特种陶瓷复习

名词解释：1.特种陶瓷：通常认为是采用高度精选的原料,具有能精确控制的化学组成,按照便于控制的制造技术加工的,便于进行结构设计,并具有优异特性的陶瓷;2.粉体：是大量固体粒子的集合;它表示物质的一种存在状态,既不同于气体、液体,也不完全同于固体;正如不少学者认为,粉体是气、液、固三态之外的第四相;3.粒度：凡构成某种粉体的颗粒群,其颗粒的平均大小被定义为该粉体的粒度;4.等体积球相当径：某颗粒所具有的体积用同样体积的球来与之相当,这种球的直径,就代表该颗粒的大小即等体积相当径;5.粉碎：是对于颗粒群体的作用,即被粉碎的对象是粒度及形状不同的颗粒群体,颗粒不能承受外力作用而分成两块以上的破坏现象;6.固相法就是以固态物质为出发原料,通过一定的物理与化学过程来制备陶瓷粉体的方法;7.直接沉淀法：在溶液中加入沉淀剂,反应后所得到的沉淀物经洗涤、干燥、热分解而获得所需的氧化物微粉,也可仅通过沉淀操作就直接获得所需要的氧化物;8.凝胶：是胶体质点或高聚物分子相互联结、搭桥所形成的空间网状结构,在这个结构的孔隙中填满了液体;9.溶胶-凝胶法：是指将金属氧化物或氢氧化物的溶胶变为凝胶,再经干燥、煅烧,制得氧化物粉末;10.水热法：是指在密封压力容器中,以水或其他流体作为溶媒,在高温、高压条件下制备、研究材料的一种方法;11.蒸发-凝聚法：是用电弧或等离子流将原料加热至高温,使之气化,接着在具有很大温度梯度的环境中急冷,凝聚成微粒状物料的方法;12.喷雾干燥法：是将溶液分散成小液滴喷入热风中,使之迅速干燥的方法;13.成型：是将陶瓷粉料加入塑化剂等制成坯料,并进一步加工成特定形状坯体的过程;14.压制成型：将经过造粒、流动性好、粒配合适的料粉倒入一定形状的钢模内,借助于模塞,通过外加压力,便可将粉料压制成坯体;15.堆积密度：是指加压前粉料在模具中自然堆集或经适当振动所形成的填充程度;16.注浆成型：是使坯料形成流动态的浆料,利用其流动性质来形成特定形状的工序过程;17.烧结：是一种或多种固体粉末经过成型后,通过加热使粉末产生颗粒粘结,再经过物质迁移使粉末体收缩,在低于熔点温度下变成致密、坚硬烧结体的过程;18.常压烧结：在正常压力下,使具有一定形状的疏松陶瓷坯体经过一系列物理化学过程而变为致密、坚硬、体积稳定、具有一定性能的烧结体;19.热压烧结：是在高温烧结过程中,对坯体施加足够大的机械作用力,达到促进烧结的目的;20.热等静压烧结：使材料在加热过程中经受各向均衡的气体压力,在高温高压同时作用下使材料致密化的烧结工艺;填空：1.影响粉碎的因素很多,但就颗粒的特性对填充的影响主要有颗粒大小的影响和颗粒形状与凝聚的影响 ;2.均一球形颗粒致密填充包括立方最紧密堆积和六方最紧密堆积两种密堆方式;3.粉体的堆积方式包括均一球形颗粒的致密填充、均一球形颗粒的不规则填充、非均一球形颗粒的填充、加压紧密填充四种;4.粉体中颗粒间存在分子间引力导致颗粒间的引力；颗粒所带异性静电引起的引力；固体桥连；附着水分的毛细管力；磁性力；颗粒表面不平滑引起的机械咬合力六种作用力;5.影响粉碎的因素主要包括颗粒大小的影响和颗粒形状与凝聚的影响两个;6.等沉降速度相当径也称为斯托克斯径7.显微镜下测得的颗粒径包括：马丁径、菲莱特径和投影面积径;8.粉体的粒度分布主要通过频度分布和累计分布表征;9.颗粒粒径包括众数直径、中位径和平均粒径;10.常见的几种形状因子有Wadell球形度、长短度和扁平度、Church形状因子 ;11.根据制备手段,粉体的制备方法一般分为粉碎法、合成法两类;12.