最新无机材料工学-考试重点
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可塑性:粘土与适量水混练后形成的泥团,在外力作用下,可塑造成各种形状而不开裂;当外力除去以后,仍能保持该形状不变的性能可塑性指数:表示粘土能形成可塑泥团的水分变化范围。
液限:指粘土〔或坯料〕由塑性状态进入流动状态时的含水量,反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小塑限:指粘土〔或坯料〕由粉末状态进入塑性状态时的含水量,表示粘土被水润湿后,形成水化膜,使粘土颗粒能相对滑动而出现可塑性时的含水量颗粒细有机质含量高;颗粒吸附的阳离子浓度大,半径小、电价高,如Ca2+,H+,吸附水膜厚;可塑性越好离子交换性:粘土粒子因边棱断键和晶格内部离子同晶取代而带电,吸附溶液中异号离子该被吸附离子可被其他离子所置换〔离子交换容量—— pH=7时每100g干粘土所附的阳离子或阴离子的毫摩尔数来表示〕〔影响因素:粘土的种类、带电机理、结晶度、分散度。
触变性:粘土泥浆或可塑泥团在静置以后变稠或凝固;受到搅拌或振动时,粘度降低而流动性增加;放置一段时间后又恢复原来状态。
〔影响因素:矿物组成、颗粒大小和形状、水分含量、电解质种类与用量、泥浆〔或可塑泥料〕的温度〕〔对生产影响:触变性过大:注浆成型后易变形,管道输送泥浆困难;触变性过小:生坯强度不够,影响成型、脱模与修坯质量〕粘土在陶瓷生产中的重要作用(1) 粘土可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的根底。
(2) 粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性,是陶瓷注浆泥料与釉料的必备性质。
(3) 粘土一般呈细分散颗粒,同时具有结合性,这可在坯料中结合其他瘠性原料并使坯料具有一定枯燥强度,有利于坯体成型加工。
(4) 粘土是陶瓷坯体烧结时的主体,其中Al2O3含量和杂质含量是决定陶瓷坯体烧结程度、烧结温度和软化温度的主要因素。
(5) 粘土形成瓷器的主体结构,是瓷器中莫来石晶体的主要来源,莫来石晶体能赋予瓷器以良好的机械强度、介电性能、热稳定性和化学稳定性。
石英在陶瓷工业中的作用:其为瘠性料,调节泥料可塑性,加快坯体枯燥,降低枯燥收缩,防止变形;提供瓷体石英晶相,与莫来石一起构成结构骨架,增加机械强度,改善白度和透光度;提高釉的熔融温度与粘度,减少热膨胀系数,赋予高的机械强度、硬度、耐磨性和耐化学侵蚀性。
第一章晶体几何根底1-1 解释概念:等同点:晶体结构中,在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点。
空间点阵:概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形。
结点:空间点阵中的点称为结点。
晶体:内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。
对称:物体相同局部作有规律的重复。
对称型:晶体结构中所有点对称要素〔对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴〕的集合为对称型,也称点群。
晶类:将对称型相同的晶体归为一类,称为晶类。
晶体定向:为了用数字表示晶体中点、线、面的相对位置,在晶体中引入一个坐标系统的过程。
空间群:是指一个晶体结构中所有对称要素的集合。
布拉菲格子:是指法国学者 A. 布拉菲根据晶体结构的最高点群和平移群对称及空间格子的平行六面体原那么,将所有晶体结构的空间点阵划分成 14 种类型的空间格子。
晶胞:能够反响晶体结构特征的最小单位。
晶胞参数:表示晶胞的形状和大小的 6 个参数〔 a、b、 c、α 、β、γ〕.1-2 晶体结构的两个根本特征是什么?哪种几何图形可表示晶体的根本特征?解答:⑴晶体结构的根本特征:① 晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。
② 晶体的内部质点呈对称分布,即晶体具有对称性。
⑵ 14 种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的根本特征。
