工程材料第十章陶瓷材料
- 格式:ppt
- 大小:1.30 MB
- 文档页数:20
陶瓷材料概述陶瓷材料是指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。
最初陶瓷就是指陶器和瓷器的通称。
也就是通过成型和高温烧结所得到的成型烧结体。
传统的陶瓷材料主要是指硅铝酸盐。
刚开始的时候人们对硅铝酸盐的选择要求不高,纯度不大,颗粒的粒度也不均一,成型压强不高。
这时得到陶瓷称为传统陶瓷。
后来发展到纯度高,粒度小且均一,成型压强高,进行烧结得到的烧结体叫做精细陶瓷。
接下来的阶段,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。
这主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。
(这个概念把玻璃也纳入了陶瓷的范围)研究陶瓷的结构和性能的理论也得到了展开: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。
陶瓷产品的生产过程是指从投入原料开始,一直到把陶瓷产品生产出来为止的全过程。
它是劳动者利用一定的劳动工具,按照一定的方法和步骤,直接或间接地作用于劳动对象,使之成为具有使用价值的陶瓷产品的过程。
在陶瓷生产过程的一些工序中,如陶瓷坯料的陈腐、坯件的自然干燥过程等。
还需要借助自然力的作用。
使劳动对象发生物理的或化学的变化,这时,生产过程就是劳动过程和自然过程的结合。
第三篇 陶瓷工艺原理第一章 陶 瓷 概 述一、陶瓷的概念和分类日用瓷普通陶瓷 建筑卫生陶瓷陶瓷 化工陶瓷结构陶瓷特种陶瓷功能陶瓷普通陶瓷是指以粘土和其他天然矿物为原料,经过粉碎、成型、焙烧等工艺过程所制得的各种制品,是陶器、炻器、瓷器等粘土制品的统称炻器陶器吸水率﹥15%,胎体未玻化或玻化程度差,结构疏松,气孔率大,断面粗糙,敲击声沙哑,不透光瓷器吸水率≥3%,胎体玻化程度较好,结构较为致密,气孔率较小,断面呈石状或贝壳状,敲击声较脆,不透光吸水率﹤3%,胎体玻化程度好,结构致密,气孔率小,断面贝壳状,敲击声清脆,透光日用陶瓷-餐具建筑陶瓷-地砖电瓷不同形状的特种结构陶瓷件功能陶瓷电子绝缘件超声波雾化器用氧化锆陶瓷金属陶瓷阀门压电陶瓷晶片这些氧化物陶瓷、压电陶瓷、金属陶瓷等的生产过程基本上还是原料处理、成形、烧结这种传统的陶瓷生产方法,但原料已不再使用或很少使用粘土等传统陶瓷原料,而已扩大到化工原料和合成矿物,甚至是非硅酸盐、非氧化物原料,组成范围也延伸到无机非金属材料的范围中,并且出现了许多新的工艺。
三、陶瓷工艺的发展穴窑→升焰窑→倒焰窑→阶梯窑(龙窑)→隧道窑三、陶瓷工艺的发展→辊道窑→热压、热等静压四、普通陶瓷基本工艺流程原料→球磨→化浆→制粉(制泥)→陈腐→成型→烘干→上彩→上釉→烧成→拣选第二章 原 料第一节 粘土类原料一、粘土概况1. 定义粘土是一种或多种呈疏松或胶状密实的含水铝硅酸盐矿物的混合物2. 成因粘土主要是由铝硅酸盐类岩石经过长期地质年代的自然风化作用或热液蚀变作用而形成的2[KAlSi3O8](钾长石)+H20+H2CO3→Al2Si2O5(OH)4(高岭石)+4SiO2+K2CO32[KAl3Si3O10(OH)2](绢云母)+3H20+H2CO3→Al2Si2O5(OH)4+K2CO3Al2Si2O5(OH)4(高岭石)→Al2O3·nH2O(水铝石)+SiO2·nH2O(蛋白石)3. 分类⑴按成因分:①原生粘土:母岩风化崩解后在原地残留下来的粘土②次生粘土:由原生粘土经雨水、风冲刷而迁移至盆地或湖沼沉积而成的粘土层⑵按可塑性分:①高可塑性泥土②低可塑性粘土⑶按耐火度分:①耐火粘土:耐火度﹥1580℃②难熔粘土:耐火度 1350~1580℃③易熔粘土:耐火度﹤1350℃二、粘土的组成1.主要化学成分SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2和灼减量2.主要粘土矿物组成(1)高岭石类(Al2O3· 2SiO2· 2H20)1:1型一层硅层与一层铝层重叠而成1:1型层状硅酸盐(高岭石)晶体结构示意图特点:①单位晶胞(层)化学式:Al 2Si 4O 10(OH)8SiO 2/Al 2O 3=4/2=2②膨胀性小:晶层间距约0.72nm ,硅片和铝片之间存在氢键 ③电荷数量少,同晶替代极少④颗粒较大(有效直径0.2~2μm ),可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性弱(2)蒙脱石类(Al2O3· 4SiO2· nH20,n﹥2)2:1型两层硅层中间夹一铝层 特点:① 蒙脱石理论硅铝率SiO 2/Al 2O 3=8/2=4② 膨胀性大:晶层以分子引力联结,晶层间距:0.96~2.14nm ③ 电荷数量大,同晶替代现象普遍④ 颗粒较细,呈片状,可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性显著(3)伊利石类(K 2O· 3Al 2O 3· 6SiO 2· 2H 20 · nH 20) 特点:①2 :1型: SiO 2/Al 2O 3:3~4②非膨胀性:晶层之间吸附的K +的强吸附力,层间距1.0nm③电荷数量大:同晶替代现象普遍,主要发生在硅片,电荷量较大,但部分被层间K +中和,有效电荷量少于蒙脱石④可塑性等性质介于高岭组和蒙脱组之间 三、粘土的性质1.