根据粉体合成的环境,制备粉体的方法包括固相法、液相法、气相法 ;13.固相法制备粉体方法具体包括热分解反应、化合反应、氧化还原反应法 ;14.球磨包括普通球磨和高能球磨两种方式;15.球磨制粉包括四个基本要素,分别是：球磨筒、磨球、研磨物料、研磨介质;16.沉淀法制备粉体包括直接沉淀法、均匀沉淀法、化学共沉淀法三种方法,所采用的沉淀剂一般为氨水和尿素 ;17.溶胶-凝胶法：是指将金属氧化物或氢氧化物的溶胶变为凝胶,再经干燥、煅烧,制得氧化物粉末;18.控制溶胶-凝胶化的四个主要参数是溶液的pH值、溶液的离子或分子浓度、反应温度和反应时间;19.为了避免团聚体的产生,我们必须控制反应温度、 pH值、过饱和度、沉淀剂滴加方式、分散方法等因素;20.溶剂蒸发法包括冰冻干燥法、喷雾干燥法、喷雾热分解法三种方法;21.气相法制备陶瓷粉体主要包括物理气相沉积法和化学气相沉积法;22.依其形成坯料的性质不同,可分为可塑成型、注浆成型、压制成型三种成型方法;23.干压成型时,常用的固体塑化剂是石蜡 ;24.干压成型的加压方式有单向加压、双向同时加压、双向先后加压 ;25.等静压成型工艺包括湿式等静压、干式等静压两种类型;26.热压铸成型工艺中经常将石蜡作为粘合剂,主要利用了它的高温流变特性;27.陶瓷烧结体的显微结构包括晶体、玻璃体、晶界和气孔;28.热等静压烧结工艺HIP包括包套HIP和无包套HIP两种类型;29.氧化锆包括立方、四方和单斜三种晶型,增韧机理有应力诱导相变增韧、微裂纹增韧、裂纹弯曲、分叉和架桥增韧三种;问答：1.特种陶瓷与传统陶瓷的根本区别是什么区别在于特种陶瓷是通过严格而准确地控制陶瓷的化学组成、原料的形态、工艺方法、从而控制陶瓷的显微结构,甚至设计和调整材料的显微结构,达到预想的性能;2.陶瓷粉体处于纳米级时有哪些优势和缺点1降低了材料烧结所需的温度,缩短了材料的烧结时间,材料烧结容易致密; 2材料晶粒特别是纳米粉体晶粒却极易长大,发生异常生长,对材料的微观结构和力学性能产生巨大的影响3.化学合成法制备粉体的优缺点特点：纯度高、粒度可控,均匀性好,颗粒微细;并且可以实现颗粒在分子级水平上的复合、均化;合成法可得到性能优良的高纯、超细、组分均匀的粉料,其粒径可达10nm以下,是一类很有前途的粉体尤其是多组分粉体制备方法;但这类方法或需要较复杂的设备,或制备工艺要求严格,因而成本也较高;4.球磨的目的是什么球磨的目的：1提高原料粉的分散度、减小粒度粉碎细化；2球磨过程可以使各组分混合更均匀混合均匀；3由于粉末粒度变细,粉末颗粒内部的杂质暴露出来,有利于粉料的净化除杂;5.球磨制粉的2个基本原则：1动能准则：提高磨球的动能2碰撞几率准则：提高磨球的有效碰撞几率6.球磨的基本原理是什么基本原理：在球磨过程中,球磨筒将机械能传递到筒内的球磨物料及介质上,相互间产生正向冲击力、侧向挤压力、摩擦力等,当这些复杂的外力作用到脆性粉末颗粒上时,其细化过程实质上就是大颗粒的不断解理过程；如果粉末的塑性较强,则颗粒的细化过程较为复杂,存在着磨削、变形、加工硬化、断裂和冷焊等行为,不论何种性质的研磨物料,提高球磨效率的基本原则是一致的;7.目前测量陶瓷颗粒尺寸的主要方法有哪几种1电子显微镜法；2沉降分析法；3感应区法；4BET法；5X射线法;8.从溶液制备粉体的方法特点是什么易控制组成,能合成复合氧化物粉末,添加微量成分很方便,可获得良好的混合均匀性,但是必须严格控制操作条件,才能使生成的粉体保持溶液所具有的、在离子水平上的化学均匀性;9.