1-3 晶体中有哪些对称要素,用国际符号表示。
解答:对称面— m,对称中心— 1,n 次对称轴— n,n 次旋转反伸轴— n螺旋轴— ns ,滑移面— a、b、c、d1-5 一个四方晶系的晶面,其上的截距分别为3a、4a、6c,求该晶面的晶面指数。
解答:在 X、Y、 Z 轴上的截距系数: 3、4、6。
截距系数的倒数比为: 1/3:1/4:1/6=4:3:2晶面指数为:〔432〕补充:晶体的根本性质是什么?与其内部结构有什么关系?解答:① 自限性:晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。
②均一性和异向性:均一性是由于内部质点周期性重复排列,晶体中的任何一局部在结构上是相同的。
简答题1/粘度及其影响因素(以硅酸盐熔体为例)粘度:使相距一定距离的两个平行平面以一定速度相对移动所需的力硅酸盐熔体粘度与组成的关系-粘度的大小由熔体中硅氧四面体网络连接程度决定碱金属、碱土金属:熔体分化,网络断裂程度增加,粘度降低碱金属的硅酸盐熔体中加入Al2O3:当Al2O3/Na2O<1时:Al2O3代替SiO2起“补网”作用,提高粘度当Al2O3/Na2O>1时,Al进入[AlO6]位置中,粘度降低碱金属的硅酸盐熔体中加入B2O3:最初加入的B2O3,处于[BO4]中®结构聚集紧密,粘度升高;随着硼含量增加,硼处于三角体中®网络结构疏松,粘度下降R+对粘度的影响:浓度:O/Si低时,Si-O键决定粘度®随R+半径减小,熔体粘度减小O/Si高时,[SiO4]靠键力R-O相连®随R+半径减小,熔体粘度增大碱土金属离子:R2+浓度的影响:O/Si比离子极化对粘度的影响:离子变形,共价键成分增加®减弱了Si-O键力,粘度降低Pb2+>Ba2+>Cd2+>Zn2+>Ca2+>Mg2+2.表面能及其影响因素(以硅酸盐熔体为例)表面能:将表面增大一个单位面积所需要作的功组成对硅酸盐熔体表面张力的影响: Al2O3、CaO、MgO、SiO2增大表面张力;K2O、PbO、B2O3、Sb2O3、Cr2O3降低表面张力化学键型对熔体表面张力的影响: 具有金属键的熔体表面张力>共价键>离子键>分子键温度的影响:大多数硅酸盐熔体的表面张力随着温度的升高而降低®温度升高100℃,表面张力降低~1% 3.玻璃结构的晶子假说学说要点:硅酸盐玻璃由无数“晶子”组成。
“晶子”不同于一般微晶,是带有晶格变形的有序区域,分散于无定形介质中,“晶子”到无定形介质的过渡是逐步完成的,两者之间无明显界线。
(3分)意义及评价:揭示了玻璃的结构特征:微不均匀性、近程有序性。
1本征扩散:空位来源于晶体结构中本征热缺陷,由此而引起的质点迁移。
2,非本征扩散:受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。
或由不等价杂质离子取代造成晶格空位,由此而引起的质点位移。
3,稳定扩散:若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化,即dc/dt=0.这种扩散称稳定扩散。
4,不稳定扩散:扩散物质在扩散层dx 内的浓度随时间而变化,即dc/dt≠0,这种扩散称为不稳定扩散。
5,均匀成核:是晶核从均匀地单相熔体中产生的过程6,非均匀成核:是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程。
7,一级相变:体系由一相变为另一相时,如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。
8,二级相变:相变时两相化学势相等,其一级偏微商也相等,但二级偏微商不等的相变。
9,一致熔融化合物:是一种稳定的化合物,与正常的纯物质一样具有固定的熔点,熔化时,产生的液相与化合物组成相同。
10,不一致熔融化合物:是一种不稳定的化合物,加热到一定温度会发生分解,分解产物是一种液相和一种固相,液相和固相的组成与化合物组成都不相同。
11,切线规则:将将界线上某一点所作的切线与相应的连线相交,如交点在连线上,则表示界线上该处具有共熔性质;如交点在连线的延长线上,则表示界线上该处具有转熔性质,远离交点的晶相被回吸.12,连线规则:将一界线(或其延长线)与相应的连线(或其延长线)相交,其交点就是该界线上的温度最高点。
