2023年318材料制备原理-课后作业地的题目

第1章 习题与思考题溶胶-凝胶合成1〕〕凝胶列出了主要内容，依据具体状况自己总结，下同：1、溶胶：是具有液体特征的胶体体系，是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，不停地进展布朗运动的体系。分散粒子是固体或者大分子颗粒，分散粒子的尺寸在1~100nm之间，这些固体颗粒一般由103~109凝胶(Gel)：凝胶是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网络骨架，骨架孔隙中布满液体或气体，凝胶中分散相含量很低，一般在1%~3%之间。2、说明溶胶-凝胶法的原理及根本步骤。答：溶胶-凝胶法是一种兴起的制备陶瓷、玻璃等无机材料的湿化学方法。其根本原理是：易于水解的金属化合物(无机盐或金属醇盐)在某种溶剂中与水发生反响，经过水解与缩聚过程渐渐凝胶化，再经枯燥烧结等后处理得到所需材料，根本反响有水解反响和聚合反响。这种方法可在低温下制备纯度高、粒径分布均匀、化学活性高的单多组分混合物(分子级混合)，并可制备传统方法不能或难以制备的产物，特别适用于制备非晶态材料。1nm左右的溶胶粒子(sol)，溶胶粒子进一步聚拢生长形成凝胶(gel)。有人也将溶胶-凝胶法称为SSG法，即溶液-溶胶-凝胶法。3、简述溶胶-凝胶制备陶瓷粉体材料的优点。答：①制备工艺简洁、无需昂贵的设备；②对多元组分体系，溶胶－凝胶法可大大增加其化学均匀性；③反响过程易掌握，可以调控凝胶的微观构造；④材料可掺杂的范围较宽〔包括掺杂量及种类，化学计量准确，易于改性；⑤产物纯度高，烧结温度低水热与溶剂热合成1〕2〕溶剂热法。水热法：是指在特制的密闭反响器〔高压釜〕中，承受水溶液作为反响体系，通过对反响体系加热、加压，制造一个相对高温、高压的反响环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进展无机合成与材料处理的一种有效方法。溶剂热法：将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒〔例如：有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧化、易水解或对水敏感的材料。2、简述水热与溶剂热合成存在的问题？答：〔1〕水热条件下的晶体生长或材料合成需要能够在高压下容纳高腐蚀性溶剂的反响器，需要能被规范操作以及在极端温度压强条件下牢靠的设备。由于反响条件的特别性，致使水热反响相比较其他反响体系而言具有如下缺点：a无法观看晶体生长和材料合成的过程，不直观。b设备要求高耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬、技术难度大温压掌握严格、本钱高。c安全性差，加热时密闭反响釜中流体体积膨胀，能够产生极大的压强，存在极大的安全隐患。(2起到了肯定的指导作用。但是，迄今为止，几乎全部的理论或模型都没有完整给出晶体构造、缺陷、生长形态与生长条件四者之间的关系，因此与制备晶体技术争论有较大的距离，在实际应用中存在很大的局限性。3、请画出水热与溶剂热合成的一般工艺流程图？答：化学气相沉积法11〕2；3〕。化学气相沉积:化学气相沉积乃是通过化学反响的方式，利用加热、等离子鼓励或光辐射等各种能源，在反响器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反响形成固态沉积物的技术。简洁来的材料，沉积到基片外表上。APCVD：所谓的APCVD，顾名思义，就是在压力接近常压下进展CVD反响的一种沉积方式。LPCVD：低压CVD的设计就是将反响气体在反响器内进展沉积反响时的操作力量，降低到大约100Torr(1Torr=133.332Pa)一下的一种CVD反响。利用在低压下进展反响的特点，以LPCVD法来沉积的薄膜，将具备较佳的阶梯掩盖力量。自集中高温合成1、名词解释：自集中高温合成。