《陶瓷工艺学》考试范围(修改版).doc

陶瓷工艺学考试范围（题型：名词、填空、简答、计算P162-6、综合）1、粘土主要矿物类型有哪些？粘土矿物有哪些特点？答：黏土的主要矿物类型有高岭石类、蒙脱石类、伊利石类和水铝英石类。（P4）粘土矿物具有可塑性、结合性、离子交换性、触变性、膨胀性、收缩等特点。（P10）2、 粘土的三大组成指什么？答：粘土的三大组成指矿物组成、化学组成和颗粒组成。（P3）3、 石英有哪些种类？答：石英主要有五类，分别为水晶、脉石英、砂岩、石英岩和石英砂。（P17）4、 石英有哪些特性？其化学成分是什么？答：石英的特性有：很强的耐酸侵蚀能力，高温时易于碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态物质。（P19）石英的主要化学成分为SiO2，但是常含少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等杂质成分。（P18）5、 新型陶瓷原料答：新型陶瓷材料有氧化物类原料（Al2O3、MgO、BeO、ZrO2）、碳化物类原料（SiC、B4C）、氮化硅类原料（Si3N4、AlN）。（P33）6、 精陶的分类？答：精陶按坯体性质可分为硬质精陶及软质精陶；按用途不同可分为建筑精陶(釉面砖)、美术精陶和日用精陶。（精瓷定义：白色胎或浅色胎上施釉的一类陶器，一般工艺先将坯胎高温素烧，然后施釉后再烧釉。 ）7、 如何鉴别精陶和瓷器？ 答：区别方面精瓷瓷器归类陶器瓷器原料粘土、石英、长石等瓷石、高岭土、石英石、莫来石等烧成一般采用两次烧成，素烧温度（12401280），釉烧温度（10601150）高温（约1280-1400）烧制性能以外观效果和力学性能为主以外观效果为主，较低力学性能用途建筑精陶(釉面砖)、美术精陶和日用精陶。一般作观赏瓷器精陶：其坯体呈白色，多气孔，断面疏松，不透明，透水，透气吸水率过到10%-14%，化学稳定性差，机械强度小。在烧成上，精陶一般采用两次烧成，主要化学成分是黏土，石英及长石三部分，其中黏土45%-80%，石英10%-45%，长石5%-10%。釉以低温釉为主，釉面硬度小，耐酸、耐碱性差。瓷器：是一种由瓷石、高岭土、石英石、莫来石等组成，外表施有玻璃质釉或彩绘的物器。瓷器的成形要通过在窑内经过高温（约1280-1400）烧制，瓷器表面的釉色会因为温度的不同从而发生各种化学变化。烧结的瓷器胎一般仅含3%不到的铁元素，且不透水。8、 名词解释：吸水率、触变性、可塑性、干燥收缩、烧成收缩、黏土的总收缩答：吸水率：陶瓷胎体中开口气孔吸饱水后，所吸入水的重量对试样经110干燥至恒重后的重量百分比。 触变性：黏土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，黏度会降低而流动性增加，静置后逐渐恢复原状，泥料放置一段时间后，维持原有水分下也会出现变稠和固化现象。 可塑性：黏土与适量的水混炼以后形成泥团，这种泥团在一定外力的作用下产生形变但不开裂，当外力去掉后，仍能保持其形状不变。 干燥收缩：干燥收缩黏土泥料干燥时，因包围在黏土颗粒间的水分蒸发，颗粒相互靠拢引起体积收缩。 烧成收缩：黏土泥料在锻炼时，由于发生一系列的物理、化学变化，因而黏土再收缩。 黏土的总收缩：干燥收缩和烧成收缩的总和。第二章 特种陶瓷粉体的物理性能及其制备1.名词解释：粉体、粉体颗粒、粒度、粒度分布及分布曲线、共沉淀法、溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、一次颗粒、二次颗粒、粘附、固相法。