10第七章 陶瓷精加工
第七章陶瓷精加工
内容提要:
1、先进陶瓷精加工机理；
2、各种陶瓷精加工方法，如磨削加工、切割和打孔，以及精加工设备;
重点掌握陶瓷制品的磨削加工工艺及设备，了解切割、打孔工艺及其设备和激光与镭射加工、线切割加工等当今先进加工技术。
主要外语词汇：
hone 珩磨，珩磨机；
lap 研磨
microfinishing 精密磨削
abrasive 研磨料
polish 抛光
grinding 磨削，研磨
第一节 陶瓷精加工机理
加工的定义：将一定的能量供给具有某些性能的材料，使形状、尺寸、表面光洁度、物性等达到一定要求的过程。
1.1 陶瓷材料的结构性能特点
陶瓷材料属于多相多晶体，由离子键或混合键（离子-共价键）结合而成，质地硬而脆，属于硬脆材料，难于机械加工和保持加工精度。
1.2 陶瓷材料的加工机理
陶瓷作为硬脆材料，其精加工是以加工点部位的材料微观变形或去除作用的积累方式进行的。
图5.1为加工量造成变形断裂的原因示意图。
从图中可以看出，当一次加工量达到10um时，陶瓷材料出现裂纹，这种裂纹现象被称之为“脆性断裂”。
第二节陶瓷精加工方法种类
陶瓷的精加工方法，依制品性能要求的不同、工艺不同有很多的方法。
一般还是以机械加工为主。
1、陶瓷的精加工依加工能量方式的不同，可归纳如下：
2、陶瓷的冷加工还可分为：
一般加工（丝级精度）；精密加工（微米级加工）；超精密加工（亚微米级至纳米级精度）。
超精密加工，因加工量极小，被加工陶瓷表面的晶体结构仍具有完整性。
陶瓷的机械加工主要是研磨和抛光，个别陶瓷（如六方氮化硼陶瓷）在一般精度和精密加工范围内，也可以用类似于金属加工的车、铣、刨加工等。
3、超精密精加工工艺示意图
第三节 磨削加工及设备
3.1 陶瓷磨削的应用：
1、电子陶瓷
电子陶瓷部件是指显微集成芯片、磁头和基板之类的计算机零件。
例如显微集成芯片是制造在单个晶片上的许多部件，被用来形成能提供特殊功能的表面形貌； 磁头和硬盘之间间隙的一致性和可靠性就是靠磁头表面的精密外形来实现。 一般来说，电子陶瓷的精加工在零件几何形状方面有非常严格的公差要求。
2 、技术陶瓷
技术陶瓷是开发利用各种陶瓷性能，如电、热性能和耐腐蚀性能等的零件。包括照明用石英管、半导体部件封装、核能、生物医学、光学纤维等。
技术陶瓷的加工常常涉及到把大零件或管子切割成具有最小缺口损伤的小零件，同时也经常要求无划痕或镜面光洁度的平面精加工。
图18－1表示在单轮和组合砂轮切割零件中使用的典型配置。
3、传统陶瓷
传统陶瓷是低密度、多孔陶瓷。它们一般尺寸较大或成块状，应用在陶瓷承受残酷的热、电或化学性能的地方。
典型应用实例有：耐火材料、炉衬、电子零件、涂层陶瓷等。
传统陶瓷的磨削加工在形状和结构上变化很大。磨削加工广泛地使用金属结合剂砂轮，用来切断零件或形成大平面。
与其它的应用相比，传统陶瓷的缺口损伤标准和公差要求一般很宽。
4 、先进陶瓷
先进陶瓷是供机械和结构使用的高强度、高密度（低气孔率）陶瓷，这些材料最难磨削。
典型要求是磨削后要有高的残留强度，并且要采用生产上可行的磨削方法（即短的磨削周期、经济的磨削工艺，以及一定的零件质量）。
图18.2是一些磨削后的先进陶瓷零件。
3.2 磨削机理：
磨粒切削刃撞击陶瓷工件瞬间，陶瓷材料内部就产生裂纹，这些裂纹的连接就形成切屑
金属材料依靠磨粒切削刃引起的剪切作用生成带状或接近带状的切屑。
Subramanian 和Ramanath1992 报道了陶瓷切削中除了脆性断裂磨屑外，还产生了类似延展性变形的磨屑形态。
1、磨削方向对陶瓷强度的影响
图18－5表示精密磨削后热压氮化硅陶瓷（HPSN）的强度（回弹模量，MOR）。从图中可以看到磨削方向对材料的强度有重要的影响（Ohta和Miyahara，1990）。当磨粒尺寸减小时，强度的各向异性逐渐减小。
因此，为了获得高的残留强度，使用细磨粒磨削有利。
2、表面光洁度和残留强度
图18-6表明：
①残留强度的提高与表面光洁度的改善有关。
②仅仅改善表面光洁度不足以提高强度。
如果使用粗磨料，即使具有好的表面光洁度也不会引起强度的提高，即，简单地通过对加工表面进一步的摩擦抛光，得到更好的表面光洁度，并不能去除已经在陶瓷表面造成的损伤。
这里所指的损伤主要是由于脆性破坏造成的裂纹生成和扩展。
3、磨料粒度对残留强度的影响
图18－5和18－6表明磨料越细，磨削后陶瓷的强度越高，表面光洁度越好。
试验已证明，当使用粗磨料时，氧化铝陶瓷的表面光洁度一般不随切深或工作台运动速度变化。然而，当使用细磨料时，光洁度逐渐改善。
4、图18－7表明磨削SIALON材料所需要的比能量（去除单位体积材料所需的能量）是磨料粒度的函数。可以发现当磨料粒度减少时，比能量显著地增加。
3.3陶瓷精加工精密磨削工艺的典型选择
3.4 磨料产品的选择
根据使用的磨料（类型、形状、强度和其它特性）、磨粒尺寸、结合剂种类（用于固定磨料的基体和它的摩擦行为）、磨料含量和磨料产品的形状和外形可将所有用于陶瓷精加工磨料产品进行分类。
具体的磨料产品选择可以从很多参考文献中获得（工程材料手册，1989，1994）；也可以向磨料制造商询问产品的特性。
这里重点讨论具有一般指导意义的问题。
1、陶瓷精加工使用的磨料
金刚石是陶瓷精加工优选的磨料，因为它是最硬的材料并且比陶瓷工件材料更耐磨。
图18-21是金刚石的硬度与其他工件材料和磨料硬度的对比。
根据不同的应用，金刚石磨料可以采用广泛的尺寸范围，如图18-22所示。
一般细磨料适合于精加工致密、高强度陶瓷，而粗和块状（较高断裂强度）磨料适合于低强度或多孔陶瓷的批量精加工。
在冲击强度、形状、尺寸和涂层方面，金刚石磨料可以有很大的不同。其选择依据是既能避免表面损伤又具有经济性。
图18-23是根据磨料韧性和工件材料强度的磨料选择图。
2、全刚石砂轮
用于陶瓷磨削的金刚石砂轮通常有四种结合剂：树脂、金属、陶瓷和电镀或钎焊在钢件上形成的单层金刚石。
每一种结合剂的优缺点列于表18－2。
由于存在多种操作范围和磨削外形，很难制定一个选择结合剂的准则。
①树脂结合金刚石砂轮：
具有灵活性、使用方便、和回弹性是大家乐于使用的最普遍的原因。
②陶瓷结合的金刚石砂轮：
在高效率磨削方面有很多优点，包括：保持形状、更高刚性、更紧密公差和重量轻。
③金属结合剂的金刚石砂轮：
当持久性或长寿命是主要目标时，通常选用（如大接触面磨削和凹沟磨削）。
但是，高磨削力和功率是最经常的限制因素。
在干磨条件下，许多低强度和多孔的传统陶瓷使用金属结合的金刚石砂轮来切割、精加工和锯。图18-24表示用于陶瓷精加工的各种金刚石磨料制品。
3.5 磨削条件及工艺
1、磨削量
磨削量．也就是磨料吃刀深度。
一般来说，粗磨比精磨的磨削量要大，但不能太太。
如果太大，则加工物速度和磨具切入深度也要大，而磨具的转速必须减少，这样，很可能造成加工物的破坏。精磨的磨削量每次应＜10um；
2、砂轮转速
加工陶瓷材料比加工金属材料的转速要适当低一些。
如果采用冷却液，使用树脂粘结剂的砂轮，转速范围为20～30m／s。
对于无冷却液磨削的情况应该避免，否则，转速要比有冷却液磨削的转速低很多。
3、冷却液的选择
陶瓷磨削加工，采用煤油冷却液最好：
煤油是良好的冷却液，且能防止设备生锈，但煤油气味大，价格高，而目易起火不安全。
一般采用水溶性冷却液进行冷却。
4、磨削方式、方向及机床刚性
①磨削方式不同导致磨削特性不同：
如平磨时，采用杯式砂轮一般比直线砂轮磨削的表面粗糙度要好，效率可能高，可以降低成本
②磨削的方向：
磨削过程中，会产裂纹，对材料的强度产生影响，影响的程度与磨削的方向有关。
磨削方向如果是顺材料所施加成型压力的方向运动比逆材料施加成型应力的运动造成的断裂程度少得多。
