陶瓷材料的显微结构
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1陶瓷烧结过程中影响气孔形成的因素有哪些?(1)煅烧温度过低、时间过低 (2)煅烧是时原料中的水碳酸盐、硫酸盐的分解或有机物的氧化 (3) 煅烧时炉内气氛的扩散 (4) 煅烧时温度过高,升温过快或窑内气氛不合适等。
夏炎2.影响陶瓷显微结构的因素有哪些?参考答案:(1) 原料组成、粒度、配比、混料工艺等(2) 成型方式、成型条件、制品形状等(3)干燥制度(干燥方式、温度制度、气氛条件、压力条件等)(4) 烧成制度(烧成方式、窑炉结构、温度制度、气氛条件、压力条件等)3. 提高陶瓷材料强度及减轻其脆性有哪些途径?参考答案:a.制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷。
例如,采用热等静压烧结制成的Si3N4气孔率极低,其强度接近理论值。
b.在陶瓷表面引入压应力可提高材料的强度。
钢化玻璃是成功应用这一方法的典型例子。
c.消除表面缺陷,可有效地提高材料的实际强度。
d.复合强化。
采用碳纤维、SiC纤维制成陶瓷/陶瓷复合材料,可有效地改善材料的强韧性。
e.ZrO2与增韧。
ZrO2对陶瓷的强韧化的贡献有四种机理(相变增韧、微裂纹增韧、裂纹偏转增韧、表面残余应力增韧)罗念4.影响氧化锆相变增韧的因素是什么?简单叙述氮化硅陶瓷具有的性能及常用的烧结方法。
①晶粒大小。
当晶粒尺寸大于临界尺寸易于相变。
若晶粒尺寸太小,相变也就难以进行。
②添加剂及其含量使用不同的添加剂, t-ZrO2的可转变最佳晶粒大小、范围也不同。
③晶粒取向。
晶粒取向的不同而影响相变导致增韧的机制。
氮化硅陶瓷具有高强度、高硬度、耐磨、耐化学溶液和熔体的腐蚀、高电绝缘体、低热膨胀和优良抗热冲击、抗机械冲击等性能。
烧结方法:反应烧结氮化硅、无压烧结氮化硅、重烧结氮化硅、气氛加压氮化硅和热压烧结氮化硅。
——李成5.气孔对功能陶瓷性能的影响及降低功能陶瓷中的气孔量的措施?气孔均可使磁感应强度、弹性模量、抗折强度、磁导率、电击穿强度下降,对畴运动造成钉扎作用,影响了铁电铁磁性。
谈陶瓷显微组织与材料性能之间的关系陶瓷材料的物理性能在很大程度上取决于其显微结构,在某些情况下甚至是决定性的,掌握它们之间的内在关系可以有针对性地优化制备工艺,从而提高陶瓷的物理性能。
陶瓷是多晶多相的材料,其显微组织包括:多晶相的种类,晶粒的大小、形态、取向和分布,位错、晶界的状况,玻璃相的形态和分布,气孔的形态、大小、数量和分布,各种杂质、缺陷、裂纹存在的开式、大小、数量和分布,畴结构的状态和分布等。
在显微镜下研究陶瓷材料的显微组织,找出其物相组成、组织、性能之间的联系和规律是发展新型陶瓷材料的基础。
陶瓷材料主要组成相为晶体相、玻璃相和气相。
研究陶瓷显微组织与性能之间的关系,就是要研究晶体相、玻璃相和气相分别对材料性能的影响。
研究这个问题有着重要的意义,主要有以下几点:(1)当我们了解了陶瓷显微组织与材料性能之间的关系后,我们就可以通过研究陶瓷的显微组织结构而对材料的性能做出评价。
(2)通过对陶瓷的结构缺陷的检测分析,从显微组织上找出其缺陷原因,我们可以提出改善或防止结构缺陷的措施。
(3)通过材料的显微组织研究,从材料物理化学的基本原理出发,为新材料的设计或材料改性提供依据或参考。
(4)研究工艺条件对显微组织的影响,通过优化生产工艺,提高材料的性能。
一、晶体相对材料性能的影响晶相是由原子、离子、分子在空间有规律排列成的结晶相。
晶相是决定陶瓷材料性能呢个的主导物相。
由于陶瓷是多晶材料,故晶相又可分为主晶相、次晶相、析出相和夹杂相。
此时主晶相就成为主导陶瓷性能的主导晶相。
主晶相是材料的主要组成部分,材料的性能主要取决于主晶的性质。
次晶相是材料的次要组成部分。
例如Si3N4材料中的颗粒状的六方结构的相β-Si3N4为主晶相;针状的菱方结构的α-Si3N4为次晶相,含量较少。
析出相,由粘土、长石、石英烧成的陶瓷的析出相大多数是莫来石,一次析出的莫来石为颗粒状,二次析出的莫来石为针状,可提高陶瓷材料的强度。
