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简答简答 1. 简述粘土的化学组成和矿物组成？评价粘土工艺性能的指标有哪些？ 2长石在陶瓷工业生产中有何作用？钾长石和钠长石的熔融特性有何不同？ 3常压下二氧化硅有哪些结晶态？石英在陶瓷生产中的作用是什么？ 4氧化铝有哪些结晶型态？简述氧化铝原料的制备工艺。 5氧化锆有哪些结晶型态？各种晶型之间的相互转变有何特征？ 6碳化硅原料的结晶形态及物理性能。 名词解释名词解释 1.可塑性 固体在外力作用下发生形变并保持形变的性质。多指胶泥、塑料、大部分金 属等在常温下或加热后能改变形状的特性。 2触变性 粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静置 后又能恢复原来状态；或者，相同的泥料放置一段时间后，在维持原有水分的情况下，出现 变稠和固化现象。以上性质通称为触变性。 3 耐火度 耐火度是耐火材料的重要技术指标之一， 它表征材料无荷重时抵抗高温作用 而不熔化的性能。 简答简答 1. 简述粘土的化学组成和矿物组成。 答：粘土的化学组成主要为 SiO2、A12O3和结晶水（H2O）。随着生成的地质条件不同，粘 土还含有少量的碱金属氧化物 K2O、Na2O，碱土金属氧化物 CaO、MgO，以及着色氧化物 Fe2O3、TiO2等。 粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类（包括蒙脱石、叶 蜡石等）和伊利石类（也称水云母），等等。 粘土中有益的杂质矿物为石英、长石等，有 害的杂质矿物为碳酸盐、硫酸盐、金红石和铁质矿物。乃粘土矿物常集中于 3um 以下的颗 粒中。 2评价粘土工艺性能的指标有哪些？ 答：可塑性、结合性、离子交换性、触变性、膨胀性、收缩性、烧结性能、耐火度。 3常压下二氧化硅有哪些结晶态？ 答：二氧化硅在常压下有七种结晶态和一个玻璃态。它们是-石英、-石英；-鳞石英、- 鳞石英、-鳞石英；-方石英、-方石英。 4石英在陶瓷生产中的作用是什么？ 答：瘠性原料，提供了生坯水分快速排出的通道，增加了生坯的渗水性，有利于施釉工艺， 且能减少干燥时间和坯体的干燥收缩。 烧成中石英的体积膨胀可补偿坯体的收缩。冷却过 程中，如在熔体固化温度以下降温过快，坯体中未反应石英（残余石英）及方石英会因晶型 转化的体积效应给坯体产生相当大的内应力而产生微裂纹， 甚至开裂， 影响产品的抗热震性 和机械强度。高温下石英会部分地溶解于液相中，提高液相粘度。 未熔融的石英颗粒构成 了坯体骨架，起增强作用，减少坯体变形的可能性。 5长石在陶瓷工业生产中有何作用？钾长石和钠长石的熔融特性有何不同？ 答：长石是一种熔剂性原料，高温下熔融，提供 K2O、Na2O，有利于成瓷和降低烧成温度； 熔融后的长石熔体能够熔解部分高岭石分解产物和石英颗粒，促进莫来石晶体形成和长大， 赋予坯体力学和化学稳定性；有助于提高坯体的致密度和减少空隙；是瘠性原料，可缩短坯 体干燥时间，减少干燥收缩和变形。 钾长石和钠长石的熔融特性差别： 钾长石：异成分熔融，熔融温度较高，熔融温度范围宽，高温下熔体粘度大。 钠长石：同成分熔融，熔融温度较低，熔融温度范围窄，高温下熔体的粘度低。 6氧化铝有哪些结晶型态？简述氧化铝原料的制备工艺。 答： 氧化铝常见的晶型有三种： -Al2O3， 属三方晶系， 单位晶胞是一个尖的菱面体； -Al2O3， 是一种 Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物的总称；-Al2O3，是氧化铝的一种低温型态，等轴晶 系（a0.791 nm），尖晶石型结构，晶体结构中氧原子呈立方密堆积，铝原子填充在间隙 中。 