13,三角形规则:原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物;与这三个物质相应的初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。
14,晶体生长:平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下,连续增大的过程。
15,二次再结晶:是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。
16,液相独立析晶:是在转熔过程中发生的,由于冷却速度较快,被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来,使转熔过程不能继续进行,从而使液相进行另一个单独的析晶过程,就是液相独立析晶。
第二章、晶体结构缺陷1缺陷的概念2、热缺陷(弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷)热缺陷是一种本征缺陷、高于0K就存在,热缺陷浓度的计算影响热缺陷浓度的因数:温度和热缺陷形成能(晶体结构)弗伦克尔缺陷肖特基缺陷3、杂质缺陷、固溶体4、非化学计量化合物结构缺陷(半导体)种类、形成条件、缺陷的计算等5、连续置换型固溶体的形成条件6、影响形成间隙型固溶体的因素7、组分缺陷(补偿缺陷):不等价离子取代形成条件、特点(浓度取决于掺杂量和固溶度)缺陷浓度的计算、与热缺陷的比较幻灯片68、缺陷反应方程和固溶式9、固溶体的研究与计算写出缺陷反应方程T固溶式、算出晶胞的体积和重量T理论密度(间隙型、置换型)T和实测密度比较10、位错概念刃位错:滑移方向与位错线垂直,伯格斯矢量b与位错线垂直螺位错:滑移方向与位错线平行,伯格斯矢量b与位错线平行混合位错:滑移方向与位错线既不平行,又不垂直。
幻灯片7第三章、非晶态固体1熔体的结构:不同聚合程度的各种聚合物的混合物硅酸盐熔体的粘度与组成的关系2、非晶态物质的特点3、玻璃的通性4、Tg、Tf ,相对应的粘度和特点5、网络形成体、网络改变(变性)体、网络中间体玻璃形成的结晶化学观点:键强,键能6、玻璃形成的动力学条件(相变),3T图7、玻璃的结构学说(二种玻璃结构学说的共同之处和不同之处)8、玻璃的结构参数Z可根据玻璃类型定,先计算R,再计算X、Y 注意网络中间体在其中的作用。
9、硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别10、硼的反常现象幻灯片8第四章、表面与界面1表面能和表面张力,表面的特征2、润湿的概念、定义、计算;槽角、二面角的计算改善润湿的方法:去除表面吸附膜(提高固体表面能)、改变表面粗糙度、降低固液界面能3、表面粗糙度对润湿的影响4、吸附膜对润湿的影响5、弯曲表面的效应(开尔文公式的应用)6、界面的分类与特点7、多晶体组织8、粘土荷电的原因,阳离子交换序9、粘土与水的作用,电动电位及对泥浆性能的影响流动性,稳定性,悬浮性,触变性,可塑性10、瘠性料的悬浮与塑化泥浆发生触变的原因,改善方法幻灯片9第五章、相平衡1、相律以及相图中的一些基本概念相、独立组分、自由度等2、水型物质相图的特点(固液界线的斜率为负)3、单元系统相图中可逆与不可逆多晶转变的特点4、S iO2相图中的多晶转变(重建型转变、位移型转变)5、一致熔化合物和不一致熔化合物的特点6、形成连续固溶体的二元相图的特点(没有二元无变量点)7、相图应用幻灯片108、界线、连线的概念,以及他们的关系9、等含量规则、等比例规则、背向规则、杠杆规则、连线规则、切线规则、重心规则。
一、计算( 每题参考分值5分 )1、 2. 某水泥厂生料和煤灰的化学成分(干燥基,wt%)如下表,已知每97kg2、已知陶瓷生料釉的实验式,用理论组成的原料钾长石(K2O·Al2O3·6SiO2)、钠长石(Na2O·Al2O3·6SiO2)、钙长石(CaO·Al2O3·2SiO2)、高岭土、白云石及石英配料,试用矿物组成满足法列表计算生料釉的配料组成,计算精度0.01。
陶瓷生料釉实验式如下:钠长石(摩尔质量524.5)、钾长石(摩尔质量556.7)、钙长石(摩尔质量278.2)、白云石(摩尔质量184.4)、高岭土(摩尔质量258.1)、石英(摩尔质量60.1)。
