结构陶瓷复习题.doc

0. 氧化锆有哪几种晶型？其晶体结构有何特点？p/94答: 单斜(m) 四方(t) 立方(c)特点：根据老师上课复习时说的“特征”，应从以下几个方面考虑：配位数 、键长、 位置、 存在温度、 转化温度滞后。配位数键长位置 存在温度转化温度滞后M70.205-0.228nm不等低T8扁平四面体：0.2065nm细长四面体：0.2455nm中三者互相转化均存在温度滞后（这里貌似是只有mt之间转换存在滞后） C8八个键长均等长高2.马氏体相变的基本特征。p/97（1） 相变是一级的，形核长大和无扩散型相变，相变时没有原子的无规则行走，或顺序跳跃穿越界面，新相承接了母相的化学成分、原子序态和缺陷；（2） 相变时原子有规则的保持其相变前原子间的相对关系进行切变式的位移，这种切变使母相点阵结构切变，产生点阵畴变，而且产生宏观的形状切变，出现表面浮突；（3） 新相和母相将具有严格的位相关系；（4） 两相界面（惯习面）往往不是简单指数面并在相变过程中保持不应变、不转动，进行不变平面应变；（5） 在马氏体内往往具有亚结构；（6） 马氏体相变具有可逆性。正逆相变温度不一致，具有相变温区。3.何谓氧化锆的应力诱导相变增韧和微裂纹增韧，如何提高应力诱导相变机制的作用？p/105答：a.应力诱导相变增韧：定义：当裂纹扩展与介稳的四方氧化锆相遇时，裂纹尖端的张应力诱发四方氧化锆向单斜氧化锆的马氏体相变，吸收能量，缓解尖端应力集中，对裂纹产生屏蔽作用，阻止裂纹的进一步扩展，从而提高了材料的断裂韧性。（陶鑫补充）前提：在使用温度下材料内部存在可相变的t-ZrO2机理：当裂纹扩展与介稳t-ZrO2相遇时，裂纹尖端的张应力诱发四方到单斜的马氏体相变，吸收能量，缓解裂纹尖端的应力集中，对裂纹产生屏蔽作用，阻止裂纹的进一步扩展从而提高材料的断裂韧性和弯曲响度。b.微裂纹增韧：当材料冷却至室温时，t-ZrO2晶粒在机体中自发发生马氏体相变，并产生许许多多裂纹和裂纹核，当他们处于主裂纹前的作用区时，由于它们的延伸释放主裂纹的部分主应变能，增加主裂纹扩展所需能量，从而有效地抑制裂纹扩展，提高材料的断裂韧性，材料的弹性应变能主要将转换为微裂纹的新生表面能。c.提高应力诱导相变机制的作用应该考虑：(1)获得尽可能高的介稳四方相体积分数;(2)复合体的弹性模量要高（因而可选择高弹性模量基体）；(3)应力诱导相变所作的功要大；(4)相变区要大或相变临界应力要小（此处存争议）。4.氧化锆马氏体相变受哪些主要因素的影响？答：温度，压力，尺寸效应，稳定剂的种类和数量。（徐姗姗补充）5.何谓Y-TZP陶瓷的低温性能时效？其根本原因是什么？采用那些措施可有效抑制？p/124答：Y-TZP材料在150-400温度范围内长时间热处理，材料的力学性能严重下降，这一现象被称为低温退化现象（低温性能时效）。根本原因：在使用过程中材料表面的四方氧化锆相变为单斜氧化锆，形成大量微裂纹，微裂纹贯通形成宏观裂纹，致使材料力学性能下降。由于强度衰退与Y2O3含量和t-晶粒尺寸有关，增加Y2O3含量或减小ZrO2粒径都可削弱强度衰退程度措施：（1）以CeO2和Y2O3共同作稳定剂，强化稳定效果； （2）将试样在Y2O3粉料中埋烧，是TZP材料表面有一层Y2O3-TZP保护层； （3）惨入高弹性模量和高强度的Al2O3颗粒，抑制ZrO2相变。6.对比Mg-PSZ和Y-TZP陶瓷的制备工艺，其显微结构、力学性能各有何特点？