自集中高温合成〔nes，简称S，又称为燃烧合成〔combustionsynthesis〕一种技术，当反响物一旦被引燃，便会自动向尚未反响的区域传播，直至反响完全，是制备无机化合物高温材料的一种方法。2、同其它常规工艺方法相比，SHS技术具有的优点是什么？答：S技术同其它常规工艺方法相比，具有以下九个方面的优点〔〕〔〔由于S〔4〕不仅能生产粉末，假设同时施加压力，还可以得到高密度的燃烧产品5〕产量高〔由于反响速度快〔6〕扩大生产规模简洁，从试验室走向工业生产所需的时间短，而且大规模生产的产品质量优于试验室生产的产品7〕能够生产产品，例如立方氮化钽8〕在燃烧过程中，材料经受了很大的温度变化，格外高的加热和冷却速率，使生成物中缺陷和非平衡相比较集中，因此某此产物比用传统方法制造的产物史具有活性，更简洁烧结〔〕可以制造某些非化学计量比的产品、中间产物以及亚稳定相等。等离子体合成11〕2〕放电等离子体烧结3〕物质的四态。等离子体：等离子体就是指电离程度较高、电离电荷相反、数量相等的气体，放电等离子体烧结：也称等离子活化烧结，是指利用脉冲电流产生的脉冲能，放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场实现致密化的快速烧结技术物质的四态：是宇宙中物质存在的四种状态，包括固、液、气、等离子体四种状态。第2章 瓷制备原理作业题1、结合本课程学习状况，请谈谈目前国内特种陶瓷的进呈现状以及今后的进展趋势。答案要点：1〕谈进呈现状。我国的特种陶瓷是五六十年月为支撑我国“两弹一星”的研制而进展起来的。通过国家从“六五”到“十一五”的科技攻关，以及“863”973”打算的重点支持，特种陶瓷从争论开发到应用和产业化都取得了很大的进展。经过几十年的进展，陶瓷基片、陶瓷电容器、陶瓷滤波器、压电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、绝缘陶瓷、泡沫陶瓷等等，都已实现了产业化。目前特种陶瓷已形成了一个具有相当规模的材料产业。据国家统计局数据显示，截止2023年，我国共有规模以上特种陶瓷制造企业397家，实现工业总产值185亿元，其中从事功能陶瓷的单位占70%，从事构造陶瓷的单位占30%，主要分布在山东、江苏、湖南、江西、辽宁、福建、上海、广东等省市。有关数据统计，2023年我国特种陶瓷产值到达400多亿元，市场需求巨大。2〕特种陶瓷产品的进展趋势。在将来十年内，特种陶瓷的进展状况将仍以功能陶瓷为主轴，同时带动构造陶瓷的进展。随着能源开发、空间技术、电子技术、激光技术、光电子技术、红外技术、传感技术等技术的进展，对材料的构造和功能特性将提出越来越高要求，开发和有效利用高性能、多功能材料引人瞩目。陶瓷材料具有从脆性到超塑性、从绝缘到超导、从隔热到导热、从松软到超硬以及耐高温、耐腐蚀、质量轻等特点，其性能变化范围之大、材料组成之多是金属材料和有机高分子材料无法相比，因而成为材料的进展重心。如今，在材料世界里，陶瓷材料与金属材料、有机高分子材料形成三足鼎立之势，同时它们又相互复合，取长补短，成为推动科学技术进展和人类社会进步的物质根底。特种陶瓷虽然进展很快，但在相关技术上还有待完善和提升。为了更好地推动特种陶瓷的研发和应用，实现商品化生产，今后的争论与开发重点主要是(2)高性能陶瓷的特别成型、烧结、周密加工技术争论。(3)特种陶瓷根底技术的争论，包括材料设计、模拟仿真、烧结机理、检测技术等。(4)特种陶瓷的薄膜化或非晶化技术争论。(5)型功能陶瓷包括敏感陶瓷、叠层陶瓷、生物陶瓷与超导陶瓷的争论。(6)(7)高性能工程陶瓷：包括陶瓷发动机、燃气轮机、高温密封阀、轴承、泵、风机、炼钢轧辊、喷管等的研制(8)多孔陶瓷特别(9)陶瓷与陶瓷或陶瓷纤维与其它材料的复合技术争论。2、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，这是全部颗粒的平均大小。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。3、粉体的各种制备方法中，试比较机械粉碎法、固相法、液相法、气相法的优缺点。