正确答案:解:(1)列表计算各原料引入量3、玻璃的设计成分见表1表1 玻璃的设计成分(质量%)纯碱挥散率 3.10%;玻璃获得率 83.5%;萤石含率 0.85%;芒硝含率 15%;煤粉含率 4.7%;计算基础 200kg玻璃液;计算精度 0.01。
表2各种原料的化学成分(%)4、已知瓷坯及所用原料的化学组成如下表所示,试列表计算瓷坯的配方。
瓷坯及所用原料的化学组成表(%)19.00 39.000.19 0.47 0.30 0.780.50 0.1316.0012.60正确答案: 6、.某建筑工程采用钢筋混凝土结构,需要设计混凝土屋面板用的配合比,设计强度等级C30,其施工要求坍落度为30mm,保证率为95%。
工程采用32.5Mpa 普通硅酸盐水泥(实测强度为40.2Mpa),密度 3.10;采用中砂,表观密度 2.60,堆积1.45g/cm3;采用碎石,最大粒径为20mm, 表观密度为2.70,堆积密度1.52g/cm3;请用绝对体积法设计该混凝土的实验室配合比。
(已知:σ0=5Mpa,A=0.46,B=0.07,保证率为95%,t=-1.645, 混凝土含气量百分数α取1;混凝土的每立米用水量采用确定10/3(T+K ),其中K 为53,砂率取34%) 正确答案:答: (1)混凝土试配强度:R h=R d-tσ0=30-(-1.645×5)=38.2Mpa;(1分)(2)水灰比:,则:W/C=0.47(2分)(3)用水量:W0=(3+53)×10/3=186kg(1分)(4)混凝土单位水泥用量:C0=186÷0.47=396kg(1分)(5)根据绝对体积法原理,可得方程式:代入数据可得:S0=617kg (2分)G0=1186kg (2分)即混凝土每立方米的各种材料用量为:C0=396kg, W0=186kg, S0=617kg , G0=1186kg;混凝土配合比为:C:S:G:=1:1.56:2.99,7、试计算硅酸盐水泥熟料中的SiO2全部形成C2S时,相应的石灰饱和系数KH。
无机材料复习资料第一篇:无机材料复习资料1.获得高温的方法:各种高温电阻炉、聚焦炉、闪光放电、等离子体电弧、激光、原子核的分离和聚变、高温粒子。
2.常见高温电炉:电阻炉、感应炉、电弧炉、电子束。
3.高温测温仪表分为:接触式、非接触式(一)接触式热膨胀温度计(-200℃-600 ℃)压力表式温度计热电阻温度计(-258 ℃-900 ℃)热电偶(-200 ℃-1800 ℃)(二)非接触式光学高温计(800 ℃-3200 ℃)辐射高温计(400 ℃-2000 ℃)比色高温计(50 ℃-3200 ℃)4.热电偶高温计的工作原理:是以热电偶作为测温元件,以测得与温度相对应的热电动势,再通过仪表显示温度。
5.热电偶高温计的特点:1、体积小,使用方便;2、有良好的热感度;3、能直接与被测物相接触;4、测温范围较广;5、测量讯号可远距离传送6.高温合成反应类型:高温下的固相合成反应(制陶反应);高温下的化学转移反应;高温下的固-气合成反应;高温下的熔炼和合金制备;高温下的相变合成;高温熔盐电解;等离子体激光、聚焦等作用下的超高温合成;高温下的单晶生长和区域熔融提纯7.获得低温的方法(常用的有气体绝热膨胀制冷和相变制冷):一般半导体制冷;三级级联半导体制冷;菲利普制冷机;液体减压蒸发(He);氦涡流制冷;He绝热压缩相变制冷;绝热去磁8、常见的低温源:冰盐共熔体系;干冰浴;液氮;相变致冷浴9、常见的低温温度计:低温热电偶、电阻温度计、蒸汽压温度计,实验室中最常用的是蒸汽压温度计。
10、低温的控制方法:恒温冷浴,低温恒温器,相变制冷浴,干冰浴11、低温分离的方法:低温下的分级冷凝、低温下的分级减压蒸发、低温吸附分离、低温分馏、低温化学分离12、静高压的定义:利用外界机械加载方式,通过缓慢逐渐施加负荷挤压所研究的物体或试样,当其体积缩小时,就在物体或试祥内部产生高压强。
由于外界施加载荷的速度缓慢(通常不会伴随着物体的升温),所产生的高压力称为静态高压。
1.为什么北方常采用烧氧化焰而南方烧还原焰?答:我国北方制瓷原料大多采用二次高岭土与耐火粘土,含铁较少而含氧化钛、有机物较多,坯体粘性和吸附性较强,适宜用氧化气氛烧成。
南方制瓷原料大多采用原生高岭土和瓷石,含铁量较多而含氧化钛、有机物较少,粘性和吸附性较小,适宜用还原气氛烧成。
