层自然地收缩而与模型脱离，即可把形成的粗坯取出。可分为空心注浆（单面注浆）和实心注浆（双面注浆）。为提高注浆速度和坯体的质量，又出现了压力注浆、离心注浆等方法。

在注浆时，所用的浆料需具备以下性能：流动性、稳定性好；触变性要小；其含水量尽可能小，渗透性要好；脱模性要好；尽可能不含气泡。在生产过程中，固相的含量、颗粒大小、泥浆温度和PH值的高低等因素均会影响到泥浆的流动性。

注浆成型工艺简单，但劳动强度大，生产周期长，不易实现自动化；且坯料烧结后密度小，机械性能差，收缩变形大。对机械强度、几何尺寸、电气性能要求高的新型陶瓷产品，一般不用此种方法。

2、干压成型：

使用陶瓷粉末，通过加入一定量的表面活性剂，改变粉体表面性质，包括改变颗粒表面吸附性能，改变粉体颗粒形状，从而减少超细粉的团聚效应，使之均匀分布；加入润滑剂减少颗粒之间及颗粒与模具表面的摩擦；加入黏合剂增强粉料的粘结强度。将粉体进行上述预处理后装入模具，用压机或专用干压成型机以一定压力和压制方式使粉料成为致密坯体。

干压成型坯体性能的影响因素：1.粉体的性质，包括粒度、粒度分布、形状、含水率等。2.添加剂特性及使用效果。好的添加剂可以提高粉体的流动性、填充密度和分布的均匀程度，从而提高坯体的成型性能。3.压制过程中的压力、加压方式和加压速度，一般地说，压力越大坯体密度越大，双向加压性能优于单向加压，同时加压速度、保压时间、卸压速度等都对坯体性能也有较大影响。

干压成型的特点：干压成型的优点是生产效率高，人工少、废品率低，生产周期短，生产的制品密度大、强度高，适合大批量工业化生产；缺点是成型产品的形状有较大限制，模具造价高，坯体强度低，坯体内部致密性不一致，组织结构的均匀性相对较差等。

3、可塑成型：

可塑成型主要是通过胶态原料制备、加工，从而获得一定形状的陶瓷坯体。雕塑、雕削、拉坯、印坯等都属于传统的可塑成型方法。在工业陶瓷生产上应用可塑成型的尚有挤压、湿压、车坯、轧膜等成型方法。常用的有挤压成型，热压铸成型。

挤压成型即坯料在三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或缝隙挤出使之横截面积减小长度增加，成为所需制品的加工方法。

挤压成型时，要注意对挤制的压力，挤出速率和管壁的厚度进行合理的控制。

热压铸法是在压力作用下，把熔化的含蜡浆料注满金属模中，等到坯体冷却凝固后，在进行脱模。这种方法所成型的产品尺寸较准确、粗糙度较低、结构紧密，现已广泛应用于制造形状复杂、尺寸和质量要求高的工业陶瓷产品。

热压铸成型时，要注意控制浆料温度，注模温度，压力制度。其缺点在于工序较繁，耗能大，工期长。对薄壁、大而长的制品不宜采用。

4、其他成型方法：

除了以上三种成型方法外，还有纸带成型，滚压成型，印刷成型，喷涂成型和爆炸成型等成型方法。

5、坯体的干燥：

在成型后，需要对坯体进行干燥，目的在于提高其机械强度，有利于装窑操作并保证烧成初期能够顺利进行。干燥制度是砖坯进行干燥时的条件的综合。它包括干燥时间，进入和排出干燥剂的温度和相对湿度，砖坯干燥前的水分和干燥终了后的残余水分等。需根据实际数据进行定量确定。

四、陶瓷材料的烧结

烧结是一种利用热能使粉末坯体致密化的技术。其具体的定义是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减小、孔隙率降低、力学性能提高的致密化过程。