直接沉淀法和均匀沉淀法在工艺上有何不同哪种方法产生的粒子更均匀直接沉淀法是在溶液中直接加入沉淀剂,反应后所得到的沉淀物经洗涤、干燥、热分解而获得所需的氧化物微粉,也可仅通过沉淀操作就直接获得所需要的氧化物;均匀沉淀法,改变了沉淀剂加入方式,不是从外部加入,而是在溶液内部缓慢生成,消除了沉淀剂的不均匀性;用均匀沉淀法制备的粒子更加均匀;10.请写出均匀沉淀法中尿素的水解反应式;CONH22 + H2O = CO2↑ + 2NH3↑11.请写出用共沉淀法制备Y2O3固溶的ZrO2粉末和ZrO23Y/Al2O3粉末的制备过程;→ Y(OH)3/Zr(OH)4 →ZrO2(Y2O3)Y(NO3)3+ ZrOCl28H2O 滴加氨水→ Y(OH)3/Zr(OH)4 /Al(OH)3 Y(Cl)3/ ZrOCl28H2O/AlCl3滴加氨水→ZrO2(Y2O3)/Al2O312.沉淀法中影响共沉淀的具体因素有哪些1盐溶液浓度；2pH值；3反应温度；4成核；5沉淀剂加入方式；6母盐和沉淀剂种类；7搅拌;13.爆发式成核与缓慢式成核所制备的粉体粒子有何不同前者有利于获得细小、尺寸均匀一致的粒子,后者得到的粉体粒子大小不均匀;14.沉淀法制备粉体,为了避免在沉淀过程中产生团聚体,我们必须控制哪些因素1、反应温度；2、pH值；3、过饱和度；4、沉淀剂滴加方式；5、分散方法;15.形成过饱和溶液有几种方法1、利用溶解度与温度的关系,一般冷却即可；2、去除溶剂的方法,进行蒸发浓缩；3、利用化学平衡和化学反应,或者改变pH值,或者用络合剂形成络合离子等；4、降低溶解度的方法;16.溶胶-凝胶法制备粉体的优点有哪些溶胶-凝胶法,尤其是以金属有机化合物为原料时,通过受控水解反应能够合成亚微米级、球状、粒度分布范围窄、无团聚或少团聚且成无定形态的超细氧化物陶瓷粉体,并能加速粉体在烧成过程中的动力学过程,降低烧结温度;17.溶胶和凝胶的区别溶胶中胶体质点或大分子是可以独立运动的单体,因而具有良好的流动性；凝胶则不同,其分散相质点相互联结,在整个体系内形成三维网络结构,液体被包在其中,随着凝胶的形成,体系不仅失去流动性,而且显示出固体的力学性质,如具有一定的弹性、强度等;18.粉体干燥的方法包括哪些,其各自的优缺点是什么19.气相法制备粉体与盐类热分级法及沉淀法相比,有哪些特点1金属化合物具有挥发性,容易精制；2生成颗粒的分散性好；3只要控制反应条件就很容易得到颗粒直径分布范围较窄的微细粉末；4容易控制气氛;20.成型前原料煅烧的主要目的：①去除原料中易挥发的杂质、化学结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,可以减少在以后烧结中的收缩,提高产品的合格率;③完成同质异晶的晶型转变,形成稳定的结晶相,如γ-Al2O3煅烧成α-Al2O321.成型用的塑化剂应满足什么使用要求1要有足够的粘结性,以保证良好的成型性和机械强度；2经高温煅烧能全部挥发,不留或少留残余杂质；3工艺简单,没有腐蚀性,对瓷料性能无不良影响;22.注浆成型优缺点：优点：坯体结构均匀,适应性强,投资小,适用于形状复杂、不规则的、薄的、体积较大且尺寸要求不严的物件,如花瓶,汤碗,茶壶等;缺点：收缩大,生产时间长,占地面积大,模型消耗大23.干压成型优缺点分别是什么干压成型优点是工艺简单,操作方便,只要有合适的压床和模具,即可进行小批量试制,也可组织大批量生产,且周期短,工效高,容易实行机械化、自动化生产,尺寸比较精确,烧成收缩小,瓷件的机械强度和抗电击穿强度液比较高;缺点是必须具备一定的加工设备,并且干压模具的磨损量较大,另一个不足之处就是加压方向只限于轴向,缺乏侧向压力;24.