1um后三种方法与机械粉碎法相比，优点是纯度、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。固相法：通常需要较简单的设备，且不易掌握粉体颗粒，合成过程中反响较简单。液相法：易掌握组成，能合成复合氧化物粉；添加微量成分很便利，可获得良好的混合均匀性等。但是必需严格掌握操作条件，才能使生成的粉末保持溶液所具有的、在离子水平上的化学均匀性。气相法：１〕金属化合物原料具有挥发性，简洁精制〔提纯生成物的纯度高；２〕生成颗粒的分散性良好；３〕只要掌握反响条件，易得到颗粒直径分布范围较窄的微细粉末；４〕简洁掌握气氛。4、什么是一次颗粒？二次颗粒？颗粒团聚缘由有哪几种？团聚的颗粒。粉体颗粒发生团聚的缘由主要有以下五种：1〕分子间的范德华引力；2〕颗粒间的静电引力；3〕吸附水分的毛细管力；4〕颗粒间的磁引力；5〕颗粒外表不平滑引起的机械纠缠力。5、陶瓷的成形方法有哪些？试分别表达其优缺点？答：1〕注浆成型。适应于制造大型的、外形简单的、薄壁的产品。此法设备简洁，对大小和外形简单的制品都适用，但劳动强度大，占地面积大，生产周期长，不利于机械化和自动化操作，制品质量差，产量低。2〕热压铸成型。它是利用石蜡的热流性特点，与坯料协作，使用金属模具在压力下进展成型的，冷凝后坯体能保持其外形。此法适合外形较简单，精度要求高的中小型产品的生产。设备简洁，操作便利，劳动强度不大，生产效率较高，模具磨损小；但利用此法工序比较简单，耗能大，工期长等。3〕挤压成型。一般是将真空练制的泥料，放入挤制机内，这种挤制机一头可以对泥料施加压力，另一头装有机嘴即成型模具，通过更换机嘴，能挤出各种外形的坯体。此法污染小，操作易于自动化，可连续生产，效率高。但挤嘴构造简单，加工精度要求高，此外，由于参加的溶剂和结合剂较多，因此坯体在枯燥和烧成时收缩较大，性能受到影响。4〕轧膜成型。适宜生产1mm以下的薄片状制品。承受此法成形的坯体枯燥和烧结时，横向收缩大，易消灭变形和开裂。5〕干压成型。将粉料加少量结合剂，然后将造粒后的粉料置于钢模中，在压力机上加压形成肯定外形的坯体。优点：1〕具有工艺简洁，操作便利，周期短，效率高，便于实行自动化生产；2〕其成型的坯体密度大，尺寸准确，收缩小，机械强度高等。缺点：1〕对大型坯体生产有困难，模具磨损大、加工简单、本钱高；2〕加压只能上下加压，压力分布不均，致密度不均，收缩不均，会产生开裂、分层等现象。6)等静压成型。又叫静水压成型，它是利用液体介质不行压缩性和均匀传递压力性的一种成型方法。利用等静压成型，1〕2〕3〕由于坯体各向受压力均匀，其密度高而且均匀，烧成收缩小，因而不易变形4〕5〕可以少用或不用粘接剂。但此设备价格昂贵也限制了它的大规模的应用。7〕带式成型法。可分为流延法〔或叫刮片法〕和薄片挤压法两种。前者成型用的坯料为料浆状，后者为泥团状。一般承受流延法。流延法适合制备小于0.2mm以下，外表光滑度好、超薄型的制品。流延法成型设备并不简单，且工艺稳定，可连续操作，便于生产自动化，生产效率高。但利用此成型法粘结剂含量高，因而收缩率较大。6、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；6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，外表积减小、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，粉末坯体在固态状况下到达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。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。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。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，使粉料经受高温顺均衡压力的作用，被烧结成致密件。微波烧结：是利用微波具有的特别波段与材料的根本微小构造耦合而产生热量，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。第3章 构造陶瓷的制备作业题1Al2O3Al2O3粉为什么要预烧？答：预烧的目的：1〕使γ-Al2O3全部转变为α-Al2O3，削减烧成收缩。由于工业Al2O3中含有γ-Al2O3，它在1200℃以上将不行逆转地转变为α-Al2O3，同时伴有14%左右的体积收缩。为消退这种Al2O3进展预烧。2〕排解Al2O3原料中的Na