因此，应当尽可能地使磨削方向与成型压力方向一致，以便减少工件的损坏。
③在进行磨削加工时，机床磨削盘的刚性或磨床的稳定程度对磨削效果也有很大的影响。
采用刚性好（特别是主轴刚性）的磨削盘或磨床的稳定性，不容易发生振动，对加工材料的表面粗糙度和精度是有好处的。
3.6 几种主要磨削方式
1、研磨
为了消除磨削过程中对材料产生的微崩刃，以提高材料表面的精度和粗糙度，还必须对其进行研磨。
研磨通常在双端面研磨机上进行。
研磨料一般为人造金刚石和立方BN粉料，粒度范围为250～600目。对于较大尺寸的制品，采用研磨砂
布进行加工。
冷却液可选用煤油和机油。 先进陶瓷的研磨过程如图5-3所示。
2、抛光
为了获得光滑的制品表面，如12级的镜面粗糙度（Ra 值为0.05），进一步消除微崩刃，提高制品精度，必须对其进行抛光处理。
抛光机使用软质、富于弹性或粘弹性的材料和微粉磨料。
抛光时在加工面上产生的凹凸，或加工变质层极薄，所以其尺寸形状精度和表面粗糙度比研磨高。 3、粘弹性流动加工 ①基本原理
粘弹性流动加工是利用一种含磨料的半流动状态的粘性磨料介质，在一定压力下强迫通过被加工表面，由磨料颗粒的刮削作用去除工件表面微观不平整部分的工艺方法。 图5-4为加工过程示意图。
②粘性磨料介质
粘性磨料介质是将磨料与特殊的基体介质均匀混合而成。 粘性磨料介质应具备如下性能： （l ）有一定的流动性和粘弹性；
（2）有很强的内聚力；
（3）有很小的内摩擦力；
（4）稳定性好，使用寿命长；
（5）磨料不粘到加工零件上；
（6）切削作用强，加工速度快，抛光效果显著；
（7）介质对工件无腐蚀作用，对人体无影响。
③粘弹性流动加工的特点
?适用范围广。适用于各种型孔、交叉孔、喷嘴小孔等内壁的精加工。
?抛光效果好，加工精度较高。加工后的表面粗糙度与原始状态有关，可达原始粗糙度的1/10，一般可提高3级左右。
?加工效率高。磨料流动加工时材料的去除量一般为0.01～0.lmm，加工时间通常为1～5min；可以同时加工多件。
?仅适于表面加工，不能修正零件的形状误差。
3.7 磨削加工设备
1、外圆磨床
外圆磨床主要用于磨削各种圆柱体、外圆锥体和有台阶工件的外圆。
外圆磨床的类型、型号规格见课本。
2、内圆磨床
内圆磨床主要用于磨削圆柱孔、圆锥孔、孔端。
内圆磨床的磨削方法和规格型号见课本。
3 、平面磨床
平面磨床主要用于加工工件的平面、斜面、角尺面及成型面。
常用平面磨床有：
（l）卧轴矩台平面磨床：用砂轮周边及端面磨削平面、斜面、角尺面及成型面。
（2）卧轴圆台平面磨床：用砂轮周边磨削圆形及阶梯状圆形平面、磨削内锥或外锥的圆形件表面；精密级、高精度级机床磨削高精度高光洁度圆形工件。
（3）立轴矩台平面磨床：用砂轮端面磨削工件尺寸大而磨削面不大的工件。
（4）立轴圆台平面磨床：用砂轮端面磨削尺寸较大的圆环形工件。
几种平面磨床的型号规格列于表5-5。
4、无心外圆磨床
适用于大批量磨削各种圆柱体、套类及阶梯轴等工件的外圆，以及各种形状的回转体工件的成型面。
与普通外圆磨床比较，其特点是无需中心孔定位，工件支持在托板和导轮上，支承刚度好。
无心外圆磨床的型号规格列于表5-6。
5、珩磨机床
珩磨是磨削加工的特殊形式，又是一种高效率的加工方法，主要用于加工各种圆柱形孔（包括光孔、轴向或径向间断表面孔、通孔、盲孔和多台阶孔），还能加工圆锥孔、椭圆形孔、余摆线孔。
工作原理：
珩磨是利用安装于珩磨头圆周上的若干条油石，由涨开机构将油石沿径向涨开，使其压向工件孔壁以便产生一定的面接触，同时使磨头作旋转和往复运动（工件不动），从而实现对孔的低速磨削。
珩磨切削运动如图5-5所示。
珩磨机床的型号规格列于表5-7。
3.8 研磨机床
研磨机床是在工件与研磨具之间介以游离状研磨料与润滑研磨液彼此施以磨动，而达到预定的尺寸精度与粗糙度的专用机床。
特点是同时能对多个工作件施以加工。
按研磨剂的使用条件，研磨可分三类：
（l）湿研（敷砂研磨）
湿研是把研磨剂连续加注或涂敷于研具表面，磨料在工件与研具间不断地滑动与滚动形成对工件的切削运动。
（2）干研（嵌砂研磨）
干研是把磨料均匀地压嵌在研具表面层中（称为压砂），研磨时只需在研具表面上涂以少量的润滑附加剂。
（3）半干研
类似湿研，采用的研磨剂是浆糊状的研磨膏，粗、精研磨均可采用。
研磨机床的型号规格及技术参数列于表5-8。
3.9 抛光机
抛光机的主要功能是使陶瓷工件形成光滑的表面。
与磨床的区别主要是砂轮粒度更细，或用砂带摩擦，同时对磨床的砂轮架轴承和磨床的减振要求更高。
也有用振动抛光机去除工件表面的毛刺或有飞边的楞角的。
几种抛光机的主要型号规格及性能参数列于表5-9。
第四节切割、打孔及设备
4.1 切割工艺与切割机、切片机
1、陶瓷材料的切割工艺
对于陶瓷材料的切割方法，有很多种，现综合归纳如下：
工业上，采用磨料的切割方法能得到精度相当高的切割面，其中大多采用金刚石砂轮进行切割。
现在有十几微米厚的金刚石砂轮，在精密切割、切槽或锯切中发挥了很大的作用。
此外，利用激光方法可以进行切割。
激光切割的特点是：
切割宽度窄，可进行曲线切割，但是切割的厚度受到一定的限制。
2、切割机
几种国产切割机的型号规格列于表5-10。
3、切片机
几种切片机的型号规格列于表5-11。
4.2 打孔方法
对于直径在一定范围的孔，广泛采用金刚石钻头（空心钻头）进行圆孔加工。金刚石钻头一般采用在金属钻头表面镀一层金刚石薄膜的方法获得。
实验室中，使用研磨式加工方法比较方便，进行异形孔加工时可使用超声波方法。
微小孔加工时，采用激光方法比较合适。
第五节其他加工方法
1、激光加工
激光加工属于光加工方法，是通过专用设备（激光加工机）把光集束于制品表面，在制品的局部范围内加热，使之蒸发或熔融，从而进行打孔、画线、切割等等加工。
激光加工种类如图5.6所示，激光加工原理如图5.7所示。
2、线切割加工
线切割加工是电加工方法的一种，此法在线切割机床上进行。
实践表明，如果控制得当，通过线切割后的制品，尺寸精度比粗磨后的制品尺寸精度还可能高。
但是，线切割是依赖导体的高温对制品进行切断，致使制品的加工面表层受到了瞬间的高温作用，其微观组织发生了变化，制品的性能变差。
所以，从保持技术性能稳定角度出发，应尽可能不采用此类加工方法。
3 、化学研磨
陶瓷的断裂多由表面微裂纹处发生，如能消除或缩小那些因机械加工造成的微裂纹，则可以起到增强制品强度作用。
通过化学研磨（腐蚀），增加了裂纹尖端的曲率半径，使应力集中程度减少，就可能达到提高强度的目的。
此法值得研究和应用。
4、超声波加工
（1）基本原理
超声波加工是利用工具端面作超声频振动．通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法。
加工原理如图5-8所示。
工具端面的超声振动，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度和加速度不断地撞击、抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，而被打击下来。
同时，工作液受工具端面超声振动作用而产生的高频、交变的液压正负冲击波和“空化”作用，促使工作液钻入被加工材料的微裂缝处，加剧了机械破坏作用。
所谓空化作用，是指当工具端面以很大的加速度离开工作表面时，加工间隙内形成负压和局部真空，在工作液体内形成很多微空腔，当工具端面以很大的加速度接近工作表面时，空泡闭合，引起极强的液压冲击波，以强化加工过程。
（2）加工特点
①适合加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，例如玻璃、陶瓷、石英、金刚石等。
②加工设备结构简单，操作、维修方便。
