武汉理工大学材料合成与加工复习题_1

名词解释:
1.喷雾热解：将金属盐溶液喷到热风中，使其迅速挥发反应物发生热分解，分解成金属盐超细粒子的过程。

2.粒度频率分布：表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量。

3.共沉淀法：在混合的金属盐溶液中添加沉淀剂，即得到各种成分混合均匀的沉
淀，然后进行热分解得到高纯度超细料的方法。

4.热压烧结：将干燥粉料充填入模型内施加压力，同时升温烧结的工艺。

5.超声波切削加工：把超声波振动的力有规律地加在刀具上，使刀具周期性地切削
和离开工件的加工技术。

6.结构陶瓷：具有机械功能、热功能和部分化学功能的一类新型陶瓷材料。

7.热喷施釉：先进行坯料的素烧，后在炽热状态的素烧坯体上进行喷釉。

8.粒度累积分布：是指小于或等于某个粒径的所有离子的数量在全部颗粒中的所占的百分比。

9.烧结：随着温度的上升和时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒长大，空隙和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为坚硬的具有某种显微结构的多晶烧结体的现象
10.注浆成型法：是指将注浆注入吸水性的模具中，在脱水干燥过程中同时形成具有一定强度的坯体的过程。

11.热等静压：将制品放置到密闭的容器中，向制品施加各向同等的压力，同时施以高温，在高温高压的作用下，使制品得以烧结和致密化的方法12.溶胶-凝胶法：用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。

凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。

13.热喷涂法：利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态，并以一定的速度喷射
沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。

(V)
判断题
1、 坯料的制备过程中，颗粒应符合要求，颗粒越细，烧结温度越高，烧结时间 反而越少。

（X ）
2、 非金属碳化物种，SiC 是共价键化合物，具有与金刚石类似的结构。

3、 热压烧结与常压烧结相比可以的显著降低成型压力。

（X ）
4、 施釉的目的在于改善坯体的表面物理性能和化学性能。

（V ）
5、 制作坯料时常对原料进行预处理，如通过预烧使 a -A12O3转化为丫 -A12O3， 提高原料纯度，改善产品性能。

（X ）
6粘土中①＜1um 的细颗粒愈多，则可塑性愈强，干燥收缩大，干后强度低。

（X ）
7、 二氧化硅在常压下有六种结晶态和一个玻璃态。

（X ）
8、 硅灰石作为碱土金属硅酸盐，在普通陶瓷坯体中可起助熔作用，降低坯体的 烧结温度。

（V ）
9、 粉体的体积直径即某种颗粒所具有的体积用同样体积的球来与之相当，这种 球的直径，就代表该颗粒的大小。

（V ）
10、 粉体的制备方法一般可分为粉碎法和合成法两种。

分析题
1、陶瓷工艺中常见缺陷及成因分析
点缺陷：产生于原子的热运动和热激发
线缺陷：产生于固化冷却或机械加工中
面缺陷：产生于表面能够很快从空气中吸附氧以降低表面能量
2. 注浆成型、挤压成型和流延法成型的各自特点，分别适用于制作那种形状的 产品
注浆成型
设备简单，技术容易掌握，生产成本低，坯体结构均匀。

劳动强度大，操作 工序多，生产效率低，生产周期长，石膏模占用场地面积大，注件含水量高，密 度小，收缩大，烧成时容易变形，模具损耗大，不适合连续化、自动化、机械化 生产。

