2015年陶瓷工艺学复习提纲

Byshendu1绪论：1.名词解释结构陶瓷：具有耐高温、耐热冲击、耐磨擦、耐腐蚀、高硬度、高刚性、高强度、低热膨胀性、隔热等特殊性质，并且在恶劣环境下工作性能也非常稳定，也称为工程陶瓷。功能陶瓷：主要指在电、热、声、光、磁、弹等营力作用下与之发生直接的或耦合的效应而具有某种特殊功能的陶瓷材料。纳米陶瓷：是由颗粒尺寸在100纳米以下的粉末制造烧结成的多晶陶瓷。普通(传统)陶瓷：是指主要以硅酸盐矿物（如黏土、长石、石英等）为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎、混合、成型、高温煅烧等过程而制成的，以多晶聚合体为主的固态物。特种陶瓷：是指采用高度精选的原料和现代先进技术，精确控制化学组成，按照便于进行结构设计及控制制造的方法进行制造加工的，具有优异特性的陶瓷。2.普通陶瓷和特种陶瓷在成分、制备工艺、显微结构、性能及用途上的差异。普通陶瓷特种陶瓷化学组成大多采用石英、长石、粘土等天然硅酸盐化合物。化学组成不含硅酸盐化合物，基本为化工精制合成的的高纯矿物（例如各种氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等）。制备工艺粉体的制备方法及粉体特征以机械粉碎法为主，该法获得的粉体粒度较大（一般达到2微米都很难），粉体纯度低，均匀性差，粒度分布范围宽。常采用物理－化学法（例如液相法和气相法），该法获得的粉体粒度小（很容易达纳米级），纯度高（可达99.9999％），化学均匀性好，粒度分布范围窄。成型方式常采用注浆法、可塑法、干压法和半干压法等。常采用热压注、等静压、流延法、等离子体镀膜法等。烧成方式普通的高温窑炉。常采用热压烧结、等静压烧结、气氛烧结等方式。显微结构大多为多晶多相材料，晶相、玻璃相、气孔和晶界都是其重要组成部分。大多为单相多晶材料，晶相、晶界为其组成部分，玻璃相和气孔近乎于没有。性能性脆，易碎。具有普通陶瓷所不具有的特殊性能，如高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀、超导、铁电、光电、压电、磁性、绝缘、透光、生物相容性等。应用常用于日常生活和生产中。常用于宇航、电子、生物医学、激光等现代高新技术领域。Byshendu23.陶瓷材料的键型主要为离子键或离子－共价混合键，其结合强度高，且具有方向性。强固的结合键使其具有比金属材料和高分子材料优异得多的耐高温性和耐磨性。陶瓷材料特性：高熔点、耐磨损、高强度、耐腐蚀、高硬度、脆性大、塑韧性差、不易加工，还具特殊的光电声热磁等物理性能。4.陶器和瓷器的区别，日用陶器的分类，日用瓷器的分类。(1)区别陶器：结构疏松多孔，致密度差，吸水率一般3％，透水不透光，未玻化或玻化程度低，断面结构粗糙，敲之声音粗哑，沉浊。例如墙面砖，花盆。瓷器：坯体致密度较高，吸水率小于等于3％，透光不透水，玻化程度高，断面贝壳状或石状，细腻，有一定半透明性，敲之声音清脆。(2)日用陶器分类名称粗陶器普通陶器细陶器特征吸水率一般大于15%，不施釉，制作粗糙吸水率一般不大于12％，断面颗粒较粗，气孔较大，表面施釉，制作不够精细吸水率一般不大于15％，断面颗粒细，气孔较小，结构均匀，施釉或不施釉，制作精细日用瓷器分类名称炻瓷类普通瓷器细瓷器特征吸水率一般不大于3％透光性差，通常胎体较厚，呈色，断面呈石状，制作较精细吸水率一般不大于1％有一定透光性，断面呈石状或贝壳状，制作较精细吸水率一般不大于0.5％，透光性好，断面细腻，呈贝壳状，制作精细Byshendu3第1章陶瓷原料1.名词解释：瓷石：是一种由石英，绢云母组成，并含有若干高岭石，长石等的岩石状矿物集合体。P25高岭土:以高岭石和多水高岭石为主要矿物的粘土膨润土：以蒙脱石为主要组成矿物的黏土耐火度：表征材料无荷重时抵抗高温作用而不融化的性能的指标。P162.按照工艺特性的不同，普通陶瓷的原料一般分为哪几类？每一类所起什么的作用？列举常用的原料。答：一般按原料的工艺特性分为：可塑性原料、瘠性原料、熔剂性原料和功能性原料四大类。a.可塑性原料在生产中主要起塑化和结合作用，它赋予坯料可塑性和注浆成形性能，保证干坯强度及烧后的各种使用性能如机械强度、热稳定性、化学稳定性等，它们是成形能够进行的基础，也是黏土质陶瓷的成瓷基础。