③工作表面的宏观切削力很小，切削应变、切削应力、切削热很小，不会引起变形及烧伤表面粗糙度也较好，而且可以加工薄壁、窄缝零件。
5、 EMG加工法
EMG磨削是电气机械磨削系统（Elcctro Mechanical Grinding System）的简称，是同时具有电解磨削和机械磨削两种功能的复合磨削加工方法。
6、 MEEC加工法
这种加工法也属于复合加工，它由一般机械磨削加工（Mechanical）、电解加工（Electrolysis)和电火花（Electro－Discharge）三者结合而成。
7 、电子束加工
电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高（106～109W／cm2）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上，在极短的时间（几分之一微秒）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到数干度以上的高温，从而引起材料的局部熔化或气化。
控制电子束能量密度的大小与能量注入时间，就可以达到不同的加工目的，如热处理、焊接、打孔、切割等加工。
先进陶瓷材料加工技术的种类、原理和特点：
陶瓷工艺学及答案
1. 陶瓷原料按工艺特性可分为哪四类原料？ 一般按原料的工艺特性分为：可塑性原料、瘠性原料、熔剂性原料和功能性原料四大类。 2. 传统陶瓷的三大类原料是什么？ 答：粘土、石英、长石 3. 指出粘土、粘土矿物、高岭土、高岭石的差异 答：黏土是一类岩石的总称，这有利于区分黏土、黏土矿物、高岭土、高岭石等这些名词的不同 黏土矿物：含水铝硅酸盐，组成黏土的主体，其种类和含量是决定黏土类别、工业性质的主要因素。高岭土主要由高岭石组成的黏土称为高岭土。 4. 说明原生粘土和次生粘土的特点 答：原生粘土：一次粘土，母岩风化后在原地留下来的粘土，产生的可溶性盐被水带走，因此质地较纯，耐火度高，颗粒较粗，可塑性差； 次生粘土：二次粘土、沉积粘土，由河水或风力将风化产生的粘土迁移至低洼地带沉淀所成。颗粒较细，可塑性好，夹杂其它杂质，耐火度差。 5. 粘土按耐火度可分为哪几类，各自特点是什么？P17 6. 粘土的化学组成主要是什么？主要化学成分为SiO2、A12O3和结晶水（H2O）。 分别说明氧化铝、二氧化硅、氧化铁/二氧化钛、碱金属/碱土金
属氧化物、有机质对粘土烧结的影响 （1）SiO2 ：若以游离石英状态存在的SiO2多时，黏土可塑性降低，但是干燥后烧成收缩小。 （2）Al2O3 ：含量多，耐火度增高，难烧结。 （3）Fe2O3＜1％，TiO2 ＜0.5％：瓷制品呈白色，含量过高，颜色变深，还影响电绝缘性。 （4）CaO、MgO、K2O、Na2O：降低烧结温度，缩小烧结范围。（5）H2O、有机质：可提高可塑性，但收缩大。 7. 粘土中根据矿物的性质和数量可以分为哪两类？哪些是有益杂质矿物，哪些是有害杂质？ 根据性质和数量分为两大类：黏土矿物和杂质矿物 有益杂质：石英、长石 有害杂质：碳酸盐、硫酸盐、金红石、铁质矿物 8. 指出碳酸盐、硫酸盐对陶瓷烧结的影响 碳酸盐主要是方解石、菱镁矿；硫酸盐主要是石膏、明矾石等。一般影响不大，但以较粗的颗粒存在时。往往使坯体烧成后吸收空气中的水分而局部爆裂。 9. 粘土矿物主要有哪三类？各自结构上有什么特点？试用材料分析手段说明如何鉴别高岭石、蒙脱石等 粘土矿物。a．高岭石类: b．蒙脱石类: c．伊利石类:杆状以及蠕虫状。二次高岭土中粒子形状不规则，
史上最全的陶瓷材料3D打印技术经验解析
精心整理史上最全的陶瓷材料3D打印技术解析 南极熊3D打印网2017-07-11现在已经陆续出现一些陶瓷3D打印机，价格100万到500万人民币的都有。南极熊希望下文可以给读者带来全面的认识。“增材制造”的理念区别于传统的“去除型”制造。传统数控制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余 体模型，而后用分层软件对其进行分层处理，即将三维模型分成一系列的层，将每一层的信息传送到成型机，通过材料的逐层添加得到三维实体制件。跟传统模型制作相比，3D打印具有传统模具制作所不具备的优势：1.制作精度高。经过20年的发展，3D打印的精度有了大幅度的提高。目前市面上的3D打印成型的精度基本上都可以控制在0.3mm以下；2.制作周
期短。传统模型制作往往需要经过模具的设计、模具的制作、制作模型、修整等工序，制作的周期长。而3D打印则去除了模具的制作过程，使得模型的生产时间大大缩短，一般几个小时甚至几十分钟就可以完成一个模型的打印；3.可以实现个性化制作。3D打印对于打印的模型数量毫无限制，不管一个还是多个都可以以相同的成本制作出来，这个优势为3D打印开 陶瓷材料烧结性能非常重要，陶瓷颗粒越小，表面越接近球形，陶瓷层的烧结质量越好。陶瓷粉末在激光直接快速烧结时，液相表面张力大，在快速凝固过程中会产生较大的热应力，从而形成较多的微裂纹。目前，陶瓷直接快速成型工艺尚未成熟，国内外正处于研究阶段，还没有实现商品化。目前，比较成熟的快速成型方法有如下几种：分层实体制造(简称LOM）；
熔化沉积造型（简称FDM）；形状沉积成型（简称SDM）；立体光刻（简称SLA）；选区激光烧结（简称SLS)；喷墨打印法(简称IJM）。2.1分层实体制造（LOM）分层实体制造采用背面涂有热熔胶的薄膜材料为原料，用激光将薄膜依次切成零件的各层形状叠加起来成为实体件，层与层间的粘结依靠加热和加压来实现。LOM最初使用的材料是纸，做出的部件相当于木 和 面LOM LOM ABS 末和有机粘结剂相混合，用挤出机或毛细血管流变仪做成丝后用FDM设备做出陶瓷件生胚，通过粘结剂的去除和陶瓷生胚的烧结，得到较高密度的陶瓷件。适用于FDC工艺的丝状材料必须具备一定的热性能和机械性能，黏度、粘结性能、弹性模量、强度是衡量丝状材料的四个要素。基于这样的限制条件，Rutgers大学的陶瓷研究中心开放出称为RU系列的有机粘结
第十章 材料的强化
第十部分材料的强化 韧性是材料变形和断裂过程中吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现；强度是材料抵抗变形和断裂的能力，塑性则表示材料断裂时总的塑变程度．材料在塑性变形和断裂全过程中吸收能量的多少表示韧性的高低．金属材料缺口试样落锤冲击试验侧得的韧性指标称为冲击韧性．高分子材料冲击试验的韧性指标通常称为冲击强度或冲击韧度． 第一节材料强化基本原理 1、固溶强化纯金属经适当的合金化后强度、硬度提高的现象 根据强化机理可分为无序固溶体和有序固溶体 固溶强化的特点： （1）溶质原子的原子数分数越大，强化作用越大； （2）溶质原子与基体金属原子尺寸相差越大，强化作用越大； （3）间隙型溶质原子比置换原子有更大的固溶强化作用； （3）溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，固溶强化越明显。 2、细晶强化 多晶体金属的晶粒通常是大角度晶界，相邻取向不同的的晶粒受力发生塑性变形时，部分晶粒内部的位错先开动，并沿一定晶体学平面滑移和增殖，位错在晶界前被阻挡，当晶粒细化时，需要更大外加力才能使材料发生塑性变形，从而达到强化的目的。 霍尔-佩奇公式：σ s =σ+K y d-1/2 3、位错强化 （1）晶体中的位错达到一定值后，位错间的弹性交互作用增加了位错运动的阻力。可以有效地提高金属的强度。 流变应力τ和位错密度的关系： （2）加工硬化 定义：金属经冷加工变形后，其强度、硬度增加、塑性降低。 单晶体的典型加工硬化曲线：τ~θ曲线的斜率θ=d τ/d θ称为“加工硬化速率” ·曲线明显可分为三个阶段： I．易滑移阶段：发生单滑移，位错移动和增殖所遇到的阻力很小，θ I 很低，约为10-4G数量级。 II．线性硬化阶段：发生多系滑移，位错运动困难，θ II 远大于θ I 约为 G/100—G/300 ，并接近于 一常数。 III．抛物线硬化阶段：与位错的多滑移过程有关，θ III 随应变增加而降低，应力应变曲线变为抛物线。 4、沉淀相颗粒强化 当第二相以细小弥散的微粒均匀分布在基体相中时，将产生显著的强化作用，通常将微粒分成不可变形的和可变形的两类。 （1）可变形微粒的强化作用——切割机制 ·适用于第二相粒子较软并与基体共格的情形 强化作用主要决定于粒子本身的性质以及其与基体的联系，主要有以下几方面的作用： A．位错切过粒子后产生新的界面，提高了界面能。 B．若共格的粒子是一种有序结构，位错切过之后，沿滑移面产生反相畴，使位错切过粒子时需要附加应力。 C．由于粒子的点阵常数与基体不一样，粒子周围产生共格畸变，存在弹性应变场，阻碍位错运动。