对大小和形状复杂的制品都适用，能制出任意复杂外形和大型薄壁注件。

挤压成型
挤压成型是将经真空炼制的泥料，置于挤制机内，只需更换挤制机的机嘴， 就能挤压 出各种形状的坯体。

污染小，易于自动化，可连续生产，效率高。

适合生产管状、棒状产品的生产。

流延法成型
成型设备简单，工艺稳定，可连续操作，便于生产自动化，生产效率高。

粘 结剂含量高，收缩率大。

适合于制成小于0.2mm 以下，表面光洁度好，超薄型的产品
(V)
3. 如何制作大晶粒单晶？依据的原理及控制技术。

将结晶的物质通过熔化或溶解方式转变成熔体或溶液。

再控制其热力学条件 生成晶相，并让其长大。

原理：晶体生长的必要条件：一定温度条件下，溶液的浓度大于该温度 下的平衡浓度（即饱和浓度）称过饱和，其大于的程度称过饱和度，它是溶 液法晶体生长的驱动力。

2晶体生长的充分条件：把溶液的过饱和状态控制 在亚稳定区内，避免进入不稳定或稳定区。

控制技术：1溶剂的选择 单晶的培养溶剂的选择很重要， 要注意选择 合 宜的溶剂和应用适量的溶剂。

合宜的溶剂，溶解性不能太好也不能太差，最 好是在冷时对所需要的成分溶解度较小，而热时溶解度较大。

2结晶速度的 选择一般是溶液浓度高，降温诀，析出结晶的速度也快些。

但是其结晶的颗 粒较小，杂质也可能多些。

3结晶环境的选择，一定要选择在一个比较稳定
的环境内
4. 比较温度梯度法、提拉法和焰熔法在单晶制作上技术要点，讨论大单晶制作
环境，使结晶潜热导走。

5. 粉体粒径的评价方法有哪些？如何测定及各种测定方法的使用范围?
① 显微镜法：显微镜法是将粒子放在显微镜下，根据投影像测得粒径的方法。

光学显微镜可以测定0.5〜100卩m 级粒径。

测定时应注意避免粒子问的重 叠，以免产生测定的误差，同时测定的粒子的数目应该具有统计学意义， 般需测定
200〜500个粒子。

② 库尔特记数法：库尔特记数法是在测定管中装入电解质溶液， 将粒子群混 悬在电解质溶液中，测定管壁上有一细孔，孔电极间有一定电压，当粒子通 过细孔时，由于电阻发生改变使电流变化并记录于记录器上， 最后可将电信 号换算成粒径。

可以用该方法求得粒度分布。

本法可以用于测定混悬剂、乳 剂、脂质体、粉末药物等的粒径分布。

③沉降法：沉降法是根据Stocks 方程求出粒子的粒径，适用于100卩m 以下 的粒径的测定。

要素。

提拉法: 温度控制在晶体提拉法生长过程中，熔体的温度控制是关键
提拉速率决定晶体生长速度和质量；
选用优质籽晶并选取最佳生长方向
生长炉内温度分布均匀，氢氧比例合适气流稳定
粉料要达到工艺要求
④退火处理消除热应力；
大单晶制备要素：
① ② 长
③ 焰熔法: 需要在熔体中引入籽粒，防止形成多个晶核
保持籽晶与熔体相界面的过冷度，使其在界面上不断相变，单晶不断生 熔体的其余部分要保持过热状态，防止自发成核结晶，晶体需处于较冷
④筛分法：筛分法是使用最早、应用最广的粒径测定方法。

它是将筛按孔径 大小顺序上下排列，将一定量粉体样品置于最上层，在一定的震动频率下振 动一定时间，称量各个筛号上的、粉体重量，求得各筛号上不同粒径的百分 数。

常用测定范围在45卩m 以上。

改变点缺陷浓度，从而改变某种离子的扩散系数 在晶界附近富集，影响晶界的迁移速度，从而减少晶粒长大的干扰作用 提高表面能/界面能比值，直接提高致密化的动力 在晶界形成连续第二相，为原子扩散提供快速途径
第二相在晶界的钉扎作用，阻碍晶界迁移
7.金刚石的合成理论及实验支持
金刚石和石墨是碳的两种同素异形体，二者的成分均为纯碳。

石墨中的碳原 子是成层排列的，原子间的结合力很小。

金刚石中的碳原子都紧密的与其他四个 碳原子直接连接，构成一个牢固的结晶体。

根据金刚石 -石墨的相平衡图，在常 温常压下石墨是碳的稳定结晶式。

而金刚石是一种亚稳定状态，金刚石只有在高 温高压下才是稳定的。

在高温高压下，石墨中的碳原子会重新按金刚石的结构排 列，形成金刚石。

合成金刚石的方法分为静压法、动压法和低压法，合成工业用金刚石主要采 用静压法中的静压触媒法。

通过液压机产生高压，以电流加热得到高温，利用金 属触媒实现石墨向金刚石的转化。

8.以PZT[P b (Zr,Ti)O 3]系压电陶瓷为例，阐述其生产工艺和工艺控制要素。

工艺流程 配料-球磨-过滤、干燥-预烧-二次球磨-过滤、干燥-过筛-成型-排塑- 烧结-精修-上电极-烧银-极化-测试
9. 薄膜生长的几个阶段？他们各有何特点？
、成核阶段
在薄膜形成的最初阶段，一些气态的原子或分子开始凝聚到衬底上。

