实验一陶瓷墙地砖的制备 陶瓷墙地砖的制备包括坯料和釉浆的制备、坯体成型、施釉、烧成等主要工序。陶瓷墙地砖产品质量的好坏与泥釉料配方、工艺参数及工艺控制密切相关。本实验目标是要求学生制备出陶瓷内外墙砖或地板砖的小件制品，从中体会陶瓷墙地砖的生产工艺技术，提高操作技能。可分组进行各阶段的实验，然后组合在一起，也可以上组为下一组制备泥浆、釉浆和坯体。 一、实验目的 1、掌握坯料、釉料制备方法。 2、掌握和运用粉体、釉浆及产品性能测试技术。 3、掌握陶瓷砖的成型方法。 4、了解陶瓷烧成过程中的物理、化学变化。 5、了解影响陶瓷墙地砖产品质量的因素及改进方法。 二、实验内容 独立设计制作各类陶瓷墙地砖；了解和掌握制备陶瓷砖的工艺步骤（包括配方计算、配料、研磨、成型、施釉、烧成等过程）；墙地砖抗弯强度、吸水率、热稳定性等性能的测试方法及影响因素分析。 三、实验原理 制定坯料配方的方法通常是根据产品性能要求，选用原料，确定配方及成型方法。例如制造日用瓷则必须选用烧后呈白色的原料，包括粘土原料并要求产品有一定强度；制造化学瓷则要求有好的化学稳定性；制造地砖则必须有高的耐磨性和低的吸水性；制造电瓷则需有高的机电性能；制造热电偶保护管必须能耐高温、抗热震并有高的传热性，制造火花塞则要求有大的高温电阻、高的耐冲击强度及低的热膨胀系数。 选择原料确定配方时既要考虑产品性能，还要考虑工艺性能及经济指标。各地文献资料所载成功的经验配方固有参考价值，但无论如何，不能照搬。因粘土、瓷土、瓷石均为混合物；长石、石英常含不同的杂质，同时各地原有母岩的形成方法、风化程度不同，其理化工艺性能不尽相同或完全不同，所以选用原料制定配方只能通过实验来决定。坯料配方试验方法一般有三轴图法、孤立变量法、示性分析法和综合变量法。 三轴图法即三种原料组成图，图中共有66个交点和100个小三角形，其中由三种原料组成的交点有36个，由两种原料组成的交点有27个，由一种原料组成的交点有3个。如图所示。配料时先决定该种坯料所选用各种原料之适当范围，初步确定三轴图中几个配方点(配方点可以在交点上，也可以在小三角形内)。 孤立变量法即变动坯料中一种原料或一种成分，其余原料或成分均保持不变，例如A、月、C三种原料，固定A、B，变动C；或固定月、C，变动A；或固定A、C变动B，最后找出一个最佳配方。 示性分析法即着眼于化学成分和矿物组成的理论配合比。例如高岭土中常含有长石及石英之混合物，长石中常含有未化合的石英，瓷石中则常含有长石、石英、高岭石、绢云母等。如配方中的高岭土是指纯净的高岭石，配方中的长石、石英是指极纯的长石及石英，则最好用示性分析法测定各种原料内之高岭石、长石，石英的含量，以便配料时统计计算。 综合变量法即正交试验法，也叫多因素筛选法、多因素优选法、大面积撒网法。试验前
提高氧化铝透明陶瓷的透明度 氧化铝透明陶瓷:又称半透明氧化铝陶瓷或透明多晶氧化铝陶瓷主晶相为α-A12O3。密度3.98g/cm3以上。直线透光率90%～95%以上。介电常数大于9.8。介电损耗角正切值小于2.5×10-4(1GC>，抗弯强度大于350～380MPa。击穿强度6.0～6.4kV/mm。热膨胀系数(6.5～8.5>×10-6/℃。高温下具有良好耐碱金属蒸气腐蚀性。 原料为纯度99.99%以上的Al2O3，添加少量纯氧化镁、三氧化二镧、或三氧化二钇等添加剂，采用连续等静压成型，气氛烧结或热压烧结，严格控制晶粒大小，可获得高致密透明陶瓷。 用于制造高压钠灯的发光管(工作寿命可超过2万h>。也可用作微波集成电路基片、轴承材料、耐磨表面材料和红外光学元件材料等。 1. 概述 透明陶瓷特性：耐高温耐腐蚀 高绝缘高强度 透明 一般陶瓷—气孔、杂质、晶界、结构 ↓ 对光反射损失+吸收损失 ↓ 光学不透明 2.透光模型 表面反射光 ↑ 入射光→陶瓷材料→透射光 ↓ 内部吸收光 + 散射光 ↑↑ 晶体本身+杂质外表+内散射中心 ↓ 杂质+微气孔+晶粒直径↓ 散射量最大←入射光波长=晶粒直径 3.陶瓷透光的基本条件 1>致密度>理论密度的99.5% 2>晶界无空隙或空隙大小<<入射光波长
3>晶界无杂质及玻璃相，或其与微晶体的光学性质相似 4>晶粒较小且均匀，其中无空隙 5>晶体对入射光的选择吸收很小 6>晶体无光学异向性(立方晶系> 7>表面光洁 4.工艺原理 <1）控制以体积扩散为烧结机制的晶粒长大过程 晶粒过快生长—晶界裂缝，封闭气孔 晶粒生长速度 > 气孔移动速度 —包裹于晶体内的气孔更不易排出 加入适量MgO(0.1-0.5%> →透明Al 2O 3 陶瓷 ↓ 1>MgAl 2O 4 晶界析出，阻止晶界过快迁移 2>MgO较易挥发，防止形成封闭气孔↓ 限制晶粒过快生长—微晶结构透明Al 2O 3 陶瓷 <2）控制气孔平均尺寸 烧结透明Al 2O 3 陶瓷：晶粒~25μm，大小均匀 气孔半径0.5-1.0μm 气孔率0.1% 热压烧结Al 2O 3 陶瓷：晶粒1-2μm，大小不均 气孔半径~0.1μm 对可见光散射效应强 在可见光区透光率：烧结瓷 >热压瓷 <3）其他因素：原料纯度、细度，成型方法，烧结气氛等氢气或真空中烧结，透光率高 5.工艺方法 1）配料 主料：高纯Al 2O 3 (>99.9%> —硫酸铝铵热解法 Al 2(NH 4 > 2 (SO 4 > 4 ?24H 2 O ~200℃ → Al 2 (SO 4 > 3 ?(NH 4 > 2 SO 4 ?H 2 O + 23 H 2 O↑ 500~600 ℃ → Al 2 (SO 4 > 3 + 2NH 3 ↑+SO 3 ↑ + 2 H 2 O↑ 800~900 ℃ →γ-Al 2O 3 + 3 SO 3 ↑ ~1300 ℃/1.0~1.5h →α-Al 2O 3 (少量γ-Al 2O 3 提高活性，促进烧结> 改性料：MgO 以Mg(NO 3> 2 加入，共同热分解 —分布均匀，活性较大的MgO 2）成型和烧结： a>常温注浆或等静压成型，高温烧结 浆料pH=3.5，流动性较好 坯体理论密度 > 理论密度的85% 氢气或真空下烧结，T=1700-1900℃