工业上制取 Al2O3的原料为铝土矿，主要步骤为：烧结、溶出、脱硅、分解和煅烧。铝土 矿中的 Al2O3成分以一水硬铝石（Al2O3H2O）、一水软铝石（Al2O3H2O）和三水铝石 （Al2O33H2O）等氧化铝水化物的形式存在，它们可以溶解于氢氧化钠(NaOH)中。这时， 铝土矿中的杂质、 氧化铁和氧化钛等都不溶于NaOH。 虽然SiO2能溶解， 但与氧化钠 （Na2O） 、 氧化铝结合生成纳长石（3 Na2O3Al2O35SiO2），后者也不溶解于 NaOH 中。将得到的偏铝 酸钠(NaAlO2)溶液冷却至过饱和态加水分解，就会析出氢氧化铝（A1(OH)3）的沉淀。再将 它煅烧，即得到工业氧化铝。 工业氧化铝以-Al2O3为主， 其次是-Al2O3和少量的-Al2O3， 所含杂质主要是 SiO2、 Fe2O3、 Na2O。 将工业氧化铝或富含铝的原料在电弧炉中熔融，缓慢冷却使晶体析出得到各种电熔刚玉， 它的-Al2O3含量可达 99以上。 7氧化锆有哪些结晶型态？各种晶型之间的相互转变有何特征？ 答：ZrO2有三种晶型，常温下为单斜晶系；在约 1170以上转化为四方晶系；更高温度下 转变为立方晶系。 各种晶形的转化关系为： 这种转变是可逆的， 且单斜相与四方相之间的转变伴随有 7左右的体积变化。 加热时由 单斜 ZrO2转变为四方 ZrO2，体积收缩，冷却时由四方 ZrO2转变为单斜 ZrO2，体积膨胀。 但这种收缩与膨胀并不发生在同一温度，前者约在 1200，后者约在 1000，伴随着晶型 转变，有热效应产生。 8碳化硅原料的结晶形态及物理性能。 答：最常见的 SiC 晶型有-SiC、6H-SiC、15R-SiC、4H-SiC 和-SiC 型。 SiC 的硬度很高，莫氏硬度为 9.29.5，显微硬度为 33.4GPa，仅次于金刚石、立方氮化 硼、B4C 等少数几种材料。 SiC 具有高的导热性和负的温度系数，500时热导率 l67 W/(mK)，875时 l 42 W/(mK)。SiC 的热膨胀系数介于 Al2O3和 Si3N4之间，约为 4.710-6/K，随着温度的升高， 其热膨胀系数增大。高的热导率和较小的热膨胀系数使得它具有较好的抗热冲击性能。 简答简答 1. 何谓粉体的粒度和粒度分布？ 2. 粒度测定分析的方法有哪些？ 3. 粉体颗粒的化学表征方法有哪些？ 4. 机械制粉的主要方法有哪些？ 5. 影响球磨机粉碎效率的主要因素有哪些？ 6. 化学法合成粉体的主要方法有哪些？ 答案答案 1. 何谓粉体的粒度和粒度分布？ 答：粒度是颗粒在空间范围所占大小的线性尺寸，这是所有颗粒的平均大小。 粒度分布是指各种不同大小颗粒所占的百分比。分为频率分布和累积分布。频率分布表 示与各个粒径相对应的粒子占全部颗粒的百分含量； 累积分布表示小于或大于某一粒径的粒 子占全部颗粒的百分含量。 2. 粒度测定分析的方法有哪些？ 答：显微镜法，筛分法，沉降法，感应区法，X 射线法，表面积法，全息照相，超声波衰减， 动量传递，热金属丝蒸发与冷却、激光法、显微图像法、电阻法，等。 3. 粉体颗粒的化学表征方法有哪些？ 