答：粉体：大量固体颗粒的集合系。（P45）粉体颗粒：指在物质的结构不发生改变的情况下，通过分散或细化得到的固体基本颗粒。（P45）粒度：指颗粒在空间范围所占的线性尺寸的大小。（P46） 粒度分布及分布曲线：表征多分散颗粒体系中，粒径大小不等的颗粒的组成情况，分为频率分布和累计分布，其曲线称为分布曲线。（P47）一次颗粒：一般指没有堆积、絮联的最小单位。（P44） 二次颗粒：含有一定程度上团聚了的颗粒。（P44） 粘附：固体表面剩余力场与其紧密接触的固体或液体的质点相互吸引发生粘附。 固相法：以固态物质为出发原料来制备固态粉末的方法。2. 粉体的制备方法一般来说有几种。3.简述两种制备特种陶瓷粉体的方法及原理。4.简述溶胶-凝胶法制备粉体的原理。答：指将金属氧化物或氢氧化物的溶胶变成凝胶，再经干燥、煅烧，制成氧化物粉末的方法。即先造成微细颗粒悬浮在水溶液中（溶胶），再将溶胶滴入一种能脱水的溶剂中使粒子凝聚成胶体状（凝胶），然后除去溶剂或让溶质沉淀下来。（P75）5. 粉体团聚的原因有哪些？答：引起团聚的主要原因有：分子间的范德瓦耳斯力；颗粒间的静电引力；吸附水分产生的毛细管力；颗粒间的磁引力；颗粒表面不平滑引起的机械纠缠力。（P45）6. 列举液相法制备粉体的方法并比较优缺点。答：液相法制备方法有：沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法、溶剂蒸发法。1）沉淀法：生产粉体力度小而且分布均匀，化学成分均一，可能有残留物存在对烧结性能有影响2）醇盐水解法：水解过程中不需要添加碱，因此不存在有害负离子和碱金属离子；反应条件温和、操作简单产品纯度高；制备的超微粉体具有较大的活性；具有良好的低温烧结性能，醇盐水解法的缺点是成本昂贵。3）溶胶-凝胶法：高纯度，化学均匀性好，颗粒细小，粒径分布窄，合成温度低，化学活性大等优点但成本高，周期长，产率低，凝胶变成干超微粉比较困难，且易板结4）溶剂蒸发法：产生的粉体流动性好，粒度分布窄，操作简单，适合连续生产。7. 沉淀法存在的问题有哪些？答：1）初始溶液中负离子及沉淀剂中的正离子等少量残留物对烧结性能有影响，要注意洗涤2）干燥过程中粉磨易团聚，加适量有机溶剂适当球磨分散3）如何控制过饱和度的大小及分布是制成粒径均匀大小适中的前提，反应物溶度反应物料比，投料方式和反应物的选择要适合。4）操作温度和固液分离及沉淀物的干燥。8. 特种陶瓷粉体的常用制备方法大体可分为哪两大类？各自特点有如何？若要获得粒径在1微米以下的陶瓷粉体，通常应选用哪种制备方法？答：1.粉碎法操作简单，可大量制成，但效果不好，不易制成微细颗粒；合成法纯度粒度可控，均匀性好，颗粒微细。2.合成法，粉碎法不易制备。9. 请列举有哪些方法可以制备超细无机粉体？它们各有何优缺点？ 答：1)物理粉碎法：通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。2)气相沉积法：利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄3)沉淀法：把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。还有溶胶凝胶法微乳液法等 10.简述溶胶-凝胶法优缺点，并举例说明溶胶-凝胶法的制备粉体的工艺过程第三章 坯体和配料计算1、陶瓷粉料煅烧的目的何在？如何选择合适的煅烧温度？如何才能使粉料反应比较充分而又不致产生明显烧结？答：1.