坯体在烧结过程中要发生一系列的物理化学变化，如膨胀、收缩、气体的产生、液相的出现、旧晶相的消失、新晶相的生成等。在不同的温度，气氛条件下，所发生的变化的内容与程度也不同，从而形成不同的矿物组成和显微结构，决定了陶瓷制品不同的质量和性能。坯体表面的釉层在烧结过程中也发生各种物理化学变化，最终形成玻璃态物质，从而具有各种物理化学性能和装饰效果。

烧结一般在工业窑炉中进行，根据烧结样品的组成和性能不同，制定相应的烧结制度，包括温度制度、压力制度和气氛制度。今年来，一些新的烧结工艺被应用到了制备先进陶瓷及其复合材料上，如，热压烧结，热等静压烧结，放电等离子体烧结，微波烧结等。以上工艺过程和原理各有区别，其对烧结样品的性能影响也不一样，在实际生产中，需要结合产品性能要求和经济效益选择合适的烧结工艺。

影响烧成的因素有很多，在烧成过程中如果控制不当，不但浪费燃料，而且将直接影响产品质量，造成大量废品，带来巨大的损失。因此，只有掌握坯体在高温烧结过程中的变化规律，正确选择和设计窑炉，科学制定和执行烧成制度，严格执行装烧操作规程，才能提高产品质量，获得良好的经济效益。这里，我们首先简单介绍烧结的参数：

决定样品烧结性的主要参数有两大体系：材料参数和工艺参数。

与材料有关的参数有：粉体本身的化学组成、粉体粒度、粉体形状、粉体粒度分布、粉体团聚程度等。上述参数对于粉体的致密化和晶粒长大、烧结制品的显微结构等有着很大的影响。理想的颗粒品质是：尺寸小、无团聚、等轴颗粒形状、尺寸分布范围小、纯度高。除此之外，如果烧结坯体中包含两种以上的粉体，影响其烧结性能的首要因素是粉体的混合均匀性。提高均匀性不但靠机械混合，一些化学混合方法对于提高粉体的混合均匀性也非常有帮助，如溶胶-凝胶法和共沉淀法。

工艺参数则主要是一些热力学参数，如烧结温度、保温时间、烧结气氛、压力、升温和降温速度。通常认为，烧结温度和保温时间对烧结样品的性能有着重要的影响，实际烧结过程中，烧结气氛和烧结压力对其性能的影响也不容忽视。

烧结工艺从广义上来说，可以分为固相烧结和液相烧结。在烧结温度下，粉末坯体在固态情况下达到致密化的烧结过程称为固相烧结；而在烧结包含多种粉末的坯体时，烧结温度至少高于其中一种粉末的熔融温度，从而在烧结过程中出现液相的烧结过程称为液相烧结。

固相烧结可以分为三个阶段：初始阶段颗粒形状改变，中间阶段气孔形状改变，最终阶段气孔尺寸减小，致密化。

液相烧结也可以分为三个阶段：在过渡阶段产生可忽略的致密化后，随着密度的增加，致密化机理逐渐从重排阶段变为溶解-沉淀阶段，到最后的气孔排出阶段，形成致密的陶瓷制品。

下面则简单介绍几种特色烧结方法的工艺原理和特色：

1、热压烧结：

热压烧结采用专门的热压机，在高温下单相或双相施压完成。温度与压力的交互作用使颗粒的粘性和塑性流动加强，有利于坯件的致密化，可获得几乎无孔隙的制品，因此热压烧结也被称为“全致密工艺”，同时烧结时间短，温度低，晶粒长大受到抑制，产品性能得到提高。

2、热等静压烧结：

其将粉末压坯或是装入包套的粉料装入高压容器中，使粉料经受高温和均衡压力的作用，被烧结成致密件。其相较与热压烧结，可以使烧结温度降低，精确控制产品尺寸和形状，且通过后处理工艺，可以减少乃至消除烧结体中的剩余气孔，愈合表面裂纹，从而提高陶瓷材料的密度和强度。但由于热等静压烧结技术对包套材料及技术要求较高，因此通常用于制造形状简单的产品且生产效率低。

3、放电等离子体烧结：

该技术是一种新型的材料制备方法，主要特点是利用体加热和表面活化，实现材料的超快速致密化烧结。因其具有非常高的热效率，可在相当短的时间内使被烧结体达到致密，对于烧结难烧结材料有独特的优势。