答：一、粉体化学成分确定 （1）分析化学方法 （2）X 射线荧光技术(X-ray fluorescence technique)(XRF) （3）质谱(mass spectroscopy)(MS) （4）中子激活分析(neutron activation analysis) （5）电子微探针(electron probe microanalyzer)(EPMA) （6）离子微探针(ion probe microanalyer)(IPMA) 二、表面化学成分(surface chemical composition) （1） X 射线质子发射谱(X-ray photoemission spectroscopy)(XPS)或化学分析电子谱(electron spectroscopy for chemical analysis)(ESCA) （2）俄歇电子谱(Auger electron spectroscopy)(AES) （3）二次离子质谱(secondary-ion mass spectrometry )(SIMS) （4）扫描俄歇电子显微镜(scanning Auger microscopy)(SAM) 4. 机械制粉的主要方法有哪些？ 答：机械冲击式粉碎（破碎）；球磨粉碎；行星式研磨；振动粉碎；行星式振动粉碎；雷蒙 磨；气流粉碎；搅拌磨粉碎；胶体磨粉碎；高能球磨粉碎；助磨剂。 5. 影响球磨机粉碎效率的主要因素有哪些？ 答：a、球磨机的转速。b、研磨体的比重、大小及形状。c、球磨方式。球磨方式有湿法和 干法两种。d、料、球、水的比例。e、装料方式。f、球磨机直径。g、球磨机内衬的材质。 6. 化学法合成粉体的主要方法有哪些？ 答：化学法合成粉体的方法分为固相法、液相法和气相法。 其中固相法包括热分解反应法、化合反应法、氧化物还原法等； 液相法包括沉淀法、醇盐水解法、溶胶凝胶法、溶剂蒸发法、微乳液法、水热法； 气相法包括蒸发-凝聚法（PVD）和气相化学反应法（CVD）。 1请依据坯料配方： SiO262.10%, CaO0.25%, Al2O33.52%，MgO29.04%，TiO20.08%, R2O0.12%, Fe2O30.08%, ZnO 3.35% 选用合适的原料，并计算各种原料的质量百分数。 2 采用钾长石、生粘土、煅烧粘土、碳酸钙和石英作为原料，按下式配制釉料，请计算 所需各种原料的物质的量和质量百分数： 3简述制定制釉料配方的主要原则。 4试计算釉式的配料量。 答案答案 1请依据坯料配方： SiO262.10%, CaO0.25%, Al2O33.52%，MgO29.04%，TiO20.08%, R2O0.12%, Fe2O30.08%, ZnO 3.35% 选用合适的原料，并计算各种原料的质量百分数。 答案略。 2 采用钾长石、生粘土、煅烧粘土、碳酸钙和石英作为原料，按下式配制釉料，请计算 所需各种原料的物质的量和质量百分数： 答案略。 3简述制定制釉料配方的主要原则。 答：（1）根据坯体的烧结性质调节釉料的熔融性质； （2）釉料的膨胀系数与坯体膨胀系数相适应； （3）釉料与坯体的化学组成相适应； （4）釉的弹性模量与坯的弹性模量相匹配； （5）合理选用原料。 4试计算釉式的配料量。 答案略。 简答简答 1列举陶瓷坯体的基本成型方法。 2试分析浇注成型过程中影响泥浆流动性和稳定性因素有哪些？ 3简述半干压制成型过程中坯体易于出现层裂的原因。 4可塑成型法具体包括哪些？ 5试分析坯体干燥缺陷的常见原因及避免产生废品的措施。 答案答案 1列举陶瓷坯体的基本成型方法。 答：常用方法有：注浆成型、干压成型、可塑成型；其他成型方法有：纸带成型、滚压成型、 印刷成型、喷涂成型、爆炸成型等。 2试分析浇注成型过程中影响泥浆流动性和稳定性因素有哪些？ 答：影响泥浆流动性和稳定性因素有：（1）固相的含量、颗粒大小和形状的影响；（2）泥 浆温度的影响；（3）粘土及泥浆处理方法的影响；（4）泥浆的 pH 值的影响。 3简述半干压制成型过程中坯体易于出现层裂的原因。 