O，提高原料的纯度。22、名词解释：相变增韧，微裂纹增韧。答：1〕相变增韧。ZrO2颗粒弥散在其它陶瓷基体中，当基体对ZrO2颗粒有足够的正应力，而ZrO2的颗粒度又足够小，则其相变温度可降至室温以下，这样在室温时ZrO2仍可以保持四方相。当材料受到外应力时，基体对ZrO2的压抑作用得到松弛，ZrO2颗粒即发生四方相到单斜相的转变，并在基体中引起微裂纹，从而吸取了主裂纹扩展的能量，到达增加断裂韧性的效果，这就是ZrO2的相变增韧。微裂纹增韧。局部稳定ZrO2由ZrO2相变导致的微裂纹，都将起着分散主裂纹尖端能量的作用。从而提高了断裂能，称为微裂纹增韧。3、BeO答：BeO粉末及其蒸气对人体有毒害，会引起呼吸道疾病、慢性铍肺以及皮肤溃疡等疾病。因此在生产BeO陶瓷时，要实行严格的保护措施：1〕生产时，应使BeO原料呈潮湿状态，或者是容器及粉末带静电，可防止BeO粉尘产生和飞扬。2〕各工序加强抽风除尘，净化生产场地的空气。各工序均承受密封装置及处于负压状态，可防止粉尘逸出。3〕操作人员必需戴口罩和橡皮手套，防止直接接触和粉尘的侵入，上下班应换衣、洗澡。4〕通风系统必需有过滤措施，防止BeO粉尘集中，对污水和废渣进展特地的存放和处理。4、与氧化物陶瓷比较，非氧化物陶瓷有何特点？答：非氧化物陶瓷在以下三方面不同于氧化物陶瓷：1〕非氧化物在自然界中很少存在，需要人工来合成原料，然后再按陶瓷工艺来做成陶瓷制品；2〕在原料的合成和陶瓷烧结时，易生成氧化物，因此必须在保护性气体〔如N2、Ar等〕中进展；3〕氧化物原子间的化学键主要是离子键，而非氧化物一般是键性很强的共价键，因此，非氧化物陶瓷一般比氧化物难熔和难烧结。5、以下缩写分别代表什么？PSZ，ZTA，TZP，SPS，PTC。答：PSZ代表局部稳定氧化锆；ZTATZP代表四方氧化锆多晶体；SPS代表放电等离子烧结法；PTC何异同？答：典型碳化物陶瓷材料有碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)、碳化钛(TiC)、碳化锆(ZrC)、碳化钒(VC)、碳化钽(TaC)、碳化钨(WC)和碳化钼(Mo2C)等。3000HfC和TaC的熔点分别为3887℃和3877℃。SiC有多种晶型，低温型为立方相β-SiC，2100℃向高温型α-SiC转变。SiC没有熔点，2300℃开头升华，2700℃以上分解为Si蒸气和石墨。第4章 功能陶瓷的制备作业题1、常用的压电陶瓷的性能参数有哪些？举例说明压电陶瓷的应用？1〕弹性常数；2〕机械品质因素；3〕压电性、压电常数与压电方程；4〕机电耦合系数。置；2〕振荡器，压电音叉，压电音片等用作周密仪器中的时间和频率标准信号源；3〕拾声器，送话器，受话器，扬声器，蜂鸣器等声频范围的电声器件，超声切割，焊接，清洗，搅20KHz4〕探测地质构造，油井故实程度，疾病诊断等各掌握开关，污染检测用振动计以及流速计，流量计等；测量物体角速度及掌握飞行器航向的于电光和声光调制的光阀、光闸，光变频器和光偏转器，声开关等；光信息存储器，光记忆器等；铁电显示器，声光显示器等；8〕其它，如压电继电器等。2、什么是超导体？超导体的主要类型有哪些？答：超导体，是指当某种物质冷却到低温时电阻突然变为零，同时物质内部失去磁通成为完或化合物超导体、氧化物超导体〔即陶瓷超导体。2〕从低温处理方法来分，可分为液氦温区超导体K，液氢温区超导体K，液氮温区超导体K〕和常温超导体。3、简述说明超导陶瓷的应用？离的输送极大的电流和功率。②超导线圈。能制成超导储能线圈，用其制成的储能设备可以长期无损耗地储存能量，而且直接储存电磁能。③超导发电机。由于超导陶瓷的电阻为零，因而没