4、微波烧结：

微波烧结是一种利用电解质在高频电场中的介质损耗,将微波能转变为热能而进行烧结。微波烧结具有许多常规烧结无法实现的优点，如高能效、无污染、整体快速加热、烧结温度低、材料的显微结构均匀，能获得特殊结构或性能的材料等。具有良好的发展前景。

五、结构陶瓷材料材料的传统韧化方式

陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损和重量轻等一系列优良的特性，因此在工业领域中得到了广泛的应用。但陶瓷材料却有一个共同的致命弱点——脆性大，而限制其优良性能的发挥,因此也限制了它的实际应用。自增韧方法和第二相增韧是陶瓷材料增韧的传统方法：

1、自增韧（原位增韧）：

原位增韧是一种较为理想的陶瓷增韧方法。主要通过工艺因素的控制，在材料的烧结制备过程中自生出类似于晶须的棒状晶粒而使材料得以韧化。原位增韧的韧化机理主要是借助于自增强体的拔出、桥连与裂纹的偏转机制。

2、第二相增韧：

为了改善陶瓷的韧性,可以在陶瓷基体中加入第二相纤维制成陶瓷基复合材料。

下面陶瓷材料的增韧机理，主要机理包括相变增韧、纤维及晶须增韧、颗粒增韧和裂纹增韧。

1、相变增韧：

相变增韧通常是通过ZrO2相变时伴随的体积效应来对结构陶瓷进行增韧。ZrO2存在三种晶型：单斜型（常温相）、四方型（中温相）和立方型（高温相）。当介稳相四方型ZrO2发生马氏体相变时会引起3%—5%的体积效应，吸收能量，此外在体积效应发生时，陶瓷基体已有裂纹尖端产生小裂纹，从而提高材料的韧性。

相变韧化陶瓷的机理主要有：应力诱导相变增韧、相变又发微裂纹增韧、残余应力增韧等。几种韧化机理可同时存在，起主导作用的可能是其中的一种或多种。

2、纤维及晶须增韧：

纤维和晶须增韧能改善陶瓷的韧性，提高其强度。较多应用于纤维增韧的有 C纤维、SiC纤维、B 纤维等，应用最广的是 SiC 纤维。纤维增韧机制有：因模量不同引起的载荷转移、微裂纹增韧、裂纹偏转、纤维脱粘和纤维拔出等。

晶须增韧机理有：裂纹桥联、裂纹偏转和拔出效应。桥联作用是指晶须受外力作用时，在断开的裂纹面之间桥联。晶须所产生使裂纹闭合的应力消耗了外力所做的功，从而起到韧化目的。裂纹偏转指裂纹沿结合力较弱的纤维或基体界面弯折，增加裂纹扩展路径，消耗了能量，达到韧化效果。晶须拔出是指晶须在外界载荷作用下从基体中拔出，因摩擦做功消耗外界载荷的能量，从而使陶瓷韧化。

3、颗粒增韧：

颗粒增韧陶瓷基复合材料是结构陶瓷增韧的另一种有效途径。在过去，微米级颗粒应用较多。前人实验研究表明：经200MPa冷等静压成型，1300℃(保温3h)空气中无压烧结制备的 5 % LiTaO3/Al2O3陶瓷复合材料，基体晶粒均匀细小，增韧效果较好，断裂韧性由未增韧的 2.5MPa·m1/2提高到 5.2MPa·m1/2。近年来人们发现：纳米颗粒增韧比微米增韧效果更好。颗粒增韧的韧化机理主要有非相变第二项颗粒增韧、延性颗粒增韧、纳米颗粒增韧等。

4、裂纹增韧：

裂纹增韧可涵盖多种复杂增韧补强机理，例如微裂纹、裂纹偏转、裂纹弯曲、裂纹分岔、裂纹桥联和裂纹钉扎等多种形式。增韧的根本原因是裂纹扩展的路径呈现锯齿状，表面积增多，应力场的分布发生变化。而纳米复合材料中微裂纹尺寸的减小是材料强度提高的另一个原因。当添加的第二相与基体的弹性模量存在差异、界面效应或热失配产生的内应力施加影响，特别是内应力的不均匀性和界面等与裂纹的相互作用，均容易导致裂纹成核和扩展[3]-[6]。