如高岭土、多水高岭土、膨润土、瓷土等。b.瘠性原料在生产中起减黏作用，可降低坯料的黏性，烧成后部分石英溶解在长石玻璃中，提高液相黏度，防止高温变形，冷却后在瓷坯中起骨架作用。如石英、蛋白石、叶蜡石、黏土煅烧后的熟料、废瓷粉等。c．熔剂性原料在生产中起助熔作用，高温熔融后可以溶解一部分石英及高岭土分解产物，熔融后的高黏度玻璃可以起到高温胶结作用。常温时也起减黏作用。如长石、石灰石、白云石、滑石、锂云母、伟晶花岗岩等。d.功能性原料在生产上不起主要作用，也不是成瓷的必要成分，一般是少量加入即能显著提高制品某些方面的性能，有时是为了改善坯釉料工艺性能而不影响到制品的性能，从而有利于生产工艺的实现。如氧化锌、锆英石、色料、电解质等。3.粘土化学组成中的常规的9项测试项目是哪些？粘土化学组成对陶瓷的工艺性能有何影响？粘土中Fe2O3和TiO2含量对烧成品颜色有何影响？粘土的矿物组成（高岭土、蒙脱石、伊利石等），粘土的工艺性能指标（8项），粘土Byshendu4在陶瓷生产中的作用，常见粘土矿物高岭石和蒙脱石的分子式。答：(1)9项测试项目为：SiO2、Al2O3、H2O、K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2(2)a.SiO2：若以游离石英状态存在的SiO2多时，黏土可塑性降低，但是干燥后烧成收缩小。b.Al2O3：含量多，耐火度增高，难烧结。c.Fe2O3＜1％，TiO2＜0.5％：瓷制品呈白色，含量过高，颜色变深，还影响电绝缘性。d.CaO、MgO、K2O、Na2O：降低烧结温度，缩小烧结范围。e.H2O、有机质：可提高可塑性，但收缩大。（3）粘土的工艺性能指标：可塑性、结合性、离子交换性、触变性、膨胀性、收缩、烧结性能、耐火度（4）粘土在陶瓷生产中的作用:a.黏土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。b.黏土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。c.黏土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。d.黏土是陶瓷坯体烧结时的主体。e.黏土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。(5)高岭石的理论化学通式是Al2O3·2SiO2·2H2O蒙脱石晶体理论化学通式为Al2O3·4SiO2·nH2O4.以高岭石和多水高岭石为主要矿物的粘土称为高岭土。高岭石的理论化学通式是Al2O3·2SiO2·2H2O，晶体结构式为Al4(Si4O10)(OH)8，化学组成为Al2O339.5%，SiO246.54%，H2O13.96%。5.以蒙脱石为主要组成矿物的黏土称为膨润土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉红色或淡黄色，被杂质污染时呈现其它颜色。由于膨润土的可塑性大，因此常被用作陶瓷生产中的增塑剂。但因为其中的Al2O3含量较低，又吸附了其他阳离子，杂质较多，故烧结温度较低，烧后色泽较差。在陶瓷坯料中膨润土使用量不宜过多，一般在5%左右。Byshendu56.石英的分子式、晶型转化特点、在陶瓷生产中的作用。P20(1)石英（SiO2），的晶型转化类型有两种：a.高温型的缓慢转化（横向）b.低温型的快速转化（纵向(2)a.石英是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用。b.在陶瓷烧成时,石英的加热膨胀可部分抵消陶瓷坯体的体积收缩。在高温下石英能部分溶解于液相中，增加熔体的黏度。而未溶解的石英颗粒，则构成坯体的骨架。c.在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的影响。合适的石英颗粒粒度能大大提高瓷器坯体的强度。d.在釉料中，石英是生成玻璃质的主要组分。增加釉料中石英含量能提高釉的熔融温度与黏度，并减少釉的热膨胀系数。5.长石的种类，钾长石和钠长石的分子式、钾长石和钠长石的熔融特性对比，长石在陶瓷生产中的应用。