可塑性◎粘土与适量水混练后的泥团在外力作用下,发生塑性形变但不开裂,当外力除去后,仍保持形变的性能可塑性指数:是粘土的液体限制(由塑性状态进入流动状态的最高含水量)与塑性限度(由固体状态进入塑性状态的最低含水量)之间的差值可塑性指标:在工作水分下,粘土泥团受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积强塑:数﹥15;标﹥3.6中塑:数 7~15;标 2.5~3.6弱塑:数 1~7;标﹤2.5非塑:数﹤1⑴ 将粘土原矿进行淘洗去杂或长期风化⑵对泥料进行真空练泥⑶把湿润了的粘土或坯料长期陈腐⑷ 掺用少量的强可塑性粘土⑸ 加入增塑剂2. 结合性粘土能粘结一定细度的瘠性物料,形成可塑泥团并有一定干燥强度的性能3. 离子交换性粘土颗粒由于表面层的断键和晶格内部离子的被置换而带有电荷,能吸附其他异性离子,在水溶液中,这种被吸附的离子又可被其他相同电荷的离子所置换离子交换容量:指PH=7时每100克干粘土所吸附能够交换的阳离子或阴离子的毫摩尔数,单位为mmol/100gH+﹥Al3+﹥Ba2+﹥Sr2+﹥Ca2+﹥Mg2+﹥NH4+﹥K+﹥Na+﹥Li+OH-﹥CO32-﹥P2O74-﹥PO43-﹥I-﹥Br-﹥Cl-﹥NO3-﹥F-﹥SO42-4. 触变性粘土泥浆或可塑性泥团受到搅拌或振动时,粘度会降低,流动性增加,静置后逐渐恢复原状以及泥浆(团)放置一段时间后,在维持原有水分的情况下出现变稠和固化的现象都称为触变性泥浆厚化度:以泥浆放置30分钟和30秒后其相对粘度之比来表示泥浆厚化度=τ′/τ〞式中τ′和τ〞分别为100ml泥浆放置30分钟和30秒后由恩式粘度计中流出的时间泥团厚化度:放置一段时间后,球体或锥体压入泥团达一定深度时剪切强度增加的百分数泥团厚化度=(Pn-Po)/Po×100%式中Pn—泥团开始承受的负荷Po—经一定时间后球体或锥体压入相同深度时泥团承受的负荷⑴ 粘土的矿物组成⑵ 颗粒越细,形状愈不对称,愈易成触变结构⑶ 吸附阳离子的价数愈小,或价数相同,离子半径愈小者,触变性愈大⑷ 含水量大的泥浆,不易形成触变结构⑸ 温度愈高,粘土质点热运动愈剧烈,使粘土颗粒间的作用力减弱,不易建立触变结构,触变性小5.收缩⑴干燥收缩= (L0-L干) / L0×100%S干分别为试样的原始长度和干燥后长度L0、L干S干为试样的干燥线收缩率⑵烧成收缩S烧= (L干- L烧) / L干×100%L烧、L干分别为试样烧成后长度和干燥后长度S烧为试样的烧成线收缩率⑶总收缩率S 烧=(S 总-S 干) / (100 - S 干) ×100%6.烧结温度与烧结范围3525153020105963气孔率%收缩率% 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 温度℃ 气孔率曲线收缩曲线t 1 t 2 t 3t 1 为开始烧结温度t 2为烧结温度t 3为软化温度t 2→ t 3为烧结温度范围7.耐火度 材料在高温下,虽已发生软化而没有全部熔融,在使用中所能承受的最高温度演示…T=(360+Al2O3-RO)/0.228T—耐火度Al2O3—粘土中Al2O3和SiO2总量换算为100%时,Al2O3所占的质量%RO—粘土中Al2O3和SiO2总量换算为100%时,相应带入的其它杂质氧化物的质量%四、粘土在陶瓷生产中的作用1.粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础2.粘土使泥浆和釉浆具有悬浮性和稳定性3.粘土的结合性有利于坯体的成型加工4.粘土是陶瓷坯体烧结的主体第二节 石英类原料一、石英类原料的种类常用的石英原料有脉石英、砂岩、石英岩、石英砂二、石英的一般性质石英的颜色,根据不同的晶型和类别,有多种多样,平常用作工业原料的石英呈乳白色或灰色,有玻璃光泽 (断口为油脂光泽),硬度为7,比重2.31~2.65,无解理三、石英的同质多象转变按照[SiO4]四面体连接方式,有三种最基本存在状态:石英(Quaytz) 870℃以下磷石英 (Tridymite) 1470 ℃以下方石英 ( Cristobalite) 1713 ℃以下超过1713 ℃以后熔融态在自然界中则大部分以石英的形态稳定存在,只有少部份的以磷石英或方石英的介稳态存在四、主要的变体类型:(1)石英:常表现出六方晶形的透明大晶体。