请描述热压铸成型的主要工艺过程,其优缺点是什么用煅烧过的熟瓷粉和石蜡等制成料浆,然后在压缩空气的作用下使之迅速充满模具各个部分,保压冷凝,便可脱模得到蜡坯;在惰性粉粒的保护下,将蜡坯进行高温排蜡,然后清除保护粉粒,得到半熟的坯体,然后再经过一次高温烧结才能成瓷;优点：设备简单,操作方便,生产效率高,模具磨损小,寿命长,适合形状复杂,精度要求高的中小型产品;缺点：工序复杂,能耗大,工期长,大而长的薄壁制品不适合;25.干燥过程的四个阶段1加热阶段；2等速干燥阶段；3降速干燥阶段;4平衡阶段26.影响陶瓷材料烧结的材料参数:1颗粒尺寸大小2粉体团聚3颗粒形状4颗粒尺寸分布27.烧结与烧成的区别：烧成包括多种物理和化学变化;而烧结仅仅指粉料经加热而致密化的简单物理过程,显然烧成的含义及包括的范围更宽,一般都发生在多相系统内;而烧结仅仅是烧成过程的一个重要部分; 28.常压烧结中,添加烧结助剂的作用有哪些1在高温下产生有利于致密化的液相,促成溶解-沉淀过程的产生或形成固溶体,降低烧结温度；2降低固相扩散过程的晶界能；3抑制晶粒异常长大,使材料显微结构均匀;29.热压烧结促进致密化的机理有哪些1高温下的塑性流动；2在压力下使颗粒重排,颗粒破碎及晶界滑移,形成空位浓度梯度；3加速空位的扩散;30.热等静压烧结的优点有哪些1陶瓷材料的致密化可以在比无压烧结或热压烧结低得多的温度下完成,可以有效地抑制材料在高温下发生很多不利的反应或变化；2能够在减少甚至无烧结添加剂的条件下,制备出微观结构均匀且几乎不含气孔的致密陶瓷烧结体；3可以减少乃至消除烧结体中的剩余气孔,愈合表面裂纹,从而提高陶瓷材料的密度、强度；4能够精确控制产品的尺寸与形状,而不必使用费用高的金刚石切割加工,理想条件下产品无形状改变;31.微波烧结的优点有哪些1微波与材料直接耦合导致整体加热;2微波烧结升温速度快,烧结时间短;3安全无污染;4能实现空间选择性烧结;32.等离子体烧结的优点有哪些1可烧成难烧结的物质；2烧结时间短；3烧结体纯度高,晶粒度小,性能优越；4可以连续烧结长形制品；5装置相对简单,能量利用率高;33.常用的烧结方法有哪几种,试解释之总共5种,常压烧结,热压烧结,气氛压力烧结,热等静压烧结,微波烧结; 1、常压烧结是指在正常压力下,使具有一定形状的疏松陶瓷坯体经过一系列物理化学过程而变为致密、坚硬、体积稳定、具有一定性能的烧结体；2、热压烧结是指高温烧结过程中,对坯体施加足够大的机械作用力,达到促进烧结的目的；3、气氛压力烧结是一种主要用于制备高性能氮化硅陶瓷的烧结技术,它利用高的氮气压力来抑制氮化硅的分解,使之在较高温度下达到高致密化而获得高性能；4、热等静压烧结是使材料在加热过程中经受各向均衡的气体压力,在高温高压同时作用下使材料致密化的烧结工艺；5、微波烧结是利用陶瓷素坯吸收微波能,在材料内部整体加热至烧结温度而实现致密化的烧结工艺;34.请列举出你所知道的工程陶瓷有哪些氧化铝,氧化锆,氧化镁,氮化硅,氮化钛,氮化硼,氮化铝,碳化硅,碳化钛,碳化硼;35.晶须补强的陶瓷基复合材料对晶须与陶瓷间的各项性能需要怎样的匹配原则1要求晶须有较高的强度和弹性模量；2晶须与陶瓷基体的线膨胀系数相匹配,有时希望晶须的线膨胀系数稍大于陶瓷基体；3晶须要求有一定的长径比,晶须的直径应与陶瓷基体的晶粒直径相接近；4复合材料中有较高体积分数的晶须,且均匀分散；5晶须与陶瓷基体反应较小,陶瓷基体不使晶须的结构破坏;晶须与陶瓷基体应具有物理和化学上的相容性;36.