答：压制过程中坯体产生层裂，这是一个非常复杂的过程，其影响因素较多且复杂，如坯料 本身的影响（颗粒组成、水分、可塑性等等）、操作条件（压机结构、加压操作情况等等） 的影响。 （1）气体的影响。坯料中大部分气体在压制过程中被排除，一部分被压缩，残留在坯体 内的空气是造成坯体层裂的重要原因，在其它条件相同的状况下，坯料内的空气量越多，压 制时造成层裂的可能性越大。 （2）坯体水分的影响。在半干压制坯料中水分太大会引起层裂。 （3）加压次数对层裂的影响。加荷卸荷次数增多，则残余变形逐渐减小，所以在条件相 同的情况下，间断地卸荷比一次压制密度高。 （4）压制时间及压力的影响。在条件相同的情况下，慢慢地增加压力，即延长加压时间， 也能得到类似压缩程度很大的结果。 物料在持续负载的作用下塑性变形很大。 塑性变形的绝 对值取决于变形程度， 在任一级最终荷重下， 缓慢加荷比快速加荷使坯体具有更大的塑性变 形。 4可塑成型法具体包括哪些？ 答：可塑成型法具体包括挤压成型、热压铸成型、胶态成型、造粒成型、流延成型、轧膜成 型、注射成型等几种。 5试分析坯体干燥缺陷的常见原因及避免产生废品的措施。 答： 坯体干燥过程中产生缺陷的原因很多， 大致可分为坯体本身的原因和干燥处理中的原因。 坯体因素：坯体泥料中粘性物质太多或太少并分布步均匀；原料颗粒过于细小或大小相 差过大、混合不均匀等；坯体含水量过大或水分分布不均匀；坯体形状较大而且复杂，强度 不高。 干燥制度因素：干燥速度过快，使表面收缩过大；坯体各部位在干燥时受热不均匀，或 气流流动不稳定；坯体的放置方法不适当；另外受干燥时湿度、流速和干燥时间的影响。 解决措施：适当降低坯体含水量，增强坯体强度，在干燥初期水分宜较慢地排出，先以 高湿度的干燥剂使坯体升温， 待坯体温度升高后， 再以湿度较低的干燥剂进行较快速的干燥。 名词解释名词解释 1 烧结 2固相烧结和液相烧结 3. 烧成温度 4热压烧结 5等静压烧结 6SPS 烧结 7微波烧结 填空填空 1烧结的驱动力是总界面能的减少_。 2陶瓷材料的烧成制度包括、。 3常压烧结过程中的传质机理主要包括、 和。 4热压烧结方式除了与常压烧结相同的传质机理外，还具有的两个显著的烧结机理 是和。 简答简答 1简述烧结参数对样品烧结性能的影响。 2简述固相烧结和液相烧结的机理。 3烧结过程中出现晶粒长大现象可能与哪些因素有关？其对烧结是否有利？为什么？ 4 假设在高气相分压的环境中烧结氮化硅， 那么可以通过哪些途径提高氮化硅的烧结性能， 为什么？ 5二硼化锆是一种高熔点（约 3000）的材料，在超高温环境下具有广泛的应用前景，但 其不易烧结，结合本章所学内容，在不影响其高温性能的前体下，设计一种可行的烧结制备 二硼化锆块体的工艺。 6向碳化硅中添加一定量的 B 和 C 粉，或者添加阿 Al2O3和 Y2O3都能促进碳化硅的烧结， 分别解释添加剂的作用机理。 7简述烧成制度及其制定依据。 答案答案 名词解释名词解释 1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、机械性能提高的致密化过程。 2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过程称为固相 烧结；同样，粉末坯体在烧结过程中有液相存在的烧结过程称为液相烧结。 3. 烧成温度：是指陶瓷坯体烧成时获得最优性质时的相应温度，即操作时的止火温度。 4热压烧结：是在烧结过程中同时对坯料施加压力，加速了致密化的过程。 5等静压烧结：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。 