高技术陶瓷
1、高技术陶瓷和普通陶瓷的区别。 高技术陶瓷和普通陶瓷主要有一下区别： （1）在原料上，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界限，代之以“高度精选的原料”（2）在成分上，传统陶瓷的组成由粘土的组成决定，所以不同产地的陶瓷有不同的质地。特种陶瓷的原料一般是纯化合物，因此其成分由人工配比而不是由原料产地决定。 （3）在制备工艺上，突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用诸如真空烧结，保护气氛烧结，热压，热等静压等先进手段。 （4）在性能上，特种陶瓷具有不同的特殊性能和功能，如高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘，以及在磁、电、光、声、生物工程各方面具有的特殊功能。 高技术陶瓷（特种陶瓷的分类） 2、高技术陶瓷分类：结构陶瓷；功能陶瓷 3、高温结构陶瓷分类 （1）高熔点氧化物，如Al2O3、ZrO2、MgO、BeO等，它们的熔点一般都在2000℃以上；（2）碳化物，如SiC、WC、TiC、HfC、NbC、TaC、B4C、ZrC、等； （3）膨化物，如HfB2、ZrB2等，膨化物具有很强的抗氧化能力； 陶瓷，氮化物常具有很高的硬度； （5）硅化物，如MoSi2、ZrSi等，在高温使用中由于制品表面生成二氧化硅或者硅酸盐保护膜，所以抗氧化能力强。 4、高温结构陶瓷性能特点 高温结构陶瓷具有高熔点，较高的高温强度和较小的高温蠕变性能，以及较好的耐热震性、抗腐蚀、抗氧化和结构稳定性等。高温结构陶瓷包括高温氧化物和高温非氧化物（或称难熔化合物）两大类。 5、高温结构陶瓷原料制备工艺？高温结构陶瓷制备工艺？ 粉末制备——原料处理———成形——烧结——加工——成品 热成形 ●成型前的原料处理： （1）原料煅烧 目的：①去除原料中易挥发的杂质，化学接合和物理吸附的水分、气体、有机物等，从而提高原料的纯度；②使原料颗粒致密化及结晶长大③完成同质异构的晶型转变，形成稳定的结晶相 （2）原料的混合 （3）塑化 （4）造粒 造粒方法：普通造粒法、加压造粒法、喷雾造粒法、冻结干燥法 ●高温结构陶瓷成形方法 ①粉料成形方法，或称粉料压制法，如钢模压制、捣打成形、冷等静压制、干袋式等静压制等 ②塑性料团成形方法，或称可塑成型方法，如可塑毛坯挤压、轧膜成形等 ③浆料成形方法，或称注浆成形方法，如粉浆教主、离心浇筑、流延成型等 ④热致密化成形方法，如热压、热等静压、热锻等 ⑤注射成形 ⑥其他成形方法，如熔铸法、等离子喷射成形、化学蒸镀等
陶瓷工艺学
一、填空题 1、添加瘠性原料则降低塑性泥料的塑性变形，增加水含量则泥料的屈服值降低，延伸变形量增大。（降低或升高、增大或减少） 2、钾长石的矿物实验式为K2OAl3O26SiO2。 3、按照陶瓷坯体结构不同和坯体致密度的不同，把所有的陶瓷制品分为两大类：陶器和瓷器。 4、干燥过程主要排除坯料内部的自由水。 5、玻璃相在日用瓷胎显微结构中所占的比例最大，它的数量、化学组成与分布状态决定着瓷胎的性能。 6、绢云母质瓷采用还原焰烧成，具有白里泛青特色，成为中国瓷的传统风格和独有特点。 7、造粒的方法目前常用的有三种，即喷雾造粒、普通造粒法、加压造粒法。 8、乳浊釉根据产生乳浊方法不同可分为：气相乳浊、液相乳浊、固相乳浊。 9、滚压成形按模型的凹凸可分为阳模滚压和阴模滚压。 10、陶瓷颜料用的原料一般分为色基、载色母体和矿化剂。 11、压力制度是保证温度制度及气氛制度实现的条件。 二、判断题 1、远红外线干燥，是辐射干燥的一种。（√） 2、为保证匣钵在使用温度下体积的稳定性，匣钵必须在高于制品烧成温度下预先烧制。（√） 3、精陶质釉面砖一般采用二次烧成。（√） 4、热压铸成形的坯体，要预先进行排蜡。（√） 5、锂辉石是一种良好的助熔原料。（√） 6、釉粘度过大，易产生釉面不光滑和橘釉等缺陷，釉粘度过小，易产生流釉、堆釉和干釉 等缺陷。（√） 7、窑内气氛对釉面的表面张力有影响，在还原气氛下的表面张力比在氧化气氛下的表面张 力大。（√） 8、在制作裂纹艺术釉时，使釉的膨胀系数大于坯的膨胀系数。（√） 9、由于釉面砖制品表面施乳浊釉遮盖坯体，因此对坯体质量没有什么要求。（×） 10、青釉，天目釉，铜红釉均属于低温釉。（×） 11、通常用热空气干燥，湿扩散和热扩散的方向一致，有利于干燥的进行。（×） 12、釉的膨胀系数大于坯时，釉面会产生龟裂和剥落。（×） 13、一般的红色颜料如锆铁红，锰桃红，镉硒红等都可以用于高温烧成制品的装饰。（×） 14、天然粘土不能用一个固定的化学式来表示，同时它也无一定的熔点。（√） 15、钾长石和钙长石在任意情况下可以任意比例互溶。（×）
《陶瓷工艺学》试题
陶瓷工艺学试题库 一．名词术语解释 1.陶瓷显微结构——在显微镜下观察到的陶瓷组成相的种类、形状、 大小、数量、分布、取向；各种杂种（包括添加物）与显微缺陷的存在形式、分布；晶界特征。 2.胎釉适应性——釉层与胎具有相匹配的膨胀系数，不致于使釉出现 龟裂或剥落的性能。 3.实验式——表示物质成分中各种组分数量比的化学式。陶瓷物料通 常以各种氧化物的摩尔数表示。 4.坯式——表示陶瓷坯料或胎体组成的氧化物按规定顺序排列的实验 式。 5.釉式——表示陶瓷釉料或釉组成的氧化物按规定顺序排列的实验 式。 6.粘土矿物——颗粒大小在2μm以下，具有层状结构的含水铝硅酸盐 晶体矿物。 7.粘土—一种天然细颗粒矿物集合体，主体为粘土矿物，并含有部分 非粘土矿物和有机物。与水混合具有可塑性。 8.一次粘土——母岩经风化、蚀变作用后形成的残留在原生地，与母 岩未经分离的粘土。 9.二次粘土——一次粘土从原生地经风化、水力搬运到远地沉积下来 的粘土。 10.高岭石——一种二层型结构的含水铝硅酸矿物(Al 2O 3 ·2S? O2·2H 2 O)，因首次在我国江西景德镇附近的高岭村发现而命名。 11.瓷石——一种可供制瓷的石质原料，主要矿物为绢云母和石英，或 含有少量长石、高岭石和碳酸盐矿物。 12.石英——天然产出的结晶态二氧化硅。 13.长石——一系列不含水的碱金属或碱土金属铝硅酸盐矿物的总称。 14.陶瓷工艺——生产陶瓷制品的方法和过程。 15.坯釉配方——坯料，釉料中各种原料配合的重量百分数。 16.细度——指固体颗粒的大小。陶瓷生产中习惯用标准筛的筛余量来 表示。 17.成型——将坯料制成具有一定形状和规格的坯体的操作。 18.可塑成型——在外力作用下，使可塑坯料发生塑性变形而制成坯体 的方法。 19.滚压成型——用旋转的滚头，对同方向旋转的模型中的可塑坯料进 行滚压，坯料受压延力的作用均匀展开而形成坯体的方法。 20.注浆成型——将泥浆注入多孔模型内，当注件达到所要求的厚度时， 排除多余的泥浆而形成空心注件的注浆法。 21.实心注浆——泥浆中的水分被模型吸收，注件在两模之间形成，没 有多余的泥浆排出的注浆法。 22.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。 23.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。