论文题目：氧化铝陶瓷的制备与应用 学院：材料科学与工程学院 专业班级：材料化学2班 学号：20090488 姓名：王杰 日期：2011-10-19
氧化铝陶瓷的制备与应用 摘要：氧化铝陶瓷是用途最广泛的陶瓷材料中的一种，它可用作机器及设备制造中的耐腐蚀材料、化工专业中的抗腐蚀材料、电工及电子技术中的绝缘材料、热工技术中的耐高温材料以及航空、国防等领域中的某些特种材料。 Abstract: the alumina ceramics is the most widely use of one of the ceramic material, it can be used as the machine and equipment manufacture of corrosion resistant material, chemical corrosion materials in the professional, electrical and electronic technology of thermal insulation materials, high temperature resistant materials and technologies in the aerospace, defense, etc to some of the special material. 关键词：氧化铝陶瓷耐磨性机械强度耐化学腐蚀 Keywords: alumina ceramics Wear resistance Mechanical strength Chemical corrosion-resistant 氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷。因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。[1] 1.硬度大经中科院上海硅酸盐研究所测定，其洛氏硬度为HRA80-90，硬度仅次于金刚石，远远超过耐磨钢和不锈钢的耐磨性能。 2.耐磨性能极好经中南大学粉末冶金研究所测定，其耐磨性相当于锰钢的266倍，高铬铸铁的171.5倍。根据我们十几年来的客户跟踪调查，在同等工况下，可至少延长设备使用寿命十倍以上。
功能陶瓷的固相反应法制备及介电性能测试 一、实验目的 1、了解制备功能陶瓷材料的固相反应法； 2、掌握用LCR仪测试功能陶瓷材料介电性能的方法； 3、测量特定频率及温度范围内BaTiO3陶瓷的介电性能随频率及温度的变化； 4、结合实验结果分析BaTiO3陶瓷的介电性能与频率及温度的关系。 二、实验原理 固相反应法制备功能陶瓷： 制备功能陶瓷材料的方法有很多种，其中最成熟、应用最为广泛的则是固相反应法。这种方法以高纯度粉末(常为氧化物)为原料，经精确称量后与球磨介质(常为球状，一般用ZrO2、Al2O3、玛瑙等高硬度材料)及分散液体(通常为水或酒精)混在一起，经球磨、干燥、过筛后得到颗粒细小、混合均匀的粉末。均匀混合的粉末在高温下发生化学反应，合成所需的物相，此过程称为预烧结(又称锻烧)。之后再次进行球磨、干燥、过筛，并将得到的颗粒细小的粉末与少量有机物水溶液(如PV A、PVB等)混合在一起、研磨后过筛(此过程称为造粒)，以增加粉末在成型过程中的可塑性和流动性，并减小粉末与模具间的摩擦。将造粒后的粉末放置于金属模具中，并施加高压，即得到具有所需形状的压粉体(又称素胚)，此过程称为成型。压粉体具有一定的强度和致密度，但其中仍存在很多气孔，需通过高温下的烧结过程予以排除。由于粉末颗粒细小，具有较高的表面能，这和高温一起构成了烧结过程的动力。在烧结动力的作用下，颗粒之间发生传质的过程，同时伴随着晶粒的长大、大部分气孔的排除、体积的收缩、密度的增大及强度的提高，最终得到致密的陶瓷材料。 材料的介电性能及其测试方法： 介电性是材料对外加电场的一种反应。介电材料内的电荷在外加电场的作用下会发生位移，导致正、负电荷中心不重合，从而发生电极化、在介质表面形成束缚电荷，并在宏观上表现为电容及介电常数。介电常数 是表征材料介电性能
结构陶瓷的制备通常由所需起始物料的细粉，加入一定的结合剂，根据合适的配比混合后，选择适当的成型方法，制成坯体。坯体经干燥处理后，进行烧结而得到。坯体经烧结后，宏观上的反映为坯体有一定程度的收缩，强度增大，体积密度上升，气孔率下降，物理性能得到提高。 实验目的： 1.选用氧化铝粉体，通过干法成型，制备氧化铝陶瓷。 2.选用合适的烧结助剂，促进氧化铝陶瓷的烧结，加深对陶瓷烧结的理解。 3.熟悉陶瓷常用物理性能的测试方法 实验原理： 氧化物粉体经成型后得到的生坯，颗粒间只有点接触，强度很很低，但通过烧结，虽在烧结时既无外力又无化学反应，但能使点接触的颗粒紧密结成坚硬而强度很高的瓷体，其驱动力为粉体具有较高的表面能。但纯氧化铝陶瓷的烧结需要的温度很高，为在较低的温度下完成烧结，需要向体系中加入一定的助烧剂，使其能在相对较低的温度下出现液相而实现液相烧结。 本实验中，采用向氧化铝粉体中加入适量的二氧化硅粉体以促进烧结，而达到氧化铝陶瓷烧结的目的。 实验仪器： 天平、烧杯、压力机、模具、游标卡尺、电炉等 实验步骤： 1.配料。将氧化铝、氧化锆粉体按80：20的质量比例混合均匀，并外加入 5%的水起结合作用。 2.制样。称取适量混合好的粉体，倒入模具内，压制成型。并量尺寸，计算 生坯的体积密度。 3.干燥。将成型好的生坯充分干燥。 4.烧结。将干燥后的生坯置于电炉内，在1600℃的条件下保温3小时。 5.检测。测量烧后试样的尺寸，计算其体积密度。计算烧结前后线变化率。