答：长石的种类：钾长石、钠长石、钙长石、钡长石。钾长石：K2O·Al2O3·6SiO2钠长石：Na2O·Al2O3·6SiO2熔融特性对比：a.钾长石的熔融温度不是太高，且其熔融温度范围宽。熔融后分解为白榴子石和SiO2的固溶体，黏度大，熔融物呈稍带透明的乳白色，体积膨胀8%左右，有利于烧成控制和防止变形。b.钠长石的开始熔融温度比钾长石低，其熔化时没有新的晶相产生，液相的组成和熔长石的组成相似，即液相很稳定，但形成的液相粘度较低。长石在陶瓷生产的应用：（1）长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃熔体，是坯料中碱金属氧化物（K2O，Na2O）的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度。（2）熔融后的长石熔体能熔解部分高岭土分解产物和石英颗粒。液相中Byshendu6Al2O3和SiO2相互作用，促进莫来石晶体的形成和长大，赋予了坯体的力学强度和化学稳定性。（3）长石熔体能填充于各结晶颗粒之间，有助于坯体致密和减少空隙。（4）在釉料中长石是主要熔剂。（5）长石作为瘠性原料，在生坯中还可以缩短坯体干燥时间、减少坯体的干燥收缩利变形等。6.氧化锆有哪些晶型？各种晶型之间的转变有何特征？答：ZrO2有三种晶型，常温下为单斜晶系，密度为5.68g/cm3；在约1170℃以上转化为四方晶系，密度为6.10g/cm3；更高温度下转变为立方晶系，密度为6.27g/cm3，其转化关系为：P387.碳化硅晶型及物理性质对比。P39最常见的SiC晶型有a-SiC,6H-SiC,15R-SiC,4H-SiC和β-SiC。在各种SiC晶型中，最主要的是α-SiC(高温稳定型)和β-SiC(低温稳定型)，各类SiC变体的密度无明显差别。SiC各变体与生成温度之间存在一定的关系，低于2100℃，β-SiC是稳定的，因此在2000℃以下合成的SiC，主要是β-SiC。当温度超过2100℃时，β-SiC开始向α-SiC转化。Byshendu7第2章粉体的制备1.名词解释：一次颗粒：指没有堆积、絮联等结构的最小单元的颗粒。二次颗粒：指存在有在一定程度上团聚了的颗粒。2.机械粉碎法和化学合成法所制备的粉体在粒度、粒形和粒度分布范围等方面的差异。机械粉碎法是由粗颗粒来获得细粉的方法，在粉碎过程中难免混入杂质且不易制得粒径在1µm以下的微细颗粒。化学合成法的特点是纯度、粒度可控，均匀性好，颗粒微细，并且可以实现颗粒在分子级水平上的复合、均化。3.粒度、粒形、化学组分和物相测试分析常用的方法。a.粒度分析：筛分、沉降法、感应区法、吸附法、X射线衍射线线宽法、光学显微镜法、扫描电子显微镜法（SEM）、透射电子显微镜法（TEM）b.粒形分析：利用数据合成标准的函数分布、利用绘图来表示相关结果c.化学组分分析：分析化学方法、X射线荧光技术(XRF)、质谱(MS)、中子激活分析、电子微探针(EPMA)、离子微探针(IPMA)d.物相测试分析：X射线衍射法、电子衍射法4.粒度分布最常用的表达形式：粒度分布曲线、平均粒径、标准偏差、分布宽度等。颗粒粒径包括众数直径(dm)、中位径(d50或d1/2)和平均粒径(đ)等的含义。P53众数直径：指颗粒出现最多的粒度值，即频率曲线的最高峰值；d50、d90、d10：分别指在累积分布曲线上占颗粒总量为50％、90％及10％所对应的粒子直径；△d50：指众数直径即最高峰的半高宽。平均粒径：Byshendu85.列举常见的粗碎、中碎、细碎、超细粉碎设备。粗碎：颚式破碎机、锤式破碎机、圆锥破碎机等中碎：颚式破碎机、轮碾机、圆锥破碎机等细碎：球磨机、振动磨、搅拌磨、雷蒙磨（环辊磨机）、气流磨（气流粉碎机）超细粉碎：6.影响球磨机粉碎效率的主要因素。球磨机的转速，研磨体的密度、大小及形状，球磨方式，料、球、水的比例，装料方式，球磨机直径，球磨机内衬的材质，加料粒度，助磨剂6.助磨剂的作用，列举常用的助磨剂。（1）助磨剂的作用：a.降低颗粒表面能，避免团聚（二次粒子）b.进入矿物晶层、粒子的微裂缝中，产生劈裂作用，从而提高研磨效率。（2）：常用助磨剂：液体助磨剂、如醇类（甲醇、丙三醇）、胺类（三乙醇胺、二异丙醇胺）、油酸及有机酸的无机盐类（可溶性质素磺酸钙、环烷酸钙）气体助磨剂如