六、陶瓷材料的韧化进展及纳米材料在其韧化中的作用

较新的陶瓷材料韧化机理有：畴转和孪晶增韧，以及纳米颗粒增韧。畴转和孪晶增韧是一种正在研究的新的陶瓷增韧方法，如将压电陶瓷作为第二相加入结构陶瓷，达到强韧化目的。压电第二相不止对裂纹有桥联和偏折作用，还有由于压电效应和电畴转动所引起的增韧作用。在PZT压电陶瓷中发现极化后陶瓷的断裂韧性呈现各向异性，这与压电陶瓷的电畴和PZT陶瓷的准同相界处的四方相—菱方相孪晶相界的各向异性有关。当裂纹扩展方向与极化同向时，在裂纹尖端应力驰豫，电畴转向垂直于裂纹扩展方向；裂纹扩展方向与极化方向垂直时，裂纹更易于扩展。这对研究新型增韧陶瓷有很好的借鉴作用。氧化铝/钛酸钡是其中的代表性研究。钛酸钡晶粒不仅对裂纹有桥联、残余应力的偏折作用，比非铁电相增韧颗粒多了电畴转动对增韧的形成。在钛酸钡含量较高的样品中发现增韧相与基体应生成大量的杂相，使断裂韧性反而降低，因此这种增韧机理实现的关键是确保铁电第二相与基体的共存。

纳米技术一出现，便在改善传统材料性能方面显示出极大的优势，该方面的研究可能使陶瓷增韧技术获得革命性的突破。纳米陶瓷由于晶粒的细化，晶界数量会极大增加，同时纳米陶瓷的气孔和缺陷尺寸减小到一定尺寸就不会影响到材料的宏观强度，结果可使材料的强度、韧性显著增加。

目前对纳米SiC或Si3N4增韧结构陶瓷的研究是断裂力学和材料研究的一个热点。Al2O3/SiC纳米复合材料研究最早，研究成果也最为成熟。当纳米SiC颗粒含量为5%时材料的断裂韧性值达到最大，深入的研究发现：纳米SiC颗粒含量小于5%时，在Al2O3/SiC陶瓷材料中发现部分Al2O3基体呈压应力，其它部分呈张应力；大于5%时,Al2O3基体全部为张应力。裂纹扩展至压应力区附近即会偏折，从而提高断裂韧性。也有学者发现：材料断裂韧性随着纳米SiC含量的增加而增加；纳米SiC颗粒与Al2O3晶粒的界面结合强度要大于Al2O3晶界结合强度；Al2O3/SiC陶瓷的断裂模式随着SiC含量的增加由沿晶断裂向穿晶断裂转变，是材料断裂韧性增加的主要原因。

有关纳米陶瓷复合材料的增韧强化机理目前还不很清楚，说法不一，归纳起来大致有以下几种：

1、“细化理论”。该理论认为纳米相的引入能抑制基体晶粒的异常长大，使基体结构均匀细化，是纳米陶瓷复合材料强度韧性提高的一个原因。

2、“穿晶理论”。该理论认为由于纳米颗粒与基体颗粒粒径存在着数量级的差异以及纳米相的烧结活性温度通常高于基体，在一定温度下基体颗粒以纳米颗粒为核发生致密化而将纳米颗粒包裹在基体晶粒内部，因此在纳米复合材料中，存在“晶内型”结构，而纳米复合 材料性能的提高与“晶内型”结构的形成及由此产生的次界面效应有关。“晶内型”结构能减弱主晶界的作用，诱发穿晶断裂，使材料断裂时产生穿晶断裂而不是沿晶断裂。