陶瓷粉料煅烧的主要目的：去掉原料中易挥发的杂质，化学结合和物理吸附的水分、气体、有机物等，提高原材料的纯度；使原料颗粒致密化以晶核长大，可以减少以后烧结中的收缩，提高产品的合格率；完成同质异晶的晶型转型，形成稳定的结晶相，如-Al2O3煅烧成-Al2O3。（工学P302）2. 根据不同的原料颗粒，煅烧时间保温时间及气氛等选择。3. 烧结温度要适宜，升温速率和保温时间要适当炉内温度均匀性和气氛，坯料压紧力要适合，原料颗粒及活性要好。2、坯料配方为：Pb0.9325Mg0.0675(Zr0.44Ti0.56)O3，应用Pb3O4、MgCO3、ZrO2、TiO2计算配方。答：原料物质的量/mol原料的质量/g原料质量分数Pb3O40.3108208.111766.542%MgCO30.06755.69.91.820%ZrO20.4454.216817.335%TiO20.5644.732814.303%312.7522100%（p83）第四章 特种陶瓷坯体的成型1.名词解释：干压成型、等静压成型、热压铸成型、塑化剂、造粒、冻结干燥法。答：干压成型:将含水率低于6%的粒状粉料，放在模具中直接受压而成型的方法。等静压成型:粒状粉料在有弹性的软模中受到液体或气体介质传递的均衡压力而被压实成型的方法。热压铸成型:指在压力作用下，把融化的含蜡浆料注满金属模中，待坯体冷却后凝固后再脱模。塑化剂:能降低高分子材料玻璃化转变温度并提高塑性的助剂。 造粒:就是在已经磨细的粉料中添加粘结剂，并通过适当工艺流程制成流动性好的颗粒。2. 塑化剂PVA、PVB 、PEG、MC、CMC、EC、HPC的化学名称是什么？答：聚乙烯醇(PVA)；聚乙烯醇缩丁醛(PVB)；聚乙二醇(PEG)；甲基纤维素(MC)；羟甲基纤维素(CMC)；乙基纤维素(EC)；羟丙基纤维素(HPC)。3.塑化剂通常由哪三种物质组成。4.干压成型的加压方式有几种，比较优缺点。答：干压成型的方式：单向加压、双向加压、双面先后加压和四面加压。（p107）其优缺点：1）单面加压密度不一致，有低压区和死角2）双面同时加压底部低压区和死角消失，但中部密度较低3）双面先后加压整体坯体压力和密度都较均匀4）四面加压即等静压坯体密度最均匀。5. .等静压成型及其工作原理。答：1.均匀的各项同性静压力施加到弹性模具表面，对粉末边压缩、边成型的方法。2.遵循流体力学中的帕斯卡定律，使粉末密封于成型橡胶模型内，置于高压容器中的液体内施加各向同性的液压而成型。6. 热压铸成型及其工作原理。答：1.热压铸成形也是注浆成形的一种，但不同之处在于，它是利用坯料中混入石蜡，利用石蜡的热流特性，使用金属模具在压力下进行成形、冷凝后而获得坯体的方法。2.热压铸成形的工作原理如下： 先将定量石蜡熔化为蜡液与烘干的陶瓷粉混合，凝固后制成蜡板。 再将蜡板置于热压铸机筒内，加热熔化成浆料，通过吸铸口压入模腔，保压、去压、冷却成形，然后脱模取出坯体。热压铸形成的坯体在烧结之前须经排蜡处理。7. 等静压成型与热压铸成型的比较。答：热压铸成型工艺：将煅烧的瓷粉与石蜡制成蜡块熔化在压缩空气作用下，粉粒迅速充满模具各个部分，保压冷凝脱模制得蜡坯在惰性气体保护下，高温脱腊消除保护粉粒后，得半熟坯体，再次高温烧结成瓷。适用于以氧化物氮化物等原料的新型陶瓷的成型，设备不复杂，磨具磨损小，操作方便，生产效率高，工序较繁耗能大，工期长，大而长的制品不易采用。等静压成型工艺包括装料、加压、保压、卸压等过程。成型时液体介质传递的压力在各个方向上等是相等的，弹性模具在受到液体介质压力时产生的变形传递到模具中的粉料，粉料与模具壁的摩擦力小，坯体受力均匀，密度分布均一，产品性能有很大提高。