p/121（我的笔记记在121）答：（1）制备烧结温度：在Mg-PSZ立方固溶区，Y-TZP在四方或四方和立方的两相区交界附近烧结；（2）显微结构：Y-TZP多晶单相，细晶粒，致密度高。Mg-PSZ包含，m t c三相，粗晶粒，致密度低。（3） 力学性能：（介个自己看书也能归纳个大概吧）7.ZTA陶瓷中常见的增韧机理有哪些，如何通过工艺进行控制？p/126答：增韧机理：应力诱导相变增韧和微裂纹增韧。工艺控制：ZrO2含量，颗粒尺寸和稳定剂含量。针对应力诱导相变增韧：1） 氧化锆颗粒尺寸要细，稳定剂含量适中，在基体中呈弥散状分布。氧化锆含量超过一定限度，会出现颗粒聚集长大，t-ZrO2含量降低2） 综合调节氧化锆粒度使其略低于临界粒径以及稳定剂含量，加上氧化铝的约束作用，使氧化锆以介稳四方相存在于基体中，在应力诱导下相变处于一触即发的状态，从理论上要求四方相全处在可相变状态。3） 稳定剂太高，会出现t（不可相变四方相？）相或c相，它们对相变增韧毫无贡献。稳定剂太低，会出现m相而降低应力诱导相变增韧效果。针对微裂纹增韧：1） 氧化锆粒径必须控制在大于自发相变的临界粒径dC，而要小于自发形成微裂纹和出现宏观大裂纹的临界粒径dC界即dCddC。2） 为了控制好微裂纹的生成，应该合理控制惨入的氧化锆含量，并且可以采取先采用粒度较细的氧化锆颗粒，烧结后通过合适的热处理制度，使其粒径缓慢逐渐长大至预期值，微裂纹在陶瓷体中均匀分布，细小的微裂纹又不贯通。8.反应烧结制备ZTM陶瓷有何特点？p/131答：1） 先烧结后反应 2） 9.为了改善陶瓷的断裂韧性，可采取哪些有效的方法？并叙述其原理。答：1）加入氧化锆，应力诱导相变增韧及微裂纹增韧2）晶须补强相变增韧3）晶界增强4）细化晶粒(不是很确定)非氧化物陶瓷复习题10.氮化物有哪些主要特点？p/139答：1） 大多数氮化物熔点都比较高；2） 氮化物陶瓷一般都具有非常高的硬度；3） 一部分氮化物具有较高的机械强度；4） 氮化物抗氧化能力较差；5） 氮化物的导电性能变化很大。11.氮化硅的晶型种类及特点。p/141答：氮化硅有两种晶型，即-Si3N4（颗粒状晶体，对称性低，活性大）和- Si3N4（长柱状或针状晶体，对称性高），均属六方晶系。都是由SiN4四面体共用顶角构成的三维空间网络。特点：12.氮化硅粉末对烧结制品性能主要有哪些影响？p/142答：1） 粉末的纯度直接影响制品的纯度和第二相的组成；2） 粉末颗粒的大小及分布直接影响烧结性能；3） 原料中- Si3N4含量直接影响制品显微结构和性能；4） 粉末的成型性能直接影响坯体的性能和烧结致密化。13.制备氮化硅粉末的主要方法有哪些？简述硅粉直接氮化法制备氮化硅粉末的主要工艺及特点。p/143答：主要方法有:硅粉氮化法、SiO2碳还原法、硅亚胺分解法和气相反应法（包括高温气相反应法、激光气相反应法和等离子体气相反应法）等。主要由两部分工艺组成，一是氮化反应工艺；二是粉碎、提纯工艺。直接氮化法主要工艺流程：原料Si 粉碎 氮化反应 - Si3N4粉块 粉碎 酸洗 - Si3N4粉末特点：1） 工艺简单，成本低，能较容易地实现小规模向大规模生产的转移，适合于大规模工业化生产；2） 由于受原料Si纯度以及粉碎过程中易混入杂质等因素的影响，Si3N4粉末纯度较低；3） 由于Si3N4粉末是经粉碎制得的，故粒形不规则，并且粒度分布范围较宽；4） 要制的超细粉末较困难，且细粉末氧含量较高。