由于热 涨落的作用， 原子到达衬底表面的最初阶段，在衬底上成了均匀细小、可以运 动的原子团(岛或核)。

当这些岛或核大于临界成核尺寸时，就可能接受新的原子而逐渐长大。

、薄膜生长阶段
一旦大于临界核心尺寸的小岛形成，它接受新的原子而逐渐长大，而岛的数 目则6.添加剂在陶瓷烧结过程的作
用。

①
②
③
④
很快达到饱和，空出的衬底表面上又形成了新的岛。

形成与合并的过程不断进行，直到孤立的小岛之间相互连接成片，一些孤立的孔洞也逐渐被后沉积的原子所填充，最后形成薄膜。

10、熔体生长法中坩埚材料对熔体的生长关系。

1•坩埚的材料与所生长晶体不起反应
2.坩埚的热膨胀系数应小于晶体的热膨胀系数
3.坩埚的熔体尽量没有浸润和粘附的现L
4.坩埚在工作温度下要有足够的强度
5.坩埚的材料的纯度要高，以免有害杂质引入晶体
6.坩埚材料要易于加工成型，保证内壁有较高的平坦度和光洁度
11、在熔盐生长单晶体中对于助熔剂的选择有何原则及原因。

1.对晶体材料应具有足够强的溶解能力；_
2.具有尽可能低的熔点和尽可能高的沸点；—
3.应具有尽可能小的粘滞性；
4.在使用温度下挥发性要低（蒸发法除外）；______
5.毒性和腐蚀性要小，不易与坩埚材料发生反—
6.不易污染晶体，不与原料反应形成中间化合物；-
7.易把晶体与熔盐分离。

12、何为CVD制膜法？它包含哪几种方法？各自有何特点？
气相化学反应法是挥发性金属化合物的蒸汽通过化学反应合成所需物质的方法。

气相化学反应法分为两类：单一化合物的热分解，两种以上化学物质之间的反应单一化合物的热分解：必须具备含有全部所需元素的适当化合物
两种以上化学物质之间的反应：可以有很多组合，具有通融性13、何为陶瓷增韧？以氧化锆为例，阐述压电陶瓷的生产工艺。

陶瓷材料的致命缺点是脆性，为了改善陶瓷的断裂韧性实现材料强韧化的过程称之为陶瓷增韧。

14、从显微结构来看，一般陶瓷通常由哪几个相构成？它们对材料的性能有何 影响？ 陶瓷材料通常由晶体相、玻璃相和气相组成。

晶相：陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理化学性质。

玻璃相：是充填晶粒间隙、粘结晶粒、提高材料致密度、降低烧结温度和抑 制晶粒长大
气相：在工艺过程中形成并保留下来的， 对陶瓷材料物理性能有一定的作用。

15、晶体生长过程中，可采用哪些途径来限制多余晶核的形成？
(1 )设计合理的非均匀驱动力场，即只在固体一液体界面邻近驱动力为负, 其余各处的驱动力为正，并且离固体一液体界面愈远的地方，正的驱动力愈大， 同时还要求驱动力场具有轴对称性。

(2)控制“催化作用”，采用高纯原料。

16、基本的施釉方法有那些？陶瓷施釉的作用有那些？
施釉
方法
(1) (2) (3) (4)
施釉作用：
① 釉能够降低瓷体的表面粗糙度
② 提高瓷件的力学性能和热学性能，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，施深色釉也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 改善瓷件的化学性能，阻碍液体对瓷件的透过，提高其化学稳定性。

⑤ 釉使瓷件具有一定的粘合能力，在高温下，通过釉层使瓷件与瓷件之间， 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，能增加瓷件的艺术附加值，提高其艺术欣赏价值。