1.实验目的 2.实验仪器 3.实验数据记录及数据处理 起始物料的配比；结合剂的加入量；烧结前后试样的体积密度及质量变化；烧结前后的线变化率。 4.思考题： 1）助烧剂的作用机理是什么？ 2）常用体积密度的测试方法有哪几种？
氧化铝陶瓷介绍 来自:中国特种陶瓷网发布时间:2005-8-3 11:51:15 氧化铝陶瓷制作工艺简介 氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷系Ａｌ２Ｏ３含量在９９．９％以上的陶瓷材料，由于其烧结温度高达１６５０—１９９０℃，透射波长为１～６μｍ，一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚：利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管；在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。普通型氧化铝陶瓷系按Ａｌ２Ｏ３含量不同分为９９瓷、９５瓷、９０瓷、８５瓷等品种，有时Ａｌ２Ｏ３含量在８０％或７５％者也划为普通氧化铝陶瓷系列。其中９９氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等；９５氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件；８５瓷中由于常掺入部分滑石，提高了电性能与机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接，有的用作电真空装置器件。其制作工艺如下： 一粉体制备： 郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商，和中科院上海硅酸盐研究所成立玉发新材料研究中心研究生产多品种α氧化铝。专注白刚玉和煅烧α氧化铝近30年，因为专注所以专业，联系QQ2596686490，电话156390七七八八一。 将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。粉体粒度在１μｍ?微米?以下，若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在９９．９９％外，还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采用挤压成型或注射成型时，粉料中需引入粘结剂与可塑剂，?一般为重量比在１０—３０％的热塑性塑胶或树脂?有机粘结剂应与氧化铝粉体在１５０—２００℃温度下均匀混合，以利于成型操作。采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。若采用半自动或全自动干压成型，对粉体有特别的工艺要求，需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状，以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。此外，为减少粉料与模壁的摩擦，还需添加１～２％的润滑剂?如硬脂酸?及粘结剂ＰＶＡ。 欲干压成型时需对粉体喷雾造粒，其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。近年来上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Ａｌ２Ｏ３喷雾造粒的粘结剂，在加热情况下有很好的流动性。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散，流动角摩擦温度小于３０℃。颗粒级配比理想等条件，以获得较大素坯密度。 二成型方法： 氧化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、热压与热等静压成型等多种方法。近几年来国内外又开发出压滤成型、直接凝固注模成型、凝胶注成型、离心注浆成型与固体自由成型等成型技术方法。不同的产品形状、尺寸、复杂造型与精度的产品需要不同的成型方法。摘其常用成型介绍： １干压成型：氧化铝陶瓷干压成型技术仅限于形状单纯且内壁厚度超过１ｍｍ，长
Material Sciences 材料科学, 2017, 7(8), 716-724 Published Online November 2017 in Hans. https://www.doczj.com/doc/af9342547.html,/journal/ms https://https://www.doczj.com/doc/af9342547.html,/10.12677/ms.2017.78094 Preparation and Properties of HfC Ceramic Precursor Liyan Zhang, Xiaozhou Wang, Yifei Wang Science and Technology on Advanced Ceramic Fibers and Composites Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha Hunan Received: Nov. 5th, 2017; accepted: Nov. 19th, 2017; published: Nov. 27th, 2017 Abstract As an important ultra-high temperature ceramics (UHTCs), HfC ceramics have been considered to be one of the most promising materials for the application in aerospace. A precursor for HfC ce-ramic was prepared by using hafnium tetrachloride, methanol, acetylacetone, and 1,4-butanediol as raw materials. The composition, structure and pyrolysis process of the obtained precursor was investigated by elemental analysis, Fourier transform infrared (FTIR), XPS and TG-MS. The results show that, the precursor mainly contains Hf, C, O, Cl, with a linear structure of Hf-O-C. The compo-sition, structure and properties of the pyrolysis products were analyzed by elemental analysis, XRD and SEM. It is found that hafnia still remain in the products after being treated at 1600?C in argon. In addition, the carbothermal reduction had started at 1200?C, and only HfC existed after the heat treatment of 1600?C in vacuum. Keywords HfC, Ultra-High-Temperature, Precursor, Ceramic HfC陶瓷先驱体的制备及其性能研究 张丽艳，王小宙，王亦菲 国防科技大学，航天科学与工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室，湖南长沙 收稿日期：2017年11月5日；录用日期：2017年11月19日；发布日期：2017年11月27日 摘要 HfC陶瓷具有优异的耐超高温性能，在航空航天领域具有广阔的应用前景。本文以四氯化铪、乙酰丙酮、甲醇、1,4-丁二醇为原料合成了HfC陶瓷先驱体。采用元素分析、红外光谱、XPS、TG-MS等对先驱体的
特种陶瓷综合论文 院（部、中心）材料科学与工程学院 姓名 x x x 学号 xxx 专业材料科学与工程班级 xx 课程名称特种陶瓷材料综合论文 设计题目名称氧化锆陶瓷的制备及性能分析 起止时间 成绩 指导教师 xxx大学教务处制
目录 一、氧化锆的基本性质及应用 (1) 1.1氧化锆的基本性质 (1) 1.2氧化锆的应用 (1) 二、氧化锆粉料的制备 (1) 2.1常用微粉 (2) 2.2 超细粉制备 (2) 三、氧化锆陶瓷的成型 (4) 3.1 热压铸成型 (4) 3.2 干压成型 (4) 3.3 等静压成型 (6) 3.4注浆成型 (6) 3.5流延成型 (6) 3.6凝胶注模成型 (7) 四、氧化锆陶瓷的烧结 (7) 4.1 真空烧结炉 (8) 4.2实验室烧结炉 (10) 五、氧化锆陶瓷的性能测试 (11) 5.1体积密度、吸水率和气孔率的测定 (11) 5.2 抗压强度的测定 (12) 5.3 三点抗弯强度 (12) 5.4 SEM 测试分析 (12)
一、氧化锆的基本性质及应用 1.1氧化锆的基本性质 氧化锆是自然界中以斜锆石存在的一种矿物，是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机非金属材料。它的熔点高达2700摄氏度。白色重质无定形粉末，无臭、无味。溶于2份硫酸和1份水的混合液中，微溶于盐酸和硝酸，慢溶于氢氟酸，几乎不溶于水。有刺激性。相对密度5.85。熔点 2680℃。沸点4300℃。硬度次于金刚石[1]。能带间隙大约为5-7eV 。一般常含有少量的氧化铪。化学性质不活泼，且高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，使它成为重要的耐高温材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂。纯的ZrO 2在常压下共有三种晶型：从低温到高温一次为单斜相、四方相、和立方相。氧化锆晶型转变如下：[2] 221170℃2370℃t 2 950℃m ZrO ZrO c ZrO --- 1.2氧化锆的应用 主要用于压电陶瓷制品、日用陶瓷、耐火材料及贵重金属熔炼用的锆砖、锆管、坩埚等。也用于生产钢及有色金属、光学玻璃和氧化锆纤维。还用于陶瓷颜料、静电涂料及烤漆[3]。 氧化锆还是一种很优秀的高科技生物材料。生物相容性好，优于各种金属合金，包括黄金。氧化锆全瓷牙具有极高的密合性，且对牙龈无刺激、无过敏反应，很适合应用于口腔。导热性能极低，仅为黄金的十七分之一，更有利于牙髓的保护。质量轻，密度仅为黄金的四分之一，患者佩戴更舒适。 二、氧化锆粉料的制备 氧化锆陶瓷的生产要求制备高纯、分散性能好、粒子超细、粒度分布窄的粉体，氧化锆超细粉末的制备方法很多。氧化锆的提纯主要有氯化和热分解法、碱