2.与金属材料相比,无机非金属材料在性能上有那些特点?原因是什么?答:无机非金属材料的化学组分主要由元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物、以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐和非氧化物等物质,其化学键主要为离子键或离子—共价混合键。
因此,无机非金属材料的基本属性主要体现为高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高抗压良好的抗氧化性、隔热性,优良的介电、压电、光学、电磁性能及其功能转换特性等。
但大多数无机非金属材料具有抗拉强度低、韧性差等缺点。
3.玻璃浮法成型的原理?答:玻璃液从池窑连续流入并浮在有还原气氛保护的锡液上,由于各物相界面张力和重力的综合作用,摊成厚度均匀,上下两平面平行,平整和火抛光的玻璃带,经冷却硬化后脱离锡液,再经退火、切割而得到浮法玻璃。
4.采用陶瓷注浆成型时坯料应满足哪些要求?为什么?答:1)流动性好。
保证泥浆浇注成形时要能充满模型的各个部位。
2)悬浮性好。
浆料中各种固体颗粒能在较长的一段时间悬浮而不沉淀的性质称为泥浆的悬浮性。
它是保证坯体组分均匀和泥浆正常输送、贮放的重要性能之一。
3)触变性适当。
受到振动和搅拌时,泥浆粘度会降低而流动性增加,静置后又恢复原状,此外,泥浆放置一段时间后,在维持原有水分的情况下也会变稠,这种性质称为触变性。
泥浆触变性过大,容易堵塞泥浆管道,且坯体脱模后易塌落变形;触变性过小,生坯强度较低,影响脱模和修坯。
4)滤过性好。
滤过性也称渗模性,是指泥浆能够在石膏模中滤水成坯的性能。
滤过性好,则成坯速率较快。
当细颗粒过多时,易堵塞石膏模表面的微孔脱水通道,不利于成坯。
熟料和瘠性原料较多时有利于泥浆的脱水成坯。
非晶态结构与性质1.聚合物理论P119聚合物形成的三个阶段:初期:主要是石英颗粒的分化;中期:缩聚反应并伴随聚合物的变形;后期:在一定温度(高温)和一定时间(足够长)下达到解聚平衡最终熔体组成:不同聚合程的各种聚合体的混合物。
即低聚物、高聚物、三维碎片、游离碱、吸附物。
聚合体的种类、大小和数量随熔体组成和温度而变化。
2.粘度公式P120-1263.玻璃的通性P130-1324.玻璃的形成条件看下面的玻璃形成的热力学条件同组成的晶体和玻璃体的内能差别愈大,玻璃愈容易结晶,即愈难以形成玻璃;内能差别愈小,玻璃愈难结晶,也就愈容易形成玻璃。
玻璃形成的动力学条件从动力学观点看,生成玻璃的关键是熔体的冷却速度。
晶核生成速率与晶体生长速度间温度差值愈大(重叠越小),愈容易形成玻璃;反之,愈容易析晶。
玻璃形成的结晶化学条件1)复合阴离子团大小与排列方式1.熔体中阴离子集团的大小和聚合程度影响玻璃的形成能力。
2.熔点附近的粘度是玻璃形成能力的重要标志。
3.构成玻璃的多面体间只能以共顶连接,这是形成玻璃的重要条件。
2)键强单键强度越高,熔点越低的氧化物越易于形成玻璃。
3)键型形成玻璃必须具有离子键或金属键向共价键过渡的混合键型。
5.X/Y/Z/R P1456.硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃P144-148(次重点)7.退火玻璃、淬火玻璃的区别与形成过程8.软化→无应力→均匀应力→表层应力固体表面与界面1.黏土的电荷性及带电原因P192-193看书就好产生负电荷的原因:(次)1)由于粘土晶格内离子的同晶置换所产生的。
产生了过剩的负电荷,这种电荷的数量取决于晶格内同晶置换的多少。
2) 由吸附在粘土表面的腐殖质离解而产生。
2.粘土与水的结合有几种情况?P193看下面的1.粘土晶粒表面上氧与羟基可与靠近表面的水分子通过氢键而键合;2.粘土表面负电荷在粘土附近存在静电场,使极性水分子定向排列;3.粘土表面吸附着水化阳离子3.泥浆的稳定性、流动性、滤水性、触变性、可塑性P197-206 具体看书,概括在下1)泥浆的流动性定义:流动性是指泥浆含水量低,粘度小而流动度大的性质流体粘性的大小用粘度η来表征;描述流动难易程度用流动度表示:流动度=l/η,即粘度越大,流动度越小。
考研复试题库无机非金属材料工艺学一、晶体结构与缺陷1、解释晶体结构的基本概念,包括晶格、晶胞、晶格常数等,并举例说明常见的晶体结构类型(如面心立方、体心立方等)。
2、讨论晶体中的点缺陷(空位、间隙原子等)、线缺陷(位错)和面缺陷(晶界、相界等)对材料性能的影响。