17、什么叫被银法？被银法包括那些处理过程？
被银法又称烧银法，是指在陶瓷表面烧渗一层银，作为电容器、滤波器的电 极或集成电路基片的导电网络。

处理过程：瓷件预处理-银浆的配制(含银原料、熔剂、粘合剂)-涂敷- 烧银 18、结构陶瓷组成可以分为哪几类？试简述氧化物陶瓷的传统制备工艺。

可实 施低温烧结的有效措施有哪些？
结构陶瓷按化学组分分类：①氧化物，如：AI2O3, Be2O ZrO2;②氮化物，如： Si3N4轴承，轮机叶片，③碳化物，④硼化物。

氧化物陶瓷制备工艺有哪些步骤：原料煅烧 -磨细-配方-加粘接剂-成型-素烧- 修胚-表面处理等工序。

实现低温烧结的措施：
【1】原燃料粒度要细
【2】尽量提高优质赤铁富矿粉的配比
【3】烧结碱度以1.8~2.0较为适宜，SiO2含量不低于4% m （Al2O3）/m
浸釉法 喷釉法 浇釉法 刷釉法 即将产品用手工全部浸入釉料中，使之附着一层釉浆 喷釉法是利用压缩空气将釉浆喷成雾状，使粘附于坯体上
将釉浆浇到坯体上以形成釉层
用于在同一坯体上施几种不同釉料
（SiO2）为0.1-0.35
【4】在混合料充分均匀和强化造球的情况下，采用低碳厚料层操作工艺
【5】适当降低点火温度和垂直烧结温度。

19、简述玻璃-陶瓷封接技术对性能的要求。

什么是玻璃焊料封接，该封接技术成功的条件是什么？
要求：（1）电气特性优良，包括耐高电压，抗飞弧，具有足够的绝缘，介电能力等；（2）化学稳定性高，能抗耐适当的酸、碱清洗，不分解，不腐蚀。

（3）热稳定性好，能够承受高温和热冲击作用，具有合适的线膨胀系数；（4）可靠性高，包括足够的气密性，防潮性和抗风化作用等；
定义：利用附着在陶瓷表面的玻璃相（或玻璃釉）作为封接材料。

条件：膨胀系数接近、玻璃润湿金属表面20、什么是溶胶-凝胶法？其主要参数是什么？
将金属氧化物或氢氧化物浓的溶胶转变为凝胶，在将凝胶干燥后进行煅烧，制得氧化物的方法。

主要参数有：加水量、催化剂、溶液pH值、水解温度、溶剂种类、陈化。

计算题
1、配制粉料为Ba.65Ca.35TiO3的材料，采用BaCQCaCQ,TiO 2原料，计算各种物料的质
量百分比。

其中，摩尔质量BaCO> 197.35，CaCO 100.09，TiO2：79.90
2、A l 2Q粉末样品的平均粒径为5um，其表观比表面积为多少？如果每个颗粒都是
一个团集体，且其基本颗粒直径为0.5u m,试计算：
（1）每个团集体中基本粒子的数目；
（2）粉末的真比表面积（以每克平方米计算）
3、AI2Q含水料浆密度为2.5g • cm1, Al 2O晶格密度为4.0g - cm3，计算料浆中干
AI2O的浓度：（1）以质量计（2）以体积计
4、已知坯料的化学组成如下，用原料氧化铝（工业纯，未煅烧）、滑石
（3MgO 4SiO2 • HC）（未煅烧）、碳酸钙、苏州高岭土（AI2Q • 2SiO2 • 2HO 配制，求出其质量百分比。

5、用常规固相反应法制备La 0.67Ca）.33 MnO218.2647g/mol）粉末，采用原料分别为La2Q（352.82g/mol）, Mn（NO 2（178.95g/mol）, CaCO100.09g/mol）,其中LazQ、Mn（NO2和CaCO为固体粉末。

若要制备La0.67Cs0.33MnO体系粉末4g，求所需各种原料的质量。

若米用溶胶-凝胶法制备La0.67Cc0.33MnO粉末，你会选用何种原料？。