氧化铝陶瓷的发展与应用 前言 氧化铝陶瓷具有机械强度高,绝缘电阻大,硬度高,耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能,其广泛应用于陶瓷、纺织、石油、化工、建筑及电子等各个行业,是目前氧化物陶瓷中用途最广、产销量最大的陶瓷新材料。 通常氧化铝陶瓷分为2 大类,一类是高铝瓷,另一类是刚玉瓷。高铝瓷是以Al2O3 和 SiO2 为主要成分的陶瓷,其中Al2O3 的含量在45 %以上,随着Al2O3 含量的增多,高铝瓷的各项性能指标都有所提高。由于瓷坯中主晶相的不同,又分为刚玉瓷、刚玉—莫来石瓷、莫来石瓷等。根据Al2O3 含量的不同,习惯上又称为75瓷、80 瓷、85 瓷、90 瓷、92 瓷、95 瓷、99 瓷等。高铝瓷的用途极为广泛,除了用作电真空器件和装置瓷外,还大量用来制造厚膜、薄膜电路基板,火花塞瓷体,纺织瓷件,晶须及纤维,磨料、磨具及陶瓷刀,高温结构材料等。目前市场上生产、销售和应用最为广泛的氧化铝陶瓷是Al2O3 含量在90 %以上的刚玉瓷。 1 原料 作为陶瓷原料主要成分之一的氧化铝在地壳中含量非常丰富,在岩石中平均含量为15. 34 % ,是自然界中仅次于SiO2 存量的氧化物。一般应用于陶瓷工业的氧化铝主要有2 大类,一类是工业氧化铝,另一类是电熔刚玉。 1. 1 工业氧化铝 工业氧化铝一般是以含铝量高的天然矿物铝土矿(主要矿物组成为铝的氢氧化物, 如一水硬铝石(xAl2O3·H2O> 、一水软铝石、三水铝石等氧化铝的水化物组成> 和高岭土为原料,通过化学法(主要是碱法,多采用拜尔法———碱石灰法> 处理,除去硅、铁、钛等杂质制备出氢氧化铝,再经煅烧而制得,其矿物成分绝大部分是γ- Al2O3 。 工业氧化铝是白色松散的结晶粉末,颗粒是由许多粒径< 0. 1μm 的γ- Al2O3 晶体组成的多孔球形聚集体,其孔隙率约为30 % ,平均粒径为40～70μm。工业氧化铝含量的质量标准见表1。 表1 工业氧化铝含量的质量标准(质量%> 1 级 2 级 3 级 4 级 5 级 Al2O3> 98. 60 ≮98. 50≮98. 40 ≮98. 30 ≮98. 20 SiO2 ≯0. 02 ≯0. 04 ≯0. 06 ≯0. 08 ≯0. 10 Fe2O3 < 0. 03 ≯0. 04 ≯0. 04 ≯0. 04 ≯0. 04 Na2O ≯0. 50 ≯0. 55 ≯0. 60 ≯0. 60 ≯0. 60 灼减< 0. 80 ≯0. 80 ≯0. 80 ≯0. 80 ≯1. 00 工业氧化铝的3 项主要杂质成分中,Na2O 及Fe2O3 将降低氧化铝瓷件的电性能,Na2O 的含量应<0. 5 %～0. 6 % ,Fe2O3 含量应< 0. 04 %。另外,在电真空瓷件中,工业氧化铝
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展 关键词：透明氧化铝，透光率，烧结助剂，烧结工艺 1引言 透明氧化铝陶瓷最早是由美国Coble博士发明的，他通过在Al2O3中添加0．25wt% MgO，于1700～1800℃氢气气氛下烧结出呈半透明的氧化铝陶瓷，从此开创了透明氧化铝陶瓷研究和应用的新篇章［1］。经过半个世纪的不懈努力和研究，科研工作者发现，通过提高氧化铝的纯度、致密度以及合理的调控显
微结构，可以显著提高氧化铝陶瓷的透光性。 随着研究的不断开展，制备氧化铝陶瓷的烧结助剂得到了极大地扩展，除了MgO，一些稀土氧化物（如Y2O3、La2O3、ZrO2等）同样可以作为氧化铝陶瓷的烧结助剂，并且采用复合添加剂的效果优于单独使用MgO。关于添加剂的引入方式，谢志鹏等［2］提出了化学沉淀包覆工艺，在1800℃氢气气氛下烧结，制备了透明氧化铝陶瓷。与传统的球磨工艺相比，该方法能够实现添加剂在氧化铝基体中的均匀分布，从而大大提高了陶瓷的透光性。 关于透明氧化铝陶瓷的烧结技术，最近的研究工作表明，采用热等静压（HIP）、放电等离子（SPS）等特种烧结工艺可以制备出亚微米晶的高性能透明氧化铝陶瓷。例如，Jin等［3］采用SPS工艺，于1250～1350℃，80MPa压力下烧结，制备了晶粒尺寸小于1μm，直线透光率为53%的透明陶瓷。由于晶粒细小，其机械强度也非常优异。 此外，Mao等［4］就氧化铝晶粒光轴取向对透光性的影响进行了研究，他们通过在强磁场条件下进行透明Al2O3陶瓷浆料的注浆成型，使烧结后的Al2O3陶瓷晶粒光轴趋于一致，从而减少六方晶系Al2O3陶瓷因双折射率不同带来的光损失，显著提高透明Al2O3陶瓷的透过率。下面就影响氧化铝陶瓷透光性的各种因素，以及氧化铝粉体选择、烧结助剂及作用、烧结工艺及透明氧化铝陶瓷的应用进行综述。 2影响氧化铝陶瓷透明性的因素 2.1.1气孔 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率，又包括气孔尺寸、数量、种类。普通陶瓷即使具有高的密度，往往也不是透明的，这是因为其中有很多封闭气孔，并且当陶瓷内部的气孔率大于1%时，陶瓷就基本不再透明。有实验