6SPS 烧结：是近年来发展起来的一种新型材料制备工艺方法。又被称为脉冲电流烧结。 该技术的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。 7微波烧结：是利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料在 电磁场中的介质损耗使材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法。 填空填空 1烧结的驱动力是 总界面能的减少。 2陶瓷材料的烧成制度包括 温度制度、压力制度、 气氛制度。 3常压烧结过程中的传质机理主要包括晶格扩散、晶界扩散、粘性流动、表面扩散_和 气 相传输 。 4热压烧结方式除了与常压烧结相同的传质机理外，还具有的两个显著的烧结机理 是 塑性变形机理 和 蠕变机理。 简答简答 1简述烧结参数对样品烧结性能的影响。 答：（1）颗粒尺对烧结的影响，原始粉料中的颗粒尺寸越小，致密化速率越快。 （2）粉体结块和团聚对烧结的影响，团聚和结块之间的间隙大于组成颗粒之间的间隙， 大的间隙显然需要更长的烧结时间。 （3）颗粒形状对烧结的影响，在一对程度上，颗粒的形状对烧结性能有一定的影响，例 如对 b - Al2O3粉体烧结试验表明，具有等轴形状的粉体颗粒有利于烧结样品致密度的提高。 （4）颗粒尺寸分布对烧结的影响，颗粒尺寸分布对最终烧结样品密度的影响可以通过分 析有关的动力学过程来研究，即分析由不同尺寸分布的坯体内部，在烧结过程中“拉出气孔” （pore drag）和晶粒生长驱动力之间力的平衡作用。烧结样品中的晶粒尺寸分布状况类似于 起始颗粒尺寸分布。研究表明，较小的颗粒尺寸分布范围是获取高烧结密度的必要条件。 2简述固相烧结和液相烧结的机理。 答：固相烧结的机理主要是：1. 晶界处的晶格扩散；2. 晶界处的晶界扩散；3. 粘性流动； 4. 颗粒表面的表面扩散；5. 颗粒表面的晶格扩散；6. 蒸发凝聚。 液相烧结的机理主要是：1.颗粒重排；2.溶解-沉淀；3.气体排出。 3烧结过程中出现晶粒长大现象可能与哪些因素有关？其对烧结是否有利？为什么？ 答： 晶粒的异常长大是指在长大速度较慢的细晶基体内有少部分区域快速长大形成粗大晶粒 的现象。在单相和复相材料中如果混料不均匀就很容易造成晶粒异常长大，通常情况下，在 烧结过程中发生异常长大与以下主要因素有关： 材料中含有杂质或者第二相夹杂物 材料中存在高的各向异性的界面能，例如固/液界面能或者是薄膜的表面能等 材料内存在高的化学不平衡性。 烧结过程中的晶粒异常长大同样会降低烧结驱动力，对烧结样品的结构均匀性和性能均 匀性都不利， 通常提高原始材料的纯度及混料均匀性等方法均能避免晶粒异常长大现象的发 生。 4 假设在高气相分压的环境中烧结氮化硅， 那么可以通过哪些途径提高氮化硅的烧结性能， 为什么？ 答：因为氮化硅是一种难烧结的陶瓷，其烧结温度比较高，但是过高的烧结温度又容易造成 氮化硅的分解，如果是在高气相分压得环境下，则会降低氮化硅分解的风险，因此，适当的 提高烧结温度，延长保温时间则可以提高氮化硅的烧结性能，此外，通过添加一定量的烧结 助剂，例如氧化铱和氧化铝也能提高氮化硅的烧结性能。 5二硼化锆是一种高熔点（约 3000）的材料，在超高温环境下具有广泛的应用前景，但 其不易烧结，结合本章所学内容，在不影响其高温性能的前体下，设计一种可行的烧结制备 二硼化锆块体的工艺。 答：采用新型烧结工艺如热压烧结和 SPS 烧结，提高烧结压力，则可以在较低的烧结温度 下实现对二硼化锆的烧结。 