3、计算晶体中的空位浓度和间隙原子浓度,以及它们与温度的关系。
二、材料的固相反应1、阐述固相反应的定义、特点和基本步骤。
2、分析影响固相反应速率的因素,如反应物颗粒大小、温度、压力等。
3、举例说明固相反应在无机非金属材料制备中的应用。
三、相图与相变1、解读二元相图(如共晶相图、包晶相图等),能够确定相区、相变点和相变过程。
2、解释相变的基本概念,如一级相变、二级相变,并举例说明。
3、运用相图知识分析材料的制备和性能控制。
四、无机材料的成型与烧结1、描述常见的无机材料成型方法(如注浆成型、压制成型、挤出成型等)及其优缺点。
2、阐述烧结的定义、驱动力和基本过程。
3、讨论影响烧结的因素,如烧结温度、保温时间、气氛等,并说明如何通过控制这些因素来优化材料的性能。
五、玻璃与陶瓷材料1、介绍玻璃的结构特点和性能,解释玻璃的通性。
2、分析陶瓷材料的制备工艺(包括原料制备、成型、烧结等环节)。
3、比较玻璃和陶瓷材料在结构、性能和应用方面的异同。
六、水泥材料1、简述水泥的组成和分类。
2、解释水泥的水化反应过程和硬化机制。
3、分析影响水泥性能的因素,如熟料矿物组成、石膏掺量等。
七、复合材料1、定义无机非金属基复合材料,列举常见的类型(如纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料等)。
2、讨论复合材料的界面结合机制和界面性能对材料整体性能的影响。
3、举例说明无机非金属复合材料在工程中的应用。
八、材料的性能测试与表征1、描述无机非金属材料常见的性能测试方法,如力学性能测试(拉伸、压缩、弯曲等)、热性能测试(热膨胀、热导率等)、光学性能测试等。
2、解释材料表征的常用技术,如 X 射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等的原理和应用。
无机非金属材料:以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤化物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等所组成的材料,它几乎包括除金属材料、有机高分子材料外的所有材料。
(传统无机非材料、新型无机非材料)特点:耐高温、化学稳定性好、强度硬度高、电绝缘性好、韧性差陶瓷:传统上,“陶瓷”是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧成(结)等过程而制成的各种制品。
广义的陶瓷概念:用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称。
按陶瓷的用途分类:普通陶瓷、特种陶瓷(结构陶瓷和功能陶瓷)粘土:一种颜色多样、细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体一次粘土:母岩风化后残留在原地而成的黏土层二次粘土:由风化形成的粘土受风雨作用迁移到其他地点沉积而形成的黏土层成因:风化残积型、热液蚀变型、沉积型化学组成:主要化学成分为SiO2、A12O3和结晶水(H2O)矿物组成:高岭石类Al2O3·2SiO2·2H2O蒙脱石类:蒙脱石Al2O3·4SiO2·nH2O(n>2)叶蜡石Al2O3·4SiO2·H2O伊利石类K2O·3Al2O3·6SiO2· 2H2O粘土中的杂质矿可塑性:可塑性是指粘土粉碎后用适量的水调和、混练后捏成泥团,在一定外力的作用下可以任意改变其形状而不发生开裂,除去外力后,仍能保持受力时的形状的性能。
(1)塑性指数:塑限和液限(的含水率)之差;塑限:粘土-水体系具有可塑性所需的最小含水率;液限:粘土-水体系具有可塑性所允许的最大含水率;(2)塑性指标:工作水分下,粘土泥料受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。
触变性:粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时,粘度会降低而流动性增加,静置后又能逐渐恢复原状。
反之,相同的泥料放置一段时间后,在维持原有水分的情况下会增加粘度,出现变稠和固化现象。
上述情况可以重复无数次。
粘土的上述性质统称为触变性。
粘土泥料的收缩:干燥收缩烧成收缩。