史上最全的陶瓷材料3D打印技术解析
史上最全的陶瓷材料3D打印技术解析 南极熊3D打印网2017-07-11 现在已经陆续出现一些陶瓷3D打印机，价格100万到500万人民币的都有。南极熊希望下文可以给读者带来全面的认识。“增材制造”的理念区别于传统的“去除型”制造。传统数控制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余材料，得到零部件，再以拼接、焊接等方法组合成最终产品。而“增材制造”与之不同，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产生的研制周期，提高效率并降低成本。陶瓷材料具有优良高温性能、高强度、高硬度、低密度、好的化学稳定性，使用其在航天航空、汽车、生物等行业得到广泛应用。而陶瓷难以成型的特点又限制了它的使用，尤其是复杂陶瓷制件的成型均借助于复杂模具来实现。复杂模具需要较高的加工成本和较长的开发周期，而且，模具加工完毕后，就无法对其进行修改，这种状况越来越不适应产品的改进即更新换代。采用快速成型技术制备陶瓷制件可以克服上述缺点。快速成型也叫自由实体造型，是20世纪60年代中期兴起的高兴技术。1.陶瓷3D打印快速成型技术的本质是采用积分法制造三维实体，在成型过程中，先用三维造型软件在计算机生成部件的三维实体模型，而后用分层软件对其进行分层处理，即将三维模型分
成一系列的层，将每一层的信息传送到成型机，通过材料的逐层添加得到三维实体制件。跟传统模型制作相比，3D 打印具有传统模具制作所不具备的优势： 1.制作精度高。经过20年的发展，3D 打印的精度有了大幅度的提高。目前市面上的3D打印成型的精度基本上都可以控制在0.3 mm 以下； 2. 制作周期短。传统模型制作往往需要经过模具的设计、模具的制作、制作模型、修整等工序，制作的周期长。而3D打印则去除了模具的制作过程，使得模型的生产时间大大缩短，一般几个小时甚至几十分钟就可以完成一个模型的打印；3. 可以实现个性化制作。3D打印对于打印的模型数量毫无限制，不管一个还是多个都可以以相同的成本制作出来，这个优势为3D打印开拓新的市场奠定了坚实的基础； 4. 制作材料的多样性。一个3D 打印系统往往可以实现不同材料的打印，而这种材料的多样性可以满足不同领域的需要。比如金属、石料、高分子材料都可以应用于3D 打印。 5. 制作成本相对低。虽然现在3D 打印系统和3D 打印材料比较贵，但如果用来制作个性化产品，其制作成本相对就比较低了。加上现在新的材料不断出现，其成本下降将是未来的一种趋势。有人说在今后的十年左右，3D 打印将会走进普通百姓家里。 2 陶瓷3D打印的主要技术分类3D 打印用的陶瓷粉末是陶瓷粉末和某一种粘结剂粉末所组成 的混合物。由于粘结剂粉末的熔点较低，激光烧结时只是将
材料科学基础第十章答案
材料科学基础第十章答案
第十章答案 10-1名词解释：烧结烧结温度泰曼温度液相烧结固相烧结初次再结晶晶粒长大二次再结晶 （1）烧结：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。 （2）烧结温度：坯体在高温作用下，发生一系列物理化学反应，最后显气孔率接近于零，达到致密程度最大值时，工艺上称此种状态为"烧结"，达到烧结时相应的温度，称为"烧结温度"。 （3）泰曼温度：固体晶格开始明显流动的温度，一般在固体熔点（绝对温度）的2/3处的温度。在煅烧时，固体粒子在塔曼温度之前主要是离子或分子沿晶体表面迁移，在晶格内部空间扩散（容积扩散）和再结晶。而在塔曼温度以上，主要为烧结，结晶黏结长大。 （4）液相烧结：烧结温度高于被烧结体中熔点低的组分从而有液相出现的烧结。 （5）固相烧结：在固态状态下进行的烧结。 （6）初次再结晶：初次再结晶是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。 （7）晶粒长大：是指多晶体材料在高温保温过程中系统平均晶粒尺寸逐步上升的现象.
（8）二次再结晶：再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。 10-2烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移，各适用于何种烧结机理? 解：推动力有：（1）粉状物料的表面能与多晶烧结体的晶界能的差值， 烧结推动力与相变和化学反应的能量相比很小，因而不能自发进行，必须加热!! （2）颗粒堆积后，有很多细小气孔弯曲表面由于表面张力而产生压力差， （3）表面能与颗粒之间形成的毛细管力。 传质方式：（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）黏滞流动和塑性流动等，一般烧结过程中各不同阶段有不同的传质机理，即烧结过程中往往有几种传质机理在起作用。 10-3下列过程中，哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩?试说明理由。（1）蒸发－冷凝；（2）体积扩散；（3）粘性流动；（4）晶界扩散；（5）表面扩散；（6）溶解－沉淀 解：蒸发－凝聚机理（凝聚速率＝颈部体积增加）
特种陶瓷材料
特种陶瓷材料 电气05 黄纯 内容摘要：材料是人类用以制作有用物件的物质，是人类社会进步的物质基础和先导。人类历史的发展无不伴随着材料的发明，应用和发展。从原始社会以来，人类经历了石器时代，青铜时代和铁器时代。现在已经跨进按照人类需要设计材料，合成材料和应用材料的新时代。目前，材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志。 关键词：特种精细陶瓷材料性能形成基础应用发展 陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。陶瓷材料分为普通陶瓷（传统陶瓷）材料和特种陶瓷（现代陶瓷）材料两大类。 普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。 特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应
各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。 人们研究构成陶瓷的陶瓷材料的基础，使陶瓷的概念发生了很大的变化。陶瓷内部的力学性能是与构成陶瓷的材料的化学键结构有关，在形成晶体时能够形成比较强的三维网状结构的化学物质都可以作为陶瓷的材料。这重要包括比较强的离子键的离子化合物，能够形成原子晶体的单质和化合物，以及形成金属晶体的物质。他们都可以作为陶瓷材料。其次人们借鉴三维成键的特点发展了纤维增强复合材料。更进一步拓宽了陶瓷材料的范围。因此陶瓷材料发展成了可以借助三维成键的材料的通称。陶瓷的概念就发展成为可以借助三维成键的材料，通过成型和高温烧结所得到的烧结体。 研究陶瓷的结构和性能的理论的展开：陶瓷材料，内部微结构（微晶晶面作用，多孔多相分布情况）对力学性能的影响得到了发展。材料（光，电，热，磁）性能和成形关系，以及粒度分布，胶着界面的关系也得到发展，陶瓷应当成为承载一定性能物质存在形态。这里应该和量子力学，纳米技术，表面化学等学科关联起来。陶瓷学科成为一个综合学科。 陶瓷材料又称精细陶瓷，它以抗高温、超强度、多功