一．实习目的 掌握陶瓷主要工艺实验的原理、方法与一定的操作技能，通过陶瓷工艺综合实验了解陶瓷产品的设计程序与工艺过程，培养综合设计实验的能力，提高分析问题、解决问题和动手能力。 二．实习时间 2013年11月22日 三．实习地点 南信大尚贤实验室及江都金刚机械厂 四实习过程 1.陶瓷材料 A概念：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。 B 分类：普通材料：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。 C性能： （1）力学特性：陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗压强度较高，但抗拉强度较低，塑性和韧性很差。（2）热特性：陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上），且在高温下具有极好的化学稳定性；陶瓷的导热性低于金属材料，陶瓷还是良好的隔热材料。同时陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。 （3）电特性：大多数陶瓷具有良好的电绝缘性，因此大量用于制作各种电压（1kV~110kV）的绝缘器件。铁电陶瓷（钛酸钡BaTiO3）具有较高的介电常数，可用于制作电容器，铁电陶瓷在外电场的作用下，还能改变形状，将电能转换为机械能（具有压电材料的特性），可用作扩音机、电唱机、超声波仪、声纳、医疗用声谱仪等。少数陶瓷还具有半导体的特性，可作整流器。 （4）化学特性：陶瓷材料在高温下不易氧化，并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。 （5）光学特性：陶瓷材料还有独特的光学性能，可用作固体激光器材料、光导纤维材料、光储存器等，透明陶瓷可用于高压钠灯管等。磁性陶瓷（铁氧体如：MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4）在录音磁带、唱片、变压器铁芯、大型计算机记忆元件方面的应用有着广泛的前途。 2.实验材料 粘土：是多种微细的矿物的混合体，其矿物的粒径多数小于2μm，主要是由粘土矿物和其他矿物组成的并且具有一定特性的（其中主要是可塑性）土状岩石
氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷（alumina ceramics）是一种以α- Al2O3为主晶的陶瓷材料。其Al2O3含量一般在75～99.99%之间。通常习惯以配料中Al2O3的含量来分类。Al2O3含量在75%左右的为“75瓷“，含量在85%左右的为“85瓷“，含量在95%左右的为“95瓷“，含量在99%左右的为“99瓷“。 工业Al2O3是由铝钒土（Al2O3·3H2O）和硬水铝石制备的，对于纯度要求不高的，一般通过化学方法来制备。电熔刚玉即是用上述原料加碳在电弧炉内于2000～2400C熔融制得，也称人造刚玉。 Al2O3有许多同质异晶体。根据研究报道过的变体有十多种，但主要有三种，即γ- Al2O3，β- Al2O3，α- Al2O3。Al2O3的晶体转化关系如下图，其结构不同，因此其性质也不同，在1300度以上的高温几乎完全转变为α- Al2O3。 γ- Al2O3，属尖晶石型（立方）结构，氧原子形呈立方密堆积，铝原子填充在间隙中。它的密度小。且高温下不稳定，机电性能差，在自然界中不存在。由于是松散结构，因此可利用它来制造多孔特殊用途材料。 β- Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。它的化学组成可以近似地用RO·6 Al2O3和R2O·11 Al2O3来表示（RO指碱土金属氧化物，R2O指碱金属氧化物），其结构由碱金属或碱土金属离子如[NaO]ˉ层和[Al11O12]＋类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧离
子排列成立方密堆积，Na＋完全包含在垂直于C轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型导电。 α- Al2O3，属三方晶系，单位晶胞是一个尖的菱面体，在自然办只存在α- Al2O3，如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。α- Al2O3结构最紧密、活 性低、高温稳定。它是三种形态中最稳定的晶型，电学性质最好，具有优良的机电性能。 Al2O3中的化学键是离子键，离子键也称“电价键”，它是由金属原子失去外层电子形成正离子，非金属原子取得电子形成负离子，互相结合形成的。离子键是依靠正负离子间静电引力所产生的化学键，它没有方向性也没有饱和性。A Al2O3陶瓷属于氧化物晶体结构，氧化物结构的结合键以离子键为主，它的分子式通常以AmXn 表示。A(或者B)表示与氧结合的正离子，n为离子数，x表示氧离子，n表示它的数量。大多数氧化物中的氧离子半径大于正离子的半径。所以它们的结构是以大直径的氧离子密堆排列的骨架，组成六方或面心立方点阵，小直径的正离子嵌入骨架的间隙处。这种陶瓷材料具有高的硬度和熔点。 陶瓷体的相组成中，晶相相对含量波动范围很大，通常特种陶瓷中晶相体相对含量较高。晶相对陶瓷材料性质有很大的影响。表中列出了一般陶瓷到特种陶瓷中的刚玉相(α- Al2O3)含量的变化及表现出的性能差异。