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形的基础:可成形、成形后保持形状。
并且保持干燥、烧成过程中的形状和强度!2)粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。
3)粘土一般呈细分散颗粒,同时具有结合性。
4)粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。
5)烧成时在一定范围内熔融,利于烧结致密化。
6)粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源石英晶型转换应用:通过控制升温或冷却速度来避免体积效应引起的开裂;利用体积变化,对原料煅烧,利于粉碎。
石英在陶瓷生产中的作用:1) 石英是瘠性原料,可对泥料的可塑性起调节作用。
2) 在陶瓷烧成时,石英影响陶瓷坏体的体积收缩。
3) 在瓷器中,石英对坯体的力学强度有着很大的影响。
4) 石英对陶瓷釉料的性能有很大影响。
长石:碱金属和碱土金属的铝硅酸盐矿物钠长石Na2O·Al2O3·6SiO2 钾长石K2O·Al2O3·6SiO2钙长石Ca O·Al2O3·2SiO2 钡长石BaO·Al2O3·2SiO2长石在陶瓷生产中的作用:1.降低烧成温度长石是坯、釉中碱金属氧化物(K2O、Na2O)的主要来源,从而降低陶瓷的烧成温度。
2.提高机械强度和化学稳定性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,促进莫来石晶体的形成和长大,提高瓷体的机械强度和化学稳定性3.提高透光度长石熔体填充于各颗粒间,促进坯体致密化。
其液相过冷成为玻璃相,提高了陶瓷制品的透光度。
滑石:3MgO·4SiO2·H2O; 白云石CaCO3·MgCO3菱镁矿MgCO3尖晶石MgO·Al2O3绿泥石MgCO3·3Al2O3·5SiO2·8H2O蛇纹石3MgO·4SiO2·2H2O 方解石CaCO3硅灰石CaO·SiO2透辉石CaO·MgO·2SiO2、绢云母(KAl2[AlSi3O7](OH,F)2) 锂辉石Li2O·Al2O3·4SiO2 锂云母又称鳞云母LiF·KF·Al2O3·3SiO2。
坯料:(天然或人工合成)原料和添加剂等经过配料和加工后得到的具有成形性能的多组分混合物。
坯料制备:原料预处理、原料破碎、过筛和除铁、泥浆的脱水、造粒、陈腐、练泥坯釉适应性:指陶瓷坯体与釉层有互相适应的物理性质使釉面不致龟裂或剥脱的性能。
影响因素:膨胀系数、中间层、釉层厚度、吸湿膨胀造粒:在原料细粉中加入一定量的塑化剂,制成粒度较粗、具有一定假颗粒度级配、流动性较好的团粒(约20~80目),以利于新型陶瓷坯料的压制成形。
成形:将配合料制成浆体、可塑泥团、粉料等坯料或熔融体,经适当的手段和设备变成具有一定形状、强度和性能的坯体或制品的过程。
粘性流动:流体受剪切力作用,剪切应变随时间不断增大,此种变形称为粘性流动。
塑性流动:当理想体受剪切应力小于某极限值(屈服值)时不发生剪切应变,达到该极限值,则此种形变称为塑性流动。
塑性变形:由粘性流动和塑性流动所产生的变形。
影响浆料流动性和稳定性的因素(一)固相的含量、颗粒大小和形状的影响浆料流动的阻力来自:1)水分子本身的相互吸引力;2)固相分子与水之间的吸引力;3)固相颗粒相对位移时的碰撞阻力(二)泥浆温度的影响:温度升高,粘度下降。
(三)粘土及泥浆处理方法的影响:原料处理、浆料处理。
(四)泥浆的pH值的影响釉:根据陶瓷坯体性能的要求,利用天然矿物原料及某些化工原料按比例配合,在高温作用下熔融而覆盖在坯体表面的富有光泽的玻璃质层釉的作用:1)提高坯体化学稳定性:提高对液体和气体不透过性。
2)覆盖于坯体表面:美感、增加瓷器艺术价值与欣赏价值。
提高瓷体的表面光洁度。
3)防止沾污坯体,便于洗涤。
4)赋予产品特定的物理和化学性能5)改善陶瓷制品的性能:釉与坯体高温下反应,冷却后成为一个整体,正确选择釉料配方,可以使釉面产生均匀的压应力,从而改善陶瓷制品的力学性能、热性能、电性能等影响釉的熔融温度的因素主要有:釉的化学组成、矿物组成、细度、混合均匀程度、烧成温度、时间等。
脱水:全部或部分排除(物料)原料或坯体中的水分。
干燥:是脱水的一种形式,一般是指通过加热方法脱除物料中的水分——烘干。