3、“钉扎”理论。该理论认为存在于基体晶界的纳米颗粒产生“钉扎”效应，从而限制了晶界滑移和孔穴、蠕变的发生。氧化物陶瓷高温强度衰减主要是由于晶界的滑移、孔穴的形成和扩散蠕变造成的，因此“钉扎”效应是纳米颗粒改善氧化物高温强度的主要原因[3]-[6]。

结束语

陶瓷材料是材料领域中的一种较新的材料，有着特定的使用领域。近些年来，陶瓷纳米化、纳米陶瓷、纳米器件是陶瓷进一步发展的必然趋势，也正成为国际研究的一个新的热点。正因为纳米陶瓷具有优良力学性能和某些特殊的功能，使纳米陶瓷在多方面都有广泛的应用，并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用，具有广阔的应用前景。但关于其成型和烧结方法，与上文中所述的相关内容有着很大不同，还有待于我们去解决，使其能够真正应用在日常生活中。

参考文献

[1] 张锐.陶瓷工艺学.北京：化学工业出版社，2007.[2] 张金升，王美婷，许凤秀.先进陶瓷导论.北京：化学工业出版社，2007.[3]王瑞凤，孙志平，邹丽艳，等.陶瓷材料增韧机理的研究进展[J].陶瓷学报，2011，32（4）：596-601 [4]李婷.谈工程陶瓷材料的结构功能及其运用[J].现代技术陶瓷，2012,1：19-24 [5]王柏昆.结构陶瓷韧化机理的研究进展[J].中国科技信息，2007,19：264-273 [6]邹东利，路学成.陶瓷材料增韧技术及其韧化机理[J].陶瓷，2007,6：5-11

第四篇：陶瓷工艺学试题1

2010－201

1（一）

陶瓷工艺学

试卷B

试

卷

纸（1－5）

本试卷5种类型由填空题、选择题、名词解释、简答题、论述题组成共100分，考试时间120分钟。

一、填空题，共5题、每题1分（5分）

⑴、景德镇被誉为我国的瓷都，它主要生产四大名瓷最为特点，这四大名瓷是颜色釉、青花、（）薄胎瓷。⑵、根注浆坯料的含水率一般控制在（）。

⑶、坯体在烧成过程中出现一系列的物理化学变化，那么化学变化的时候石英的晶型转变是（）温度

⑷、陶瓷制品有铅和镉的问题那么解决铅镉的问题温度要控制在（）以上。

⑸、瓷胎显微结构的相组成是由（）莫来石、残余石英、气孔组成。

二、单项选择题，共10题、每题2.5分（25分）

⑴、影响粘土可塑性的因素有（）。

A颗粒的分散度、颗粒的形状、粘土的化学组成 B粘土的粘性、颗粒的形状、水的用量C颗粒的分散度、颗粒的形状、水的用量 D粘土的粘性、粘土的矿物组成、粘土的化学组成。

⑵、磷酸盐类坯料的烧成范围是（）。

A 1200℃——1300℃ B 1200℃——1250℃ C 1150℃——1200℃

D 1150℃——1250℃

⑶、陶瓷坯料的主要类型有（）等。

A石英质坯料、长石质坯料、绢云母质坯料B长石质坯料、绢云母质坯料、磷酸盐质坯料、镁质坯料C 粘土质坯料、绢云母质坯料、磷酸盐质坯料D碳酸盐质坯料、磷酸盐质坯料、镁质坯料 ⑷、黏土的风化正常情况下（）月。