陶瓷工艺学案例集
《陶瓷工艺学》案例集 由于陶瓷工艺学是一门实践性很强的课程，为了提高本课程的教学质量，特编写案例案，本案例主要针对工厂的实际情况，教师科研中遇到的问题，还有研究生和本科生在做实验中遇到的问题，集结成30个案例，这些案例包括陶瓷生产的原料，生产工艺过程和产品质量分析等七大模块的重要知识点： 案例1. 某生产仿石砖的工厂，对砂、石料要进行滴加盐酸检测实验，滴盐酸检测规范如下：取混均匀的砂、石料约50～100g于塑料容器中，倒入约100～200ml（1＋1）盐酸，仔细观察是否有气泡产生，及作出产生的气泡是较少、较多、还是大量的判定。请问这个滴盐酸是检测什么成分？原理是什么？ 答：主要检测是碳酸钙的含量，因为碳酸钙与盐酸起反应，会放出气泡，，如果起泡就不能用来做面釉的，一般控制氧化钙含量小于0.8%，最好小于0.5%。 案例2 以下表格是某生产抛釉砖的工厂，对煅烧粘土和烧滑石的质量要求，请根表格分析为什么工厂中对粘度类原料控制其中氧化铝和氧化铁的含量，为什么对其他成分不做要求。工厂中为什么对滑石原料提出氧化镁做出要求，而与此则还对氧化钙和氧化铁做出要求，如果氧化钙和氧化铁量多一些会产生什么样的后果， （ISO体系文件）外购物资验收标准 文件名称外购物资验收标准 (矿物原料——仿古、抛釉 砖用) 文件 编号 QB/HLF 01.02页号第2 页第A版第0次修改 项目 名称要求外观质量水份 （%）化学成份(%)配釉试烧 备注： 配方主管 可改动 煅烧高岭土质量 标准 白色粉末状，质 地均匀，无杂质。 ≤1.0% Al2O3≥40.0 Fe2O3≤0.3 用刮釉器刮釉或淋釉于干坯上、 试烧后，与标样釉面对比效果一 致，包括：白度、烧结度、光泽 度、针孔、杂质。 配釉配方： 高岭土20g 面釉浆100g 重点项目： 水份 化学成份 配釉试烧 让步 接收 超0.1% 扣0.1% Al2O3每低0.1% 扣0.2% 根据实际情况酌情处理。
几种功能陶瓷材料的研究与发展现状
几种功能陶瓷材料的研究与发展现状 摘要 功能陶瓷作为一种新型的无机非金属材料，以其优越的性能正越来越多地应用到社会生活中来，同时对于它的研究也仍在不断的深入与发展。由于功能陶瓷材料的种类繁多，本文主要介绍了目前涉及比较广泛的铁电压电陶瓷材料，半导体陶瓷材料以及微波介质陶瓷材料的研究概况与进展。 关键词：铁电陶瓷压电陶瓷半导体陶瓷微波介质陶瓷 前言 功能陶瓷主要是指那些利用电磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的先进陶瓷（现代陶瓷）。功能陶瓷的发展经历了电介质陶瓷、压电铁电陶瓷、半导体陶瓷、快离子导体陶瓷、高温超导陶瓷等等一系列的过程，目前已发展成为性能多样、品种繁多、使用广泛、市场占有份额很高的一大类先进陶瓷材料。功能陶瓷的不断开发，对科学技术的发展起了巨大的促进作用，其应用领域也随之更为广泛。[1]目前主要用于电、磁、光、声、热和化学等信息的检测、转换、传输、处理和存储等，并已在电子信息、集成电路、计算机、能源工程、超声换能人工智能、生物工程等众多近代科技领域显示出广阔的应用前景。当前功能陶瓷正朝着复合化，多功能化，低维化，智能化和设计、材料、工艺一体化的方向进一步的发展。 一、铁电压电陶瓷材料的研究进展 [2]近年来，随着电子器件微型化、智能化的发展，各种性能优良、能满足制备体积更小电子器件的新型材料成为材料科学界的研究热点之一。铁电压电材料因其具有独特的电学、光学和光电子学性能，在现代微电子、信息存储等方面有着广泛的应用前景，已经成为当前新型功能材料研究的热点之一，其主要可以分为以下几大类。 1、弛豫铁电体 弛豫铁电体是指顺电—铁电转变，属弥散相变的铁电材料，一般为复合型化和物或固溶体。由于弛豫型铁电体具有很高的介电常数，相对低的烧结温度和“弥散相变”得到的较低容温变化率、大的电致伸缩系数和几乎无滞后的特点，使其在多层陶瓷电容器及新型电致伸缩器件方面有着巨大的应用前景。 近年来，弛豫铁电陶瓷的研究一直是人们关注的热点。[3]铌镁酸铅—钛酸铅单晶可
第七章 合成高分子材料 综合复习资料及参考答案上课讲义
第七章合成高分子材料 一、选择题 1、下列＿＿属于热塑性塑料。 ①聚乙烯塑料②酚醛塑料③聚苯乙烯塑料④有机硅塑料 A ①② B ①③ C ③④ D ②③ 2、填充料在塑料中的主要作用是。 A、提高强度 B 降低树脂含量 C 提高耐热性 D A＋B＋C 3、按热性能分，以下哪项属于热塑性树脂。 A 聚氯乙烯 B 聚丙稀 C 聚酯 D A＋B 二、是非判断题 1、由单体自备聚合物的基本方法有加聚反应和缩聚反应。 2、热塑性树脂与热固性树脂相比具有强度大，粘结力强，变形小等特点，可用于结构 材料。 3、聚合物的老化主要是由于高分子发生裂解这一类不可逆的化学反应造成的。 4、塑料和橡胶的最高使用温度称为玻璃化温度。 三、填空题 1、根据分子的排列不同，聚合物可分为＿＿聚合物，＿＿聚合物和＿＿聚合物。 2、塑料的主要组成包括合成树脂，＿＿，＿＿和＿＿等。 四、名词解释 1、热塑性树脂 2、热固性树脂 五、问答题 1、某装修公司要承包一间歌舞厅的内外装修，欲采用塑料地板，妥否？ 2、在粘结结构材料或修补建筑结构（如混凝土、混凝土结构）时，一般宜选用哪类合成树脂胶粘剂？为什么？ 3、现在建筑工程上倾向于使用塑料管代替镀锌管，请比较塑料管与镀锌管的优缺点。 4、选用何种地板会有较好的隔音效果？ 5、某建筑工程需要给铝合金门窗的玻璃密封，现有三种密封膏（单组分硅酮密封膏，双组分聚氨酯密封膏，双组分聚硫橡胶建筑密封膏），请问选那一种较好？原因何在？ 6、试根据你在日常生活中所见所闻，写出5种建筑塑料制品的名称。 7、与传统建筑材料相比较，塑料有哪些优缺点？ 8、某高风压地区的高层建筑有两种窗可选择 A. 塑钢窗 B. 铝合金窗 9、热塑性树脂与热固性树脂中哪类宜作结构材料，哪类宜作防水卷材、密封材料？
陶瓷工艺学试题
陶瓷工艺学试题 一．名词术语解释 1．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，这种性质统称为触变性。 2．晶界：结晶方向不同的、直接接触的同成分晶粒间的交界处称为晶界。3．白度：白度指陶瓷坯体表面对白光的漫反射能力，是陶瓷对白光的反射强度与理想的白色标准物体所反射白光强度之比的百分数。 4．等静压成型：等静压成型是装在封闭模具中的粉体在各个方向同时均匀受压成型的方法。 5．快速烧成：烧成时间大幅缩短而产品性能与通常烧成的性能相近得烧成方法称为快速烧成。 6.陶瓷的显微结构：显微结构是指在光学或电子显微镜下分辨出的试样中所含相的种类及各相的数量、颗粒大小、形状、分布取向和它们相互之间的关系。 7.微波干燥：微波干燥是以微波辐射使生坯内极性强的分子，主要是水分子的运动随交变电场的变化而加剧，发生摩擦而转化为热能使生坯干燥的方法。 8.烧成温度：烧成温度是指陶瓷坯体烧成时获得最优性能时的相应温度（即烧成时的止火温度）。 9.一次粘土——母岩经风化、蚀变作用后形成的残留在原生地，与母岩未经分离的粘土。 10.二次粘土——一次粘土从原生地经风化、水力搬运到远地沉积下来的粘土。 11.陶瓷工艺——生产陶瓷制品的方法和过程。 12.粉碎——使固体物料在外力作用下，由大块分裂成小块直至细粉的操作。 13.练泥——用真空练泥机或其他方法对可塑成型的坯料进行捏练，使坯料中气体逸散、水分均匀、提高可塑性的工艺过程。 14.陈腐——将坯料在适宜温度和高湿度环境中存放一段时间，以改善其成型性能的工艺过程。 15.筛余量——指物料过筛后，筛上残留物的重量占干试样总重量的百分数。 16.成型——将坯料制成具有一定形状和规格的坯体的操作。 17.可塑成型——在外力作用下，使可塑坯料发生塑性变形而制成坯体的方法。 18.注浆成型——将泥浆注入多孔模型内，当注件达到所要求的厚度时，排除多余的泥浆而形成空心注件的注浆法。 19.干燥制度——为达到最佳的干燥效果，对干燥过程中各个阶段的干燥时间和速度、干燥介质的温度和湿度等参数的规定。 20.烧成制度——为烧成合格陶瓷制品和达到最佳烧成效果，对窑内温度、气氛、压力操作参数的规定。 21.一次烧成——施釉或不施釉的坯体，不经素烧直接烧成制品的方法。 22.氧化气氛——窑内气体具有氧化能力，其空气过剩系数大于1，称窑内气氛为氧化气氛。 23.陶器——一种胎体基本烧结、不致密、吸水率大于3%、无透光性、断面粗糙无光、敲击声沉浊的一类陶瓷制品。 24.瓷器——陶瓷制品中，胎体玻化或部分玻化、吸水率不大于3%、有一定透光性、断面细腻呈贝壳状或石状、敲击声清脆的一类制品。