实验二 氧化铝陶瓷材料力学性能的检测 为了有效而合理的利用材料，必须对材料的性能充分的了解。材料的性能包括物理性能、化学性能、机械性能和工艺性能等方面。物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、光学性能、磁性等。化学性能包括耐氧化性、耐磨蚀性、化学稳定性等。工艺性能指材料的加工性能，如成型性能、烧结性能、焊接性能、切削性能等。机械性能亦称为力学性能，主要包括强度、弹性模量、塑性、韧性和硬度等。而陶瓷材料通常来说在弹性变形后立即发生脆性断裂，不出现塑性变形或很难发生塑性变形，因此对陶瓷材料而言，人们对其力学性能的分析主要集中在弯曲强度、断裂韧性和硬度上，本文在此基础上对其力学性能检测方法做了简单介绍。 1.弯曲强度 弯曲实验一般分三点弯曲和四点弯曲两种，如图1-1所示。四点弯曲的试样中部受到的是纯弯曲，弯曲应力计算公式就是在这种条件下建立起来的，因此四点弯曲得到的结果比较精确。而三点弯曲时梁各个部位受到的横力弯曲，所以计算的结果是近似的。但是这种近似满足大多数工程要求，并且三点弯曲的夹具简单，测试方便，因而也得到广泛应用。 图1-1 三点弯曲和四点弯曲示意图 由材料力学得到，在纯弯曲且弹性变形范围内，如果指定截面的弯矩为M ，该截面对 中性轴的惯性矩为I z ，那么距中性轴距离为y 点的应力大小为： z I My =σ 在图1-1的四点弯曲中，最大应力出现在两加载点之间的截面上离中性轴最远的点，其大小为： =???? ???=z I y a P max max 21σ?????圆形截面 16矩形截面 332D Pa bh Pa π 其中P 为载荷的大小，a 为两个加载点中的任何一个距支点的距离，b 和h 分别为矩形截面试样的宽度和高度，而D 为圆形截面试样的直径。因此当材料断裂时所施加载荷所对应的应力就材料的抗弯强度。 而对于三点弯曲，最大应力出现在梁的中间，也就是与加载点重合的截面上离中性轴最远的点，其大小为：
北方民族大学材料学院 选修实验结题报告书（创新研究型） 题目：多孔碳化硅陶瓷制备及性能测试 指导教师：韩非 姓名：袁兴余 学号：20083194 起止日期：2011.10.28-2011.12.20 北方民族大学材料学院 填表日期：2012年03月02日
一问题分析 众所周知，在全球经济发展的浪潮中，全球工业的飞速发展下，环境与资源是人类遇到的两大难题，节省资源，保护环境的要求越来越高，因此，适应这种形势发展的材料是十分需要的。 而多孔陶瓷正是适应了这种形势发展需要的材料，它能够提高效率、节约能源，尤其在环境保护方面发挥着越来越大的作用。19世纪末多孔陶瓷开始发展，初期只是用作铀提纯和细菌过滤的材料。然而随着控制细孔结构的技术不断提高，多孔陶瓷既能够具有陶瓷基体的优良性能，同时还具有更好的气孔率、气孔表面和可调节的气孔形状、孔径及其分布、气孔孔径在三维空间的连通和分布等，以及对应的良好的热、电、光、化学等性能。多孔陶瓷被广泛应用于化工、环保、能源、冶金、电子、石油、冶炼、纺织、制药、食品机械、水泥等领域并有广阔的发展前景，作为吸声材料、敏感元件和人工骨、齿根等材料，也受到人们越来越多的重视。现在，多孔陶瓷在烟尘过滤，泥污处理、污水净化、吸声降噪以及对各式各样的污染物的催化净化等领域的应用，也无不说明了多孔陶瓷在环境保护方面的重大意义。 多孔陶瓷的制备技术很重要，其结构和使用性能都受到其制备工艺的控制。制备多孔陶瓷的方法常用的有挤压成型法、发泡法、造孔剂法、溶胶凝胶法、有机泡沫浸渍法，随着多孔陶瓷研究的逐步深入，越来越多的新方法应用于制备多孔陶瓷中。新发展的有自蔓延高温合成法、超临界干燥法、原位反应法、相变造孔、阳极氧化法等，这些方法各有优点，适用于不同类型的多孔陶瓷制备，用于不同的场合。尽管多孔陶瓷制备技术已从初期的摸索逐步进入了应用阶段，但仍有很多问题有待解决：(l)各种制备技术对多孔陶瓷结构的精确控制。(2)合理协调孔隙度与强度两者之间的关系。(3)理化性质的表征方法有待进一步的发展完善。(4)加强学科间的交叉研究是十分必要的。(5)生产成本的进一步降低。(6)制造工艺较复杂，难以大规模生产。 本实验主要讨论多孔碳化硅陶瓷的制备及性能的测试，目的是为让大家了解多孔碳化硅陶瓷的基本结构、多孔碳化硅陶瓷制备方法和孔碳化硅陶瓷性能检测方法。通过对本实验制备的碳化硅多孔陶瓷进行性能检测与研究，为以后制备更加优良的多孔陶瓷提供备选方案，为多孔陶瓷进入工业领域打下基础。 1.多孔陶瓷具有以下特点？ 答：(1)气孔率高。多孔陶瓷的重要特征是具有中较多的均匀可控的气孔。 (2)强度高。多孔陶瓷原材料一般由金属氧化物、二氧化硅、碳化硅等本身具有较高的强度，煅烧后颗粒边界部分发生融化而粘结，形成了具有较高强度的陶瓷。 (3)物理和化学性质稳定。多孔陶瓷材料可以耐酸、碱腐蚀，也能够承受高温、高压，自身洁净状态好，不会造成二次污染，是一种绿色环保的功能材料。 (4)过滤精度高，再生性能好。 2.碳化硅多孔陶瓷有哪些制备方法和优点？ 答：A、添加造孔剂法
***********（所属单位）材料科学进展课程设计 学号：******** 专业：******** 学生姓名：*** 任课教师：*** 2011年10月
***********（所属单位）材料科学进展 （小论文） 学号：******* 专业：******* 学生姓名：*** 任课教师：*** 2011年10月
氧化铝陶瓷综述 ***（姓名） *********（所属单位） 摘要：本文简述了氧化铝陶瓷的功能及在各行业的应用，详细论述了氧化铝陶瓷的制备、成型及烧结方法。 关键词：氧化铝陶瓷制备成型烧结应用 以氧化铝(Al2O3)为主要成分的陶瓷称为氧化铝陶瓷。它属于无机非金属材料，具有特殊用途，新的性能，故也称特种陶瓷、高性能陶瓷。氧化铝陶瓷是氧化物陶瓷中应用最广、用途最宽、产销量最大的陶瓷新材料。 