产品设计与制造(无机非)思考题

1、依据材料科学与工程四要素之间的关系,请以生产骨质瓷陶瓷产品为例论述其从

原料择到最终产品的整个制造过程

四要素：组织结构、成分工艺、材料性能与使用性能

材料性能是材料功能特性和效用(如电、磁、光、热、力学等性质)的定量度量和描述。任何一种材料都有其特征的性能和应用。

使用性能是材料性能在工作状态（受力、气氛、温度）下的表现，材料性能可以视为材料的固有性能，而使用效能则随工作环境不同而异，但它与材料的固有性能密切相关。

材料的性能是由材料的组织结构决定。而材料的组织结构在很大程度上取决于材料的成分及生产工艺。

因此在骨质瓷的生产过程中最重要的是其原料的选择及生产工艺。

原料（骨粉、长石、石英、黏土、解胶剂）——配料、球磨——测定细度——注浆成型——干燥修坯——高温素烧——浸釉、喷釉——低温釉烧

例如为了得到瓷质洁白、光泽柔和的骨质瓷，要增大骨粉的用量，为了得到规整度较高质量较好的骨质瓷，采用高温素烧、低温釉烧的工艺。

2、骨质瓷有哪些性能特点? 分析形成这些特点的机理。

1)机械强度骨质瓷虽然属于软质瓷的范畴，但是其机械强度并不低，在传统陶瓷

中属于强度较高的瓷器，其抗弯强度为120~160MPa，比一般传统商瓷80~120MPa要高30% ~50%。

2)热稳定性骨质瓷由于其主晶相是长柱状，有较高的膨胀系数和较大的各向异性，

所以传统骨质瓷的热稳定性较差，一般在160C左右(即从160~20C水中热交换一次不炸裂)。

3)釉面硬度骨质瓷使用熔块釉，在较低的温度(1050~1150C) 下釉烧，所以釉面

硬度较普通陶瓷要低，硬度一般为550~ 600MPa.一般可以通过添加瓷粉、锆英粉等提高釉面硬度。

4)白净柔和由于使用磷酸钙为原料，坯体中铁、钛含量极少，烧成后磷酸钙呈现

柔和的白色

5)透光度好骨质瓷中磷酸盐玻璃的折射率与石英接近，光透过性较好

6)器型规整采用高温素烧、低温釉烧的二次烧成工艺，烧成时用仿形匣钵进行强

制烧成

7)釉面光润使用熔块釉，使用时比生料釉减少了反应，减少了出现更多气泡的可

能

骨质瓷中微观物相组成主要是β磷酸三钙、钙长石、石英晶体及少量的玻璃相，其独特的物相组成决定了其独有的性能特点

1、根据矿物组成划分原料分哪几类？

磷酸盐类原料（骨粉）、黏土类原料、石英类原料、长石类原料、钙镁质原料、其他原料

2、什么是粘土？

黏土是一种由地壳中含长石类岩石经过长期风化和地质作用而形成的疏松或呈胶状的含水铝硅酸盐物质。

3、粘土的主要矿物类型有哪几类？

黏土矿物主要有以下五种类型，即高岭石类、伊利石类、蒙脱石类、水铝英石类和叶腊石类。高岭石类、伊利石类、蒙脱石类是黏土中常见的三大类黏土矿物。

4、粘土在瓷生产中主要起什么作用？

黏土在引进制瓷胎体过程中起了重要的作用，主要为:

①赋与坯泥可塑性，是陶瓷坯泥赖以成形的基础;

②使注浆泥料或釉料具有悬浮性与稳定性;

③黏土一般呈细分散颗粒，具有结合性，可充分填充瘠性原料形成的空隙，可使

堆积密度最大化，提高坯体强度;

④是形成瓷器中莫来石晶体的主要来源。

5、石英在陶瓷生产中主要起什么作用

石英是作为瘠性原料加入到陶瓷坯料中的，它是陶瓷坯体中主要组分之-

①在烧成前石英是瘠性原料，对泥料的可塑性起调节作用，能降低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间并防止坯体变形。

②在烧成时，石英的加热膨胀可部分地抵消坯体收缩的影响。当玻璃质大量出现时，在高温下石英能部分溶解于液相中，增加熔体的黏度，而未溶解的石英颗粒，则构成坯体的骨架，可防止坯体发生软化变形等缺陷。

③在瓷器中，石英对坯体的机械强度有着很大的影响，合理的石英颗粒能大大提高瓷器坯体的强度，否则效果相反。同时，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。

④在釉料中二氧化硅是生成玻璃质的主要组分，增加釉料中石英含量能提高釉的熔融温度和黏度，并减少釉的热膨胀系数。同时它是赋予釉以高的机械强度、硬度、耐磨性和耐化学侵蚀性的重要因素。

6、长石在陶瓷生产中主要起什么作用？

长石在陶瓷原料中是作为熔剂使用的，因而长石在陶瓷生产中的作用主要表现为它的熔融和熔化其他物质的性质。

①长石在高温下熔融，形成黏稠的玻璃熔体，是坯料中碱金属氧化物(K2O、Na2O)的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度。

②熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒。在液相中Al2O3和SiO2互相作用，促进莫来石晶体的形成和长大，赋予坯体机械强度和化学稳定性。

③长石熔体能填充于各结晶颗粒之间，有助于坯体致密和减少空隙。冷却后的长石熔体，构成了瓷的玻璃基质，增加了透明度，并有助于瓷坯的机械强度和电气性能的提高。

④在釉料中长石是主要熔剂。

⑤长石作为瘠性原料，在生坯中还可以缩短坯体干燥时间，减少坯体的干燥收缩和变形等。

7、动物骨粉在陶瓷生产中主要起什么作用？

骨粉是骨质瓷的主要原料，用量可达整个坯料的40％～50％，是骨质瓷中成主晶相β-Ca3（PO4）2的主要来源。骨粉的质量和用量对骨质瓷制品的色调、透明度及烧成温度、强度等有较大影响。

1、无机非金属材料分哪几大类？各有哪些性能特点？

无机非金属材料的名目繁多，用途各异，目前尚没有一个统一而完善的分类方法。通常根据无机非金属材料功能与作用的不同，分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料主要是指以SiO2，及其硅酸盐为主要成分的材料，并包括一些生产工艺相近的非硅酸盐材料，如碳化硅、氧化铝陶瓷、硼酸盐、硫化物玻璃、镁质或铬质耐火材料和炭素材料等，这一类材料通常生产历史较长、产量较高、用途也较广，是工业和基本建设所必需的基础材料。

新型无机非金属材料主要指20世纪40年代以后发展起来的，如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊先进工艺制成的材料。这里的新型无机非金属材料包含两个层面的含义：一是对传统材料的再开发，使其在性能上获得重大突破的材料；二是采用新工艺和新技术合成，开发出具有各种新的和特殊功能的材料。新型无机非金属材料具有轻质、高强、耐磨、抗腐、耐