A 2——3

B 3——5

C 4——6

D 6——7 ⑸、影响注浆成形的主要因素是（）。

A 泥浆的性能、泥浆的压力、模具的吸水率

B 泥浆的流动性、泥浆的触变性、泥浆的稳定性

C模具的渗透性、泥浆的粘稠性、泥浆的搅拌性D泥浆的渗透性、模具的科学合理、模具的工艺性

⑹、坯体中的水分有很多，按照结合形式可以分为()。.A 蒸发水、、化学结合水、自由水

B 多余水、自由水、吸附水

C 残余水、吸附水、化学结合水 D自由水、吸附水、化学结合水 ⑺、坯体在烧成过程中出现一系列物理变化列如（）。

A 体积收缩

B各氧化物的分解

C铁的还原于分解

D吸碳反应

⑻、陶瓷彩绘装饰有（）。

A艺术釉、釉上彩、釉下彩

B花釉、釉下彩、釉中彩

C釉上彩、釉下彩、釉中彩

D结晶釉、釉上彩、釉中彩 ⑼、陶瓷釉料的分类按制备方法分可分为（）。

A生料釉、颜色釉、矿物釉

B生料釉、熔块釉、盐釉

C长石釉、石灰釉、镁质釉

D透明釉、无光釉、裂纹釉 ⑽、日用精陶可以分为（）。

A石灰质精陶、长石质精陶 B镁质精陶、长石质精陶陶、石灰质精陶

D黏土质精陶、长石质精陶

三、名词解释，共2题，每题5分（10分）

⑴氧化焰：

⑵颜色釉：

四、简答题，共3题、每题10分（30分）

⑴简述陶瓷釉料的分类。

⑵简述黏土的工艺性能有哪些及对他们的要求是什么？

⑶简述陶瓷装饰的意义和目的。

五、论述题，共2题、每题15分（30分）

⑴论述烧成制度

⑵论述各氧化物在坯体中的作用。

C石英质精

第五篇：陶瓷工艺学习题

1.粘土的成因，一次粘土和二次粘土的性能比较； 2.粘土按耐火度分类方法； 3.高岭土的由来和化学组成； 4.膨润土的特点；

5.什么是粘土的可塑性和可塑性指数？

6.粘土泥浆和泥团的触变性、粘土颗粒的离子交换性； 7.粘土的烧结性能；

8.钾长石和钠长石的性能比较；

9.各种石英类原料的共性和区别，指出它们不同的应用领域； 10.粘土在陶瓷生产中的作用

11.长石在陶瓷生产中的作用

12.石英在陶瓷生产中的作用 由化学组成计算矿物组成[例3]后

某原料化学分析如下：求此原料得矿物组成

成分

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

Na2O

K2O

H2O

合计 ％

63.36 23.76

0.52

0.69

0.97

1.63

9.07

100.00 由矿物组成计算配方 [例6 ]后

以粘土、长石、石英三种原料配合成含有粘土矿物35％，长石3.％及石英35％ 的瓷坯。粘土由化学分析计算其矿物组成为：粘土矿物：39.5％，长石：25％，石英：35%，长石与石英均为纯料。试计算该瓷坯的配方组成。由实验公式计算配方[例7]后 已知所用原料的实验式为： 钾长石：K2O·Al2O3·6SiO2 ； 钠长石：Na2O·Al2O3·6SiO2 ；钙长石：CaO·Al2O3·6SiO2

高岭土：Al2O3·2SiO2·2H2O ；滑石：

3MgO·4SiO2·2H2O ；石英：

SiO2

′瓷坯的化学组成如下：

SiO2

Al2O3

TiO2

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

IL

合计 ％ 63.18 25.54 0.15

0.33

0.48 0.46

1.94 1.24 7.09 100.41 试用上述原料进行配方计算

4.更换原料时的配方计算[例9后] 三种炻器坯料的配方组成是：粘土甲 83.0公斤，石英 9.6公斤，长石7.4公斤 现要用粘土乙代替粘土甲。粘土甲和粘土乙的示性分析如下： 粘土甲粘土乙