等静压工艺制品具有组织结构均匀，密度高，烧结收缩率小，模具成本低，生产效率高，可成型形状复杂、细长制品和大尺寸制品和精密尺寸制品操作繁琐，形状不能精确控制。两者设备也不同。一个可塑成型，一个压制成型。8、 根据坯料含水率，成形方法分为哪几类？答：分为4类，如表坯料含水率成型方式30-40%注浆成型法18-26%可塑成型法6-8%干压成型法1.5-3% 等静压成型法9. 分别写出注浆成型和干压成型坯体的优缺点。答：注浆成型的优缺点： 优点：设备简单，可以成型形状复杂体积较大的坯体。 缺点：只能成型壁薄的坯体；工艺层次繁琐，手工操作较多，劳动强度高，石膏模用具较大，生产周期较长，不易自动化生产；坯体孔隙较多，密度小，强度差，收缩大，形变显著，尺寸精度较低。干压成型的优缺点： 优点：工艺简单、操作方便、周期短、效率高，便于实现自动化生产；坯体密度大、尺寸精确、收缩小。 缺点：大型坯件成型困难，模具磨损大、加工复杂、成本高，压力分布不均，致密度不均，易产生开裂、分层等。10. 说明粉末干压成型中出现密度不均匀现象的原因及减缓该现象可能采取的措施。答：由于粉与模壁摩擦和粒子间相互摩擦使压力传递不均匀，引起材料沿着高度方向密度不均匀。粉料各组分分布不均匀，体积密度不高，流动性不好，不具有一定的团粒大小，水分不均匀。措施：（1）干压成型对产品长径比有一定限制，一般要求H/D1.5(H：高度，D：直径) （2）对于大型、壁厚、形状复杂的产品，开始加压宜慢，中间宜快，后期宜慢，有利于气体排出和压力的传递。11. 特种陶瓷坯料的造粒的方法有几种?答：4种。分为一般造粒法、加压造粒法、喷雾造粒法和冻结造粒法。12. 坯体成型的缺陷有哪些，试分析可能产生的原因。答：坯体成型的缺陷有（1）夹层，产生的原因有初期加压速度加快，脱模时间设置不当和粉料的影响（含水率、粉料水份和颗粒级配）；（2）粘模，产生的原因有模具冲头未擦干净或擦模不及时，模具冲头表面脱胶磨损严重，粉料水份高和颗粒级配不合理；（3）裂纹，产生原因有崩裂，纵裂，坯体强度过低和受外力作用产生裂纹；（4）翘曲、鼓面，由于粉料在模腔内受到压缩，生坯存在弹性形变，当坯料从模腔中脱出不再受压力，导致外压与内压之间的不平衡，坯体在内应力的作用下产生微小的弱性回弹即膨胀，从而引起变形；（5）掉角，产生原因有推坯器速度太快，上模上升不到位和粉料流动性不好，造成生坯边角强度过低；（6）尺寸偏差，产生原因有推料器各参数的设定不合理，推料器不水平、间隔栅栏设计不合理、变形等和模芯高低不平，不在同一水平面上，模具装配间隙不合适，偏差较大，模具设计不合理，长短边不协调等，粉料收缩率的变化，压机问题。13. 给出单向模压成型原理图及在单向模压成型条件下形成的坯体中的密度分布，说明产生密度不均匀的原因，指出可以进一步改善模压成型压坯密度均匀性的措施。答：1.体中压力分布不均匀，加压速度和方式的不当导致坯体各部分的密度出现差别；模具结构不合理(出现锐角、尺寸急剧变化)，某些部位粉末不易填满，导致密度分布不均匀；粉体的粒度和分布，形状，含水率等也可能是操作不当导致不均匀。2.措施：选择合理粒度，要先干燥完成，合理施加压力，采用多面加压，加压速度要合适，模具要填充完整等。14. 干压成型的加压方式有几种，比较优缺点。15.塑化剂通常由哪三种物质组成，简述其塑化机理。16.阐述坯体在压制过程中的变化。答：1）密度的变化：压力的增大，气体被排除、固体颗粒尽量靠近，密度不断增加：1加压初期，密度急剧增加2坯体密度增加缓慢，后期几乎无变化3压力继续增加，坯体密度有可能出现下降。