14.简述硅亚胺和胺化物分解法制备粉末的工艺过程和注意事项。p/145答：本方法大致可以分为三部分：1） 以SiCl4和NH3 为原料合成的Si（NH）2工艺2） Si（NH）2分解工艺3） 结晶工艺注意事项：结晶化工艺需要严格控制热处理条件，热处理条件不同，得到的粉末晶粒形态、粒径、相含量和残余Cl含量也不同。因此，结晶化处理的调节控制较为重要。15.用反应结合氮化硅法制备氮化硅制品有何优缺点？简述其氮化机理。p/150 p/151答：优缺点：1） 外观尺寸基本不变，这是反应结合工艺的一个普遍而最大的特点；y2） 烧成工艺可方便地制造形状很复杂的产品，不需要昂贵的机械加工，尺寸精度容易控制；y3） 不需要添加烧结助剂，因此材料的高温强度就没有明显下降。Y4） 密度不高，产品强度不大；q氮化机理：Fe3O4杂质（作为氮化助剂加入或硅粉本身所含有）使硅粉颗粒表面的SiO2膜破裂，Si与SiO2反应生成气态SiO（Si+SiO2 2SiO），少量H2的存在可增加SiO气相浓度。- Si3N4主要由SiO与N2气相反应生成，（3SiO+2N2 - Si3N4+3/2O2）， 相晶粒包含非常小的气孔，以非常薄的晶须状微晶存在。富铁区在低于1350下生成液相，由于气-液反应及相的溶解、相的沉淀过程生成相，相以等轴晶粒存在，晶粒大成块状，有发育良好的表面。16. 采用无压烧结制备氮化硅，为获得高密度氮化硅烧结体，可采取那些有效措施，为什么？p/15517. 1） 原料粉末细化实验结果指出，采用1um以下的粉末，对共价键固体烧结到高致密度是必不可少的，这种细粉末表面能高，颗粒间接接触面积多，界面面积大，扩散距离短，溶解析出也容易，故超细粉末对烧结是有利的；2） 高相含量由于，氮化硅烧结主要是通过 相变导致晶粒的精炼，有利于烧结过程的进行，获得镶嵌结构，增进坯体的强度。且相到相相变为自发进行过程；3） 采用有效的烧结助剂实践证明，符合添加剂比单一的好，如同时加入Y2O3和Al2O3对促进烧结和提高产品的高温性能都有利；4） 气氛压力烧结（GPS）提高N2气氛压力可以抑制Si3N4热分解和作为外加压力，提高烧结体的致密度；5） 使用Si3N4+BN+MgO（5:4:1）埋烧采用埋粉对无压烧结是必不可少的，它不仅能有效地抑制失重，而且由于MgO挥发扩撒至Si3N4坯体内部与SiO2形成液相，增加了液相量，使坯体能均匀地致密烧结；6） 控制保温时间研究认为，Si3N4的无压烧结有一个最佳的烧结温度和保温时间，根据其收缩大小和强度增加的情况等因素确定保温时间。17.何谓Sialon陶瓷？与-Si3N4相比有何特点？p/163 p/169答：Sialon陶瓷：由AL2O3的Al、O原子部分地置换了Si3N4中的Si、N原子，形成简单的固溶体，没有新的晶体结构生成，而任然保持-Si3N4的结构，只不过晶胞尺寸增大了。该固溶体的形成可以有效促进的烧结，命名为“Sialon”（赛龙），又名“-Sialon”。特点：其结构与-Si3N4相似，物理力学性能呢个也与-Si3N4相似，硬度、强度和导热系数稍低于-Si3N4。比-Si3N4的热膨胀系数低，这对于其耐热冲击是有好处的。其加热至1200投入水中急冷不破裂，另外它还有优良的抗氧化性及抗熔融金属腐蚀性。18.碳化硅有哪几种晶体结构，各有何特点？p/176答：纤锌矿结构、闪锌矿结构 两种-SiC属于纤锌矿结构，为六方