粘土质

66.3％

90.7％ 石英

33.0％

8.2％ 长石

0.7％

1.1％ 试求新配方组成

利用相图求解：

某厂坯料和所用原料的化学组成如下表：

SiO2

Al2O3

Fe2O3

MgO

CaO

K2O

NaO

I L

合计 坯料 67.52 22.41 0.35

0.28

0.17

3.74 0.60

5.50 100.57 粘土 59.05 29.42 0.51

0.22

0.18

0.32 0.08 10.45 100.22 长石 63.41 19.18 0.17

0.28

0.36 13.79 2.36

0.46 100.41 石英 97.31 1.93

0.26

0.40

0.39

－－－

100.29 试利用K2O-Al2O3-SiO2系统的相图进行配方计算。何为烧成制度，包括哪些内容？

长石质坯体在加热过程中的物理化学变化？ v3、何为还原焰烧成？ v4、瓷坯中的二次莫来石？

1、分别说明可塑成型、注浆成型和干压成型对泥料成形水分的要求。

2、常见的可塑成型方法和注浆成型方法分别适用于哪些产品。

3、滚压成型？滚压成型常见的缺陷？

4、方石英晶相的形成过程。

5、瓷相中莫来石如何转化来的。

6、玻璃相的存在形式及形成过程。

7、粘土在陶瓷坯料中的作用。

8、粘土在陶瓷釉料中的作用。

9、如何提高陶瓷产品的白度。

10、粘土在釉料中的作用？

11、影响泥浆流变性的因素

12、泥浆流动性与哪些因素有关

13、泥浆的浇注性能包括哪些内容？

14、干压粉料的工艺性能要求？

15、调节坯料流动性性能常用的添加剂及其作用机理。

16、可塑性坯料生产过程中，干法生产和湿法生产的优缺点比较。

17、举可塑性坯料制备一工艺流程的实例，并对其进行论证。

18、蒙脱石，叶腊石，伊利石同属TOT结构，但其可塑性具有很大差异，其不同的原因。

19、分析粘土的组成和性能，通常从哪三方面来分析，为什么？ 20、影响可塑性和触变性的原因。

21、结合性与可塑性的关系

22、粘土在加热过程中的物理和化学变化

23、钾长石和钠长石的熔融特性？它们存在差异的原因。

24、长石在陶瓷坯料中的作用。

25、长石在陶瓷釉料中的作用及常见的长石替代原料有哪些？

26、石英的理论晶型转化情况？一级转变的特点？二级转变的特点？一级转变和二级转变相比体积效应的特点。

27、在普通陶瓷生产过程中石英实际转变情况？

28、石英的晶型转变在实际生产中有利与有害之处？如何应用与避免？

29、石英在陶瓷坯料中的作用？ 30、石英在陶瓷釉料中的作用？

31、简述传统陶瓷和现代陶瓷的概念。

32、陶瓷分类常用的依据及分类情况。

33、陶瓷发展史上的四个时期，三大飞跃

34、宋代五大名窑及产地。

35、瓷坯中方石英晶相的形成过程。

36、瓷坯中莫来石的种类及由来。

37、瓷坯中玻璃相的存在形式及形成过程。

38、何为长石质瓷。

39、何为绢云母质瓷。

40、色釉按其呈色机理如何分类，各举一例。

41、影响精陶制品后期龟裂的主要因素。

42、影响瓷器透光度的主要因素。

43、简述泥浆的稀释机理。

44、坯釉之间如何形成良好的中间层？

45、乳浊釉与化妆土的区别？

46、远红外干燥的特点。

47、简述瓷坯在氧化焰烧成过程中各阶段（四个）发生的主要物理、化学变化？

48、简述热空气干燥和微波干燥的机理，比较两种方法的优缺点。

49、简述烧结法制备陶瓷颜料的工艺过程及各环节的要求？ 50、影响干燥速度的因素？

1、如何提高传统陶瓷制品的强度？

2、长石质瓷、滑石质瓷、骨灰瓷都具有半透明性，高白度的特点，试从组成、结构和工艺性能对比其半透明性，高白度的不同的原因。

3、从坯釉料化学组成的特征出发，论述我国南方和北方陶瓷生产工艺的特点以及产品特色。

4、制定瓷器烧成制度的依据。

5、陶瓷的强度与其显微结构的关系？如何控制生产工艺过程保证制品有较高的强度？

6、试比较在传统陶瓷烧成过程中气氛对烧成质量的影响？

7、我国南北方瓷器生产原料和烧成制度的特点以及产品风格的异同。

8、试述陶瓷材料的相组成特点及其对材料性能的影响。

9、试述粘土、长石和石英三大原料在陶瓷生产中的作用。

10、一次烧成工艺是我国陶瓷烧成常用的工艺，试述在烧成过程中坯釉发生的物理化学变化。