2）强度的变化：第一阶段的压力较低，虽由于粉料颗粒位移填充孔隙，坯体孔隙减小，但颗粒间接触面积仍小，所以坯体强度并不大； 第二阶段是成型压力增加，颗粒位移填充孔隙继续进行，而且可使颗粒发生弹塑性变形，颗粒间接触面积大大增加，出现原子间力的相互作用，因此强度直线提高；第三阶段，坯体密度及孔隙变化不明显，强度变化亦较平坦3）压力的分布的变化：坯体中压力分布不均匀，坯体各部分的密度出现差别H/D越大，不均匀分布现象越严重。高而细的产品不适于采用压制法成型：坯体各部位密度不同，烧成时收缩不同，容易引起产品变形和开裂。17. 压制度对坯体质量有何影响？答：“长推、稳推、慢拉、推拉，层次分明，节奏清楚”， “紧推、慢拉、中间哆嗦”以及每压一次坯，往装料器中添加粉料一次，以保证装料器每次填入模型的粉料均匀一致，得到均匀的填充厚度。尽量高的成型压力，获得强度高的坯体。 第五章 特种陶瓷材料的烧结1.名词解释：晶粒、晶界、烧成范围、烧结、晶粒生长、二次再结晶、低温烧结、热压烧结、高温等静压法、温度制度、压力制度、气氛制度答：晶粒：结晶物质在生长过程中，由于受到外界空间的限制，未能发育成具有规则形态的晶体，而只是结晶成颗粒状。 晶界:是结构相同而取向不同的晶体之间的界面。 烧成范围: 烧结:是一种利用热能使粉末坯体致密化的技术。（P123）晶粒生长:在已发生塑性变形的基质中出现新生的无应变晶粒的成核和长大过程。 二次再结晶:再结晶完成后，正常的晶粒应是均匀的、连续的。但有些情况下，晶粒的长大只是少数晶粒异常长大，使晶粒之间的尺寸差距越来越大，即晶粒的反常长大。 低温烧结: 热压烧结:是在烧结过程中同时对坯体施加压力，加速了致密化的过程。（P142） 高温等静压法: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。(P144) 温度制度:包括升温速度、烧成温度、保温时间及冷却速度等参数，并最终制定出适宜的烧成温度。（P160） 压力制度:起着保证温度和气氛制度的作用，全窑的压力分布根据窑内结构、燃烧种类、制品特性、烧成氛围和装窑密度来确定。（P161） 气氛制度:各阶段对应的气氛要求。（P161）2.什么是晶界结构？ 3.试说明陶瓷烧结理论中的溶解-沉淀机理及液相烧结的机理。答：对于多组分系统，在受颗粒接触区的高浓度溶解物，通过液体扩散，向晶粒非受压区迁移，然后在非受压（自由）固相表面再沉淀。这一物质迁移使接触点变平，坯体产生相应线收缩。由于同时减少了接触区域的有效应力，当接触面积增大时，固相溶解速率降低。因此，当坯体密度增加时，致密化（体积收缩）速率减小。在溶解-沉淀后期，相互联接的气孔结构断开，形成孤立（封闭）气孔。4.试说明晶粒之间的晶界应力的大小对晶体性能的影响？ 5.什么是烧结？烧结过程中的传质有几种情况。答：1.是一种利用热能使粉末坯体致密化的技术。2.烧结过程中的传质有4种情况，分别是（1）扩散（表面扩散、界面扩散、体积扩散），（2）蒸发与凝聚，（3）溶解与沉淀，（4）粘滞流动和塑性流动。6. 比较热压烧结、高温等静压法的特点。答：原料处理：否，包装处理；温度要求：低，高；压力介质：直接接触，惰性气体；压力方向：单向加压，各方位加压；适用范围：形状简单难烧物，高精度产品；生产工艺:简单，复杂；成本：低，高；相对生产率：低，高7.烧结的推动力是什么?晶界移动的推动力是什么？8.什么叫快速烧成？快速烧成的意义何在？答：1.制品的烧成周期从传统的数十小时到数小时甚至数十分钟的迅速烧成。2.生产效率高，燃料消耗少，设备占地面积小。9. 问什么Al2O3陶瓷比氮化