ZrO2精细陶瓷材料湿法成型工艺概述
ZrO2精细陶瓷材料湿法成型工艺概述 摘要：Zr02具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下为导体等良性质。在20世纪70年代出现了氧化锆陶瓷增韧材料，使氧化锆陶瓷材料的力学性能获得了大幅度的提高，极大的扩展了Zr02在结构陶瓷领域的应用。 本文主要介绍了论述了氧化锆精细陶瓷材料的湿法成型工艺的有关研究现状，分析了不同工艺方法的优缺点和应用领域。 关键词：关氧化错高性能陶瓷制备应用 就目前陶瓷制备工艺的发展水平来看，成型工艺在整个陶瓷材料的制备过程中起着承上启下的作用，是保证陶瓷材料及部件的性能可靠性及生产可重复性的关键，与规模化和工业化生产直接相关。下面介绍氧化锆精细陶瓷材料湿法成型较为常用的几种方法。 一、注浆成型 注浆成型属于传统工艺，适合制备形状复杂的大型陶瓷部件，但坯体质量，包括外形、密度、强度等都较差，工人劳动强度大且不适合自动化作业。 二、热压铸成型 热压铸成型是在较高温度下使陶瓷粉体与粘结剂(石蜡)混合，获得热压铸用的浆料，浆料在压缩空气的作用下注入金属模具，保压冷却，脱模得到蜡坯，蜡坯在惰性粉料保护下脱蜡后得到素坯，素坯再经高温烧结成瓷。热压铸成型的生坯尺寸精确。内部结构均匀，模具磨损较小，生产效率高，适合各种原料。蜡浆和模具的温度需严格控制，否则会引起欠注和变形，因此不适合用来制造大型部件，同时两步烧成工艺较为复杂，能耗较高。 三、流延成型 流延成型是把陶瓷粉料与大量的有机粘结剂、增塑剂、分散剂等充分混合，得到可以流动的粘稠浆料，把浆料加人流延机的料斗，用刮刀控制厚度，经加料嘴向传送带流出．烘干后得到膜坯。此工艺适合制备薄膜材料，为了获得较好的柔韧性而加入大量的有机物，要求严格控制工艺参数，否则易造成起皮、条纹、薄膜强度低和不易剥离等缺陷。所用的有机物有毒性，会产生环境污染，应尽可能采用无毒或少毒体系，减少环境污染。 四、直接凝固注模成型 直接凝固注模成型是由苏黎世联邦工学院开发的一种成型技术。将溶剂水、陶瓷粉体和有机添加剂充分混合形成静电稳定、低粘度、高固相含量的浆料，在其中加入可改变浆料pH值或增加电解质浓度的化学物质，然后将浆料注入到无孔模中。工艺过程中控制化学反应的进行，使注模前反应缓慢，浆料保持低粘度，注模后反应速度加快，使流态的浆料转变为固态的坯体。得到的生坯具有很好的机械性能，强度可以达5×103Pa。生坯经脱模、干燥、烧结后，形成所需形状的陶瓷部件。其优点是不需或只需少量的有机添加剂(小于1％)，坯体不需脱脂，密度均匀，相对密度高(55～70％)，可以成型大尺寸、形状复杂的陶瓷部件。其缺点是添加剂价格昂贵，反应过程中一般有气体放出。 五、注射成型 注射成型在20世纪70年代末80年代初开始应用于陶瓷零部件的成型。该方法通过添加大量有机物来实现瘠性物料的塑性成型，是陶瓷可塑成型工艺中最普遍的一种方法。在成形过程中，除了使用热塑性有机物(如聚乙烯、聚苯乙烯)
中国特种陶瓷现状
中国特种陶瓷现状 能源，材料和信息是当代文明的三大支柱。新材料是新技术，新产业赖以形成和发展的基础，特种陶瓷（工程结构陶瓷，电子陶瓷，生物陶瓷）具有电、声、光、磁、热、力学、化学、医学等一种或多种物理，化学功能，在许多场合不论现在或将来都不能为其它材料所取代，已成为用途广泛，迅速发展的新兴产业，各发达国家均投入大量人力，物力研究和开发，竞争十分激烈。美国提出的“先进材料与材料制备”计划，每年用于材料研究工程费高达20~25亿美元，以提高其竞争力，越来越多的国家已意识到，就某种意义上说，谁掌握了高性能材料，谁就掌握了未来的先进技术，另一方面，特种陶瓷材料属技术密集，知识密集的学科，材料的性能不仅与化学组成有关，而且很大程度上取决于材料内部结构,而结构的形成又与材料制备起始状况，工艺过程等密切相关。因此研究开发的特点是要求高，难度大，获取技术和情报困难，引进高级技术，人才十分不易，价格十分昂贵。 当前工程结构陶瓷的研究经历了一段全球“陶瓷热”的鼎盛时期后已逐渐冷静下来，转入深入细致的基础性工作。针对结构陶瓷的弱点之一的脆性，近年来，陶瓷材料科学家围绕提高陶瓷韧性方面进行了许多卓有成就的研究；电子信息正向着集成化，微型化和智能化方向发展，相应地要求电子元器件逐步向微型化、薄膜化、多功能、高效能、高可靠性和高稳定性方向发展；生物陶瓷作为医用材料和金属材料.高分子材料相比，具有生物相容性好的优点，正受到医疗界的重视，已成功用于人造骨，关节，牙齿等。 特种陶瓷种类繁多，本文仅就某些陶瓷材料及其相关问题，提出某些见解进行商讨，以期促进我省，我国特种陶瓷的迅速发展。 1、基础研究和应用基础研究 特种陶瓷材料的开发应用首先依赖于新材料的发现和人工合成。由于现代科学技术的发展，化学与材料科学的发展与有机结合，产生了材料化学，物理与材料科学紧密结合形成了材料物理。近百年来，新化合物、固溶体、多晶型等不断涌现。特种陶瓷领域中，合成化合物及材料特性方面取得了某些重大进展（表1）。 伴随着电子陶瓷元器件向轻、薄、短、小、多功能、高性能、高可靠性、高密度表面组装的发展需要，以及日益激烈的市场竞争,要求高合格率和低成本化，必须加强基础研究和应用基础研究。当前国内虽然有一批知名企业、单位，正从事这方面相关的研究工作，并已取得了长足的进步。但另一方面大都为跟踪研究，很少或缺乏独立自主的基础研究和应用基础研究。例如，有人对纳米材料基本特性尚缺乏应有的认识，就提出许多纳米产品进行误导；又如陶瓷相图研究国外十分重视，它是一项长期艰苦的复杂工作，国内已很少见到这方面的报导；界面物理化学及陶瓷材料设计等方面的工作，由于对仪器设备，计算技术要求高，费用大，国内至今这方面的工作少见报道；机械装备设计，加工制造与
陶瓷工艺学及答案
1、陶瓷原料按工艺特性可分为哪四类原料？ 一般按原料的工艺特性分为:可塑性原料、瘠性原料、熔剂性原料与功能性原料四大类。 2、传统陶瓷的三大类原料就是什么？ 答:粘土、石英、长石 3、指出粘土、粘土矿物、高岭土、高岭石的差异 答:黏土就是一类岩石的总称,这有利于区分黏土、黏土矿物、高岭土、高岭石等这些名词的不同 黏土矿物:含水铝硅酸盐,组成黏土的主体,其种类与含量就是决定黏土类别、工业性质的主要因素。高岭土主要由高岭石组成的黏土称为高岭土。 4、说明原生粘土与次生粘土的特点 答:原生粘土:一次粘土,母岩风化后在原地留下来的粘土,产生的可溶性盐被水带走,因此质地较纯,耐火度高,颗粒较粗,可塑性差; 次生粘土:二次粘土、沉积粘土,由河水或风力将风化产生的粘土迁移至低洼地带沉淀所成。颗粒较细,可塑性好,夹杂其它杂质,耐火度差。 5、粘土按耐火度可分为哪几类,各自特点就是什么？P17 6、粘土的化学组成主要就是什么？主要化学成分为SiO2、A12O3与结晶水(H2O)。 分别说明氧化铝、二氧化硅、氧化铁/二氧化钛、碱金属/碱土金属氧化物、有机质对粘土烧结的影响