6向碳化硅中添加一定量的 B 和 C 粉，或者添加 Al2O3和 Y2O3都能促进碳化硅的烧结， 分别解释添加剂的作用机理。 答： 添加 B 和 C 粉只要是促进碳化硅在烧结过程中的扩散， 促进其烧结， 添加 Al2O3和 Y2O3 主要是在烧结过程中形成液相促进烧结。 7简述烧成制度及其制定依据。 答：烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力制度，影响产品性能的关键是温度及其与时间 的关系，以及烧成时的气氛。其中温度制度，气氛制度需要根据不同产品要求而定，而压力 制度是保证窑炉按照要求的温度制度与气氛制度进行烧成。 制定烧成制度的依据： （1）以坯釉的化学组成及其在烧成过程中的物理化学变化为依据。如氧化铁和氧化钛的 含量决定了采用不同的烧成气氛；又如坯釉中氧化分解反应、收缩变化、密度变化以及热重 变化等决定采用不同的烧成制度。 （2）以坯件的种类、大小、形状和薄厚为依据。 （3）以窑炉的结构、类型、燃料种类以及装窑方式和装窑疏密为依据。 （4）以相似产品的成功烧成经验为依据。 简答简答 1. 陶瓷材料和金属材料的磨削机理有什么不同？ 2. 陶瓷材料的新型加工方法有哪些？ 3. 陶瓷施釉的作用？ 4. 试论述烧银的过程。 5. 陶瓷金属封接的结构形式有哪些？ 6. 粉体包裹改性的作用是什么？有哪些主要方法? 答案答案 1. 陶瓷材料和金属材料的磨削机理有什么不同？ 答：陶瓷材料具有很高的硬度、耐磨性，对于一般工程陶瓷的切削，只有超硬刀具材料才 能够胜任； 陶瓷材料是典型的硬脆材料，其切削去除机理是：刀具刃口附近的被切削材料易产生 脆性破坏， 而不是像金属材料那样产生剪切滑移变形， 加工表面不会由于塑性变形而导致加 工变质， 但切削产生的脆性裂纹会部分残留在工件表面， 从而影响陶瓷零件的强度和工作可 靠性； 陶瓷材料的切削特性由于材料种类、制备工艺不同而有很大差别，从机械加工的角度 来看，断裂韧性较低的陶瓷材料容易切削加工。 2. 陶瓷材料的新型加工方法有哪些？ 答：陶瓷材料的新型加工方法有电火花加工、电子束加工、激光加工、超声波加工、等离子 体加工等。 3. 陶瓷施釉的作用？ 答：施釉的目的在于改善坯体的表面物理性能和化学性能，同时增加产品的美感，提高产品 的使用性能。 釉的作用可归纳如下： （1）釉能够提高瓷体的表面光洁度，因为釉是一种玻璃体，在高温下呈液相特性，在表 面张力的作用下，具有非常平整的表面，其光洁度可达到 0.01m 或更高，可满足电子薄膜 电路对表面光洁度的要求。 （2）釉可提高瓷件的力学性能和热学性能，玻璃状釉层附着在瓷件的表面，可以弥补表 面的空隙和微裂纹，提高材料的抗弯及抗热冲击性，施以深色的釉，如黑釉等，可以提高瓷 件的散热能力。 （3）提高瓷件的电性能，如压电、介电和绝缘性能。 （4）改善瓷体的化学性能，平整光滑的釉面不易沾附脏污、尘埃，施釉可以阻碍液体对 瓷体的透过，提高其化学稳定性。 （5）釉使瓷件具有一定的粘合能力，在高温的作用下，通过釉层的作用使瓷件与瓷件之 间，瓷件与金属之间形成牢固的结合。 （6）釉可以增加瓷器的美感，艺术釉还能够增加陶瓷制品的艺术附加值，提高其艺术欣 赏价值。 4. 试论述烧银的过程。 答：烧银的目的是在高温作用下使瓷件表面上形成连续、致密、附着牢固、导电性良好的银 层。烧银前要在 60的烘箱内将银浆层烘干，使部分溶剂挥发，以免烧银时银层起鳞皮。 烧银设备可用箱式电炉或小型电热隧道窑。银的烧渗过程可分为四个阶段： 第一阶段由室温350，主要是烧除银浆中的粘结剂。溶剂首先挥发，200左右，树脂 开始熔化，使银膏均匀地覆盖在瓷件表面。温度继续升高，所有的粘结剂碳化分解，全部烧 除干