物料中水分的结合方式:化学结合水、(大气)吸附水、自由水(机械结合水)干燥过程:加热阶段、等速干燥阶段、降速干燥阶段、平衡阶段影响干燥速度的因素:1)内扩散速度2)外扩散速度3)其他因素:坯体形状、尺寸、设备的结构与尺寸、干燥方法等。
烧成:成形坯体经高温处理,发生一系列物理化学变化,形成预期的矿物组成和显微结构,达到固定外形并获得所需性能的过程。
烧结:粉末或粉末压坯在一定的气氛中,在低于其主要成分熔点的温度下加热而获得具有一定组织和性能的材料或制品的过程。
烧结侧重考察显微组织(孔隙)变化,一般认为烧结以物理变化为主!煅烧:粉末状原料加热至一定温度,发生化学反应和相变,获得所需要组成和相结构的过程。
煅烧多对原料进行,主要实现某些组分的排除(分解)和结构转变。
烧成过程1.化学反应分解、氧化、固相反应、共熔、相变……2.热量传递对流、传导、辐射传热……3.质量传递扩散……4.动量传递气体流动烧成制度:是指烧成时所执行的温度、压力和气氛规范,包括温度制度、气氛制度和压力制度。
压力制度是保证温度制度及气氛制度实现的条件零压位:零压位控制在预热(负压)、烧成(正压)两带之间,便于分隔焰性,使氧化、还原阶段分明。
烧成温度:陶瓷坯体烧成时获得最优性质时的相应温度,即操作时的止火温度。
烧成方法:一次烧成(本烧):施釉后的生坯一次直接烧成得到产品二次烧成(此时将一次烧制称为“素烧”、二次烧制称为“釉烧”) “两点一度”:氧化转强还原的温度点、强还原转弱还原、还原气氛的温度陶瓷制品在烧成过程中容易产生的缺陷:变形:起泡:桔釉和釉面针孔(猪毛孔):坯体染色、烟熏和形成黑斑:釉裂、釉缕、缺釉和缩釉:开裂、落渣玻璃:由熔融物冷却而不析晶得到的无机物(狭义)表现出玻璃转变现象的非晶态物质(广义)通性:各向同性,无固定熔点,介稳性,凝固的渐变性和可逆性(变化的可逆性),由熔融态向玻璃态转化时,物理、化学性质随温度变化的连续性(可变性)。
玻璃形成温度(Tg),又称脆性温度。
它是玻璃出现脆性的最高温度,由于在这个温度下可以消除玻璃制品因不均匀冷却而产生的内应力,所以也称退火温度上限。
Tg=1/2~2/3Tm软化温度(Tf ),它是玻璃开始出现液体状态典型性质的温度。
相当于粘度109dPa·S,也是玻璃可拉成丝的最低温度。
玻璃的组成:硅酸盐玻璃以SiO2 为主成分,还有其他氧化物:玻璃形成体、玻璃中间体、玻璃调整体(网络外体)。
玻璃结构的基本特点:近程有序,远程无序。
晶子学说:玻璃的有序性、不均匀性和不连续性。
无规则网络学说:多面体排列的连续性、均匀性和无序性硼氧反常:纯B2O3玻璃中加入Na2O ,各种物理性质出现极值。
而不象SiO2中加入Na2O后性质变坏。
硼反常现象:在钠硅酸盐玻璃中加入氧化硼时,性质曲线上产生极值的现象。
逆性玻璃:当存在两种以上金属离子且它们大小、电荷不同时,Y<2也可制成玻璃且性质随量的增加而变好。
玻璃的热历史:指玻璃从高温液态冷却,通过转变温度区域和退火温度区域的经历。
化物总量不变,用一种氧化物取代另一种,玻璃与扩散有关的性质不成直线变化,而出现明显的极值。
玻璃结构中的氧化物分类(根据无规则网络学说,按元素与氧结合单键能大小分)网络生成体氧化物(NF)网络外体氧化物(NM)中间体氧化物(NI)玻璃的分相:玻璃从高温冷却过程中或在一定温度下热处理时,由于内部质点的迁移,某些组分发生偏聚,从而形成化学组成不同的两个或两个以上的液相或玻璃相,此过程叫分相。
分相种类:1、液相线以上液-液稳定分相(稳定地不混溶)2、液相线以下的介稳分相(亚稳不混溶性)均匀成核:在宏观均匀的玻璃体中,在基质内部而与相界、缺陷等无关的成核过程(自发成核、本征成核)。
非均匀成核:依靠相界、晶界或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核的过程。
微晶玻璃:将加有晶核剂(或不加晶核剂)的特定组成的基础玻璃,在控制条件(一定温度制度)下进行晶化热处理,变成具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料。
成核剂:贵金属盐类;氧化物;氟化物;复合晶核剂。
热处理工艺:阶梯式热处理制度:室温→核化温度(核化阶段)核化温度→晶化温度(晶化阶段)→冷却过程(冷却速度可较大)。
等温制度:等温保温即使放热与玻璃导热及比热适应,晶核形成后就较慢晶化。