(1)SiO2 :若以游离石英状态存在的SiO2多时,黏土可塑性降低,但就是干燥后烧成收缩小。 (2)Al2O3 :含量多,耐火度增高,难烧结。 (3)Fe2O3＜1％,TiO2 ＜0、5％:瓷制品呈白色,含量过高,颜色变深,还影响电绝缘性。 (4)CaO、MgO、K2O、Na2O:降低烧结温度,缩小烧结范围。 (5) H2O、有机质:可提高可塑性,但收缩大。 7、粘土中根据矿物的性质与数量可以分为哪两类？哪些就是有益杂质矿物,哪些就是有害杂质？ 根据性质与数量分为两大类:黏土矿物与杂质矿物 有益杂质:石英、长石 有害杂质:碳酸盐、硫酸盐、金红石、铁质矿物 8、指出碳酸盐、硫酸盐对陶瓷烧结的影响 碳酸盐主要就是方解石、菱镁矿;硫酸盐主要就是石膏、明矾石等。一般影响不大,但以较粗的颗粒存在时。往往使坯体烧成后吸收空气中的水分而局部爆裂。 9、粘土矿物主要有哪三类？各自结构上有什么特点？试用材料分析手段说明如何鉴别高岭石、蒙脱石等 粘土矿物。a.高岭石类: b.蒙脱石类: c.伊利石类:杆状以及蠕虫状。二次高岭土中粒子形状不规则,边缘折断,尺寸较小。为Al2O3·4SiO2·nH2O 高岭石属三斜晶系,常
新型陶瓷材料的应用与发展
新型陶瓷材料的应用与发展摘要：本文首先简单介绍了传统陶瓷材料向现代新型陶瓷材料转变的过程，新型陶瓷材料克服了传统陶瓷本身内部的缺陷，故使其性能大大提高，扩大了应用领域。然后论述了新型陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷，以及它们耐高温、生物相容性能、电磁性、质量轻等特性及各自的应用领域，重点讨论了新型陶瓷材料在航空航天、军事、生物工程、电子工业等的应用，最后简单说明了新型陶瓷材料的近况和发展趋势。 关键字：新型陶瓷材料应用发展 引言：在当今科技高度发展的工业社会,每一项工业化的成就都与材料科学、材料的制造及实际使用有着密不可分的关联,它使得某些新的科学设想、构思及生产过程得以实现。离开了材料科学与材料工业,世界上的许多科学创造和发明都是难以实现或达到的。陶瓷材料是继金属材料,非金属高分子材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的一种，因为它同时兼有金属和高分子材料两者的共同优点,此外在不断的改性过程中,已使它的易碎裂的性能有了很大的改善。因此,它的应用领域和各类产品都有一个十分明显的提高。 1.传统陶瓷材料到新型陶瓷材料的演变 陶瓷一词(Ceramics) 来源于古希腊Keramos 一词,意为地球之神。传统的陶瓷材料含意很广泛,它主要指铝、硅的氮化物,碳化物,玻璃及硅酸盐类。虽然传统陶瓷具有一定的耐化学腐蚀特性和较高的电阻率、熔点高,可耐高温,硬度高,耐磨损,化学稳定性高,不腐蚀等优点。但它也存在着塑料变形能力差,易发生脆性破坏和不易加工成型等缺点,这些原因大大地限制了在工业的应用范围，特别是在机械工业上的应用。而在电器上的应用也主要局限在高压电瓷瓶及其绝缘体部件等少数几个方面。 为此人们开展对传统的陶瓷材料进行改性研究和有关材料的人工合成开发,现代合成技术已经能够通过物理蒸发溅射(Vapor processing) 溶液法(Aqueous precipitation) 溶胶—凝胶技术(Solgel-technology) 及其它先进技术改造传统陶瓷或人工合成极少缺陷的陶瓷材料,其中较为重要的有Si3N4 ,A12O3 等。合成的陶瓷材料与传统陶瓷材料相比，它的性能大大提高,与其它材料相比,在同样强度下这些材料具有良好的化学、热、机械及摩擦学(tribology)特性。它质轻,可以耐高温,硬度高,抗压强度有时超过金属及合金,具有较强的抗磨性和化学隋性、电及热的绝缘性都相当好,特别是由于采用纯净材料,消除了缺陷( eliminate-defects) , 它的易脆性( brittleness) 得到了极大的改善,因此其应用,特在现代机械业的应用日益广泛。目前巳有大量的新型陶瓷材料被用于工业高温抗磨器件、机械基础元器件,除此之外,电子及电信行业,生物医疗器件乃至于陶瓷记忆材料,超导陶瓷等应用都与新型陶瓷材料的研制与开发有关。 2.新型陶瓷材料特性与分类 新型陶瓷材料按照人们目前的习惯可分为两大类，即结构陶瓷（Structural ceramics）（或工程陶瓷）和功能陶瓷（ Functional ceramics），将具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷列为结构陶瓷，而将具有电、光、磁、化学和生物体特性，且具有相互转换功能的陶瓷列为功能陶瓷。随着科学技术的发展，各种超为基数和符合技术的运用，材料性能和功能相互交叉渗透，确切分类已经逐渐模糊和淡化。根据现代科学技术发展的需要，通过对材料结构性能的设计，新型陶瓷材料的各种特性得到了充分的体现。 3.新型陶瓷的应用与发展 新型陶瓷是新型无机非金属材料, 也称先进陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷, 为什么能得到高速发展, 归纳起来有四方面原因：①具有优良的物理力学性能、高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗热震而且在热、光、声、电、磁、化学、生物等方面具有卓越的功能, 某些性能远远超过现代优质合金和高分子材料, 因而登上新材料革命的主角地位, 满足现代科学技术和经济建设的需要。②其原料取于矿土或经合成而得, 蕴藏量十分丰富。③产品附加值相当高, 而且未来市场仍将持续扩展。④应用十分广泛, 几乎可以渗透到各行各业。 3.1应用领域 功能陶瓷主要在绝缘、电磁、介电以经济光学等方面得到广泛应用；结构陶瓷除了耐低膨胀、耐磨、耐腐蚀外，还有重量轻、高弹性、低膨胀、电绝缘性等特性。因而在很多领域得到应用应该是以陶瓷燃气轮机为代表的耐高温陶瓷部件陶瓷广泛用于道具及模具等耐磨零件，这方面的应用主要是利用陶瓷的高硬度、低磨耗性、低摩擦系数等特性。另一方面，陶瓷材料具有其他材料所没有的高刚性、重量轻、耐蚀性等特性，从而被有效地应用在精密测量仪器和精密机床等上面。另外，因为陶瓷材料具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性，在生物工程以及医疗等方面也得到广泛的应用。下面将分几方面来介绍新型陶瓷材料的应用领域。 1)航空航天材料:陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites） 当前耐高温材料已经成为航天先进材料中的由此岸优先发展方向，材料在高温下的应用对航天技术特别是固体火箭等领域具有极其重要的推动作用。随着航空技术的发展气体涡轮机燃烧室中燃气的温度要求越来越高，并更紧密地依赖于高温材料的研究开发，而先进陶瓷及其陶瓷基复合材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀质量轻等优异性能，是最具有希望代替金属材料用于热端部件的候选材料[4]。为此世界各国开展对陶瓷发动机的研究工作。美、欧、日等越来越多的人体涡轮机设计者们开始用陶瓷基复合材料来制作旋转件和固定件。当前对高温结构陶瓷的研究主要集中于Sic、Si3N4、Al2O3和ZrO2等，尤其以Si3N4高温结构陶瓷最引人注目。这类陶瓷的综合性能较突出，它们有良好的高温强度，已经在航空涡轮发动机等方面得到了应用，非常适用于制作航天发动机