1氧化铝的同质多晶变体及其性能简介 根据研究报道，Al2O3有12种同质多晶变体[1]，但应用较多的主要有3种，即α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3，这3种晶体的结构不同，故它们的性质具有 很大的差异[2]。 （1）α-Al2O3是三方晶系，单位晶包是一个尖的菱面体，密度为 3.96～4.01g/cm3，其结构最紧密、化学活性低、高温稳定性好、电学性能优良并且机械性能也最佳，在一定条件下可以由其它的两种晶体转换而来。 （2）β-Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物，密度为 3.30～3.63g/cm3，它的化学组成中含有一定量的碱土金属氧化物和碱金属氧化物，并且还可以呈现离子型导电。 （3）γ-Al2O3是尖晶石型立方结构，在950～1200℃范围内转化为α-Al2O3，密度为3.42～3.47g/cm3。它的氧原子呈立方紧密堆积，铝原子填充在间隙中，这就决定了它在高温下不稳定、力学和电学性能差的缺陷，在科学应用中很少单独制成材料使用。但它有较高的比表面积和较强的化学活性，经过技术改进可以作为吸附材料使用。 由于β-Al2O3和γ-Al2O3在高温(950～1200℃)下易转化为α-Al2O3，而陶瓷的制备又须经高温烧结，所以氧化铝陶瓷是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料。 2氧化铝陶瓷的功能简介 氧化铝陶瓷具有热稳定和化学稳定性，电绝缘性、压电性、耐腐蚀性、化学吸附性、生物适应性、吸声性和透光性等多种有实用价值的性能和功能，见表1。
透明陶瓷材料 在我们《材料学导论》课上，何老师介绍了一种材料叫做无色透明陶瓷，这个让我惊奇，因为在我的潜意识里，我一直觉得陶瓷是白色的，又或者是镶嵌一些其他的色彩，比如我们日常生活里见到的碗、盘子、花瓶、酒盅之类的，都不是无色的，因此透明陶瓷引起了我的兴趣。 一般陶瓷是不透明的，但是光学陶瓷像玻璃一样透明，故称透明陶瓷。一般陶瓷不透明的,原因是其内部存在有杂质和气孔，前者能吸收光，后者令光产生散射，所以就不透明了。因此如果选用高纯原料，并通过工艺手段排除气孔就可能获得透明陶瓷。早期就是采用这样的办法得到透明的氧化铝陶瓷，后来陆续研究出如烧结白刚玉（Al2O3)、氧化镁{MgO)、氧化铍(BeO)、氧化钇(Y2O3)、氧化钇-二氧化锆(Y2O3-ZrO2)等多种氧化物系列透明陶瓷。近期又研制出非氧化物透明陶瓷，如砷化镓(GaAs)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)等。 这些透明陶瓷不仅有优异的光学性能，而且耐高温，一般它们的熔点都在2000℃以上。如氧化钍-氧化钇透明陶瓷的熔点高达3100℃，比普通硼酸盐玻璃高1500℃。透明陶瓷的重要用途是制造高压钠灯，它的发光效率比高压汞灯提高一倍，使用寿命达2万小时，是使用寿命最长的高效电光源。高压钠灯的工作稳定高达1200℃，压力大、腐蚀性强，选用氧化铝透明陶瓷为材料成功地制造出高压钠灯。透明陶瓷的透明度、强度、硬度都高于普通玻璃，它们耐磨损、耐划伤，用透明陶瓷可以制造防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的轰炸瞄准器和高级防护眼镜等。透明陶瓷的制造是有意识地在玻璃原料中加入一些微量的金属或者化合物（如金、银、铜、铂、二氧化钛等）作为结晶的核心，在玻璃熔炼、成型之后，再用短波射线（如紫外线、X射线等）进行照射，或者进行热处理，使玻璃中的结晶核心活跃起来，彼此聚结在一起，发育成长，形成许多微小的结晶，这样，就制造出了玻璃陶瓷。用短波射线照射产生结晶的玻璃陶瓷，称为光敏型玻璃陶瓷，用热处理办法产生结晶的玻璃陶瓷，称为热敏型玻璃陶瓷。 透明陶瓷的机械强度和硬度都很高，能耐受很高的温度，即使在一千度的高温下也不会软化、变形、析晶。电绝缘性能、化学稳定性都很高。光敏型玻璃陶瓷还有一个很有趣的性能，就是它能象照相底片一样感光，由于这种透明陶瓷有这样的感光性能，故又称它为感光玻璃。并且它的抗化学腐蚀的性能也很好，可经受放射性物质的强烈辐射。它不但可以象玻璃那样透过光线，而且还可以透过波长10微米以上的红外线，因此，可用来制造立体工业电视的观察镜，防核爆炸闪光危害的眼镜，新型光源高压钠灯的放电管。 透明陶瓷的用途十分广泛，在机械工业上可以用来制造车床上的高速切削刀，汽轮机叶片，水泵，喷气发动机的零件等，在化学工业上可以用作高温耐腐蚀材料以代替不锈钢等，在国防军事上，透明陶瓷又是一种很好的透明防弹材料，还可以做成导弹等飞行器头部的雷达天线罩和红外线整流罩等；在仪表工业上可用作高硬度材料以代替宝石，在电子工业上可以用来制造印刷线路的基板和镂板，在日用生活中可以用来制作各种器皿，瓶罐，餐具等等。 透明陶瓷最早是使用在灯具上。高压钠灯是一种发光效率很高的电光源，但在钠蒸气放电时产生1000℃以上的高温，具有很强的腐蚀性，玻璃灯管根本没法耐受，所以高压钠灯一直没能问世，直到有了透明陶瓷，高庄钠灯才得到实际应用，除高压钠灯外，透明陶瓷还使用于其它新型灯具，如艳灯、铷灯、钾灯等。响尾蛇导弹头部的红外探测器，外面有一个整流罩，它不仅要有足够的强度，还要能透过红外线，以确保导弹能跟踪敌机辐射的红外线。担当此任的材料只有透红外陶瓷，响尾蛇导弹的整流罩就是用透红外陶瓷做的。电焊工人操作时，要不断地把面罩举起拿下，十分不方便。有一种锆钛酸铅镧透明铁电陶瓷，能透光，耐高温，用它造成具有夹层的护目镜，能根据光线的亮暗自动进行调节，有了这种护目镜，电焊工人工作起来就十分方便。这种护目镜，正在核试验工作人员和飞行员中得到广泛的作用。新型材料进入市场的商标为ALON，