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陶瓷相的成分及其作用
陶瓷是把粘土原料、瘠性原料及熔剂原料经过适当的配比、粉碎、成型并在高温焙烧情况下经过一系列的物理化学反应后,形成的坚硬物质。
常用陶瓷材料主要包括:金属(过渡金属或与之相近的金属)与硼、碳、硅、氮、氧等非金属元素组成的化合物,以及非金属元素所组成的化合物,如硼和硅的碳化物和氮化物。
根据其元素组成的不同可以分为:氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷和硼化物陶瓷。
此外,近年来玻璃陶瓷作为结构材料也得到了广泛的应用。
陶瓷材料的显微结构:陶瓷主要由晶相(基本成分)、玻璃相(非晶态低熔点固体相,一般为20~40%,特殊20~60%)、气相(烧结过程中内部留下的孔洞,一般5~10%,特殊(多孔)~60%)组成。
晶相的结构、数量、形态和分布决定了陶瓷材料的主要性能和应用,晶相对陶瓷材料的物理性能有直接影响。
例如氧化铝陶瓷的性能与其主晶相刚玉(α-Al2O3)含量关系极大:晶粒的尺寸也是影响陶瓷材料性能的重要因素,一般细晶粒可以阻止裂纹的扩展,提高材料的导热系数,使材料绝缘性能下降。
玻璃相的作用:(1)起粘接剂和填充剂的作用,玻璃相是一种易熔相,可以填充晶粒间隙,将晶粒粘接在一起,使材料致密化;(2)降低烧成温度,加快烧结过程;(3)阻止晶型转变,抑制晶粒长大,使晶粒细化;(4)增加陶瓷的透明度等。
气相的多少、大小、形状、分布都会对陶瓷材料产生很大的影响,
除了多孔陶瓷外,气相的存在都是不利的,气孔的存在会使材料的密度、机械强度下降,直接影响材料的透明度,同时,大量气孔的存在会使陶瓷材料绝缘性能降低,介电性能变差,但是气孔多的陶瓷材料表面吸附性能及隔热性能好,利于涂层等。
陶瓷工艺学试题库一.名词术语解释1.陶瓷制品——以粘土类及其它天然矿物岩石为原料,经加工烧制成的上釉或不上釉硅酸盐制品(如日用陶瓷、建筑卫生陶瓷、普通电瓷等)。
2.胎——经高温烧成后构成陶瓷制品的非釉、非化妆土部分。
3.釉——融着在陶瓷制品表面的类玻璃薄层。
4.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。
5.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。
6.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。
7.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。
8.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。
9.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。
10.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。
11.一次粘土——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。
12.二次粘土——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。
13.高岭石——一种二层型结构的含水铝硅酸矿物(Al2O3·2S¡O2·2H2O),因首次在我国江西景德镇附近的高岭村发现而命名。
14.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。
15.釉石——制釉用瓷石,其矿物组成与瓷石相似,但具有较低的熔融温度,熔融物具有较好的透明度。
16.石英——天然产出的结晶态二氧化硅。
17.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。
18.ɑ—半水石膏——石膏在水蒸气存在的条件下加压蒸煮而得到的晶体呈针状、结晶尺寸较大的半水石膏(ɑ—CaSO4·1/2H2O)。