陶瓷的增韧增强方式1颗粒增韧2晶须增韧3协同增韧37.氧化锆表面相变压力增强的方法有哪些1应力诱发表面四方氧化锆相变；2低温处理诱发四方氧化锆相变；3从里到外增加单斜氧化锆的浓度梯度；4通过反应在表面生成单斜氧化锆;38.氧化锆有哪几种晶型用流程图的方式画出相互转变情况增韧机理包括哪些方面为什么在烧结氧化锆陶瓷的时候容易出现裂纹如何防止出现这种情况氧化锆包括立方、四方和单斜三种晶型,增韧机理有应力诱导相变增韧、微裂纹增韧、裂纹弯曲、分叉和架桥增韧三种;无论是相变还是产生微裂纹,都会吸收外加的应力能量,从而提高材料的力学性能;四方ZrO2降低温度到1170℃时转变为单斜ZrO2,这个转变速率很快,并伴随显着的的体积膨胀7％-9％,造成ZrO2制品在烧成过程中容易开裂,生产上需采取稳定措施;通常是加入适量CaO或Y2O3;1、制备氧化锆普遍采用的工艺制备方法有机械方法、共沉淀法、盐类分解合成法、加水分解法;2、稳定氧化锆的性质和用途有哪些1稳定氧化锆耐火度高,比热与导热系数小,是理想的高温隔热材料；2稳定氧化锆化学稳定性好,可以用来作为熔炼贵金属的坩埚；3纯氧化锆是良好的绝缘体,可作为2000℃使用的发热元件及高温电极材料；4利用稳定氧化锆的氧离子传导特性,可制成氧气传感器,进行氧浓度的检测;4、氧化铝陶瓷Alumina Ceramics 是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料,通常以配料中Al2O3的含量来分类,常见的有三种,即α- Al2O3、β- Al2O33和γ- Al2O3;5、α-Al2O3是氧化铝各种形态中最稳定的晶型,也是自然界中惟一存在的氧化铝的晶型;6、蓝宝石和红宝石主要成分是α-Al2O3,分别掺杂了少量钛和铁呈现蓝色,掺杂了铬而呈现红色;6、一般应用于陶瓷工业的氧化铝主要有两大类,一类是工业氧化铝,另一类是电熔刚玉;7、工业氧化铝的制备方法有：湿碱法拜耳法和干碱法烧结法;湿碱法：Al2O3·3H2O+2NaOH→2NaAlO2偏铝酸钠+4H2O烧结法：Al2O3·3H2O+Na2CO3→2NaAlO2+CO2＋3H2O8、拜耳法的基本原理：l铝酸钠溶液在添加晶种、不断搅拌的条件下,溶液中的氧化铝呈氢氧化铝析出,即种分过程;2铝酸钠溶液分解氢氧化铝后得到的母液,经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的铝土矿,即溶出过程;3交替使用这两个过程就能够每处理一批矿石,便得到一批氢氧化铝,构成所谓的拜耳法循环;10、拜耳-烧结联合法可分为并联、串联和混联三种基本流程;11、使陶瓷具有透光性,必须具有下面的条件：1致密度要高2晶界上不存在空隙,或空隙大小比光的波长小得多3晶界没有杂质及玻璃相,或晶界的光学性质与微晶体之间差别很小4晶粒较小而且均匀,其中没有空隙5晶体对入射光的选择吸收很小6无光学各向异性,晶体结构最好是立方晶体7表面光洁程度高12、Al2O3预烧的目的1使γ- Al2O3全部转变为α- Al2O3,减少烧成收缩;由于工业Al2O3中含有γ- Al2O3,它在1200 ℃以上将不可逆转地转变为α- Al2O3,同时伴有14%左右的体积收缩;为消除这种收缩,在制坯前应对工业Al2O3进行预烧;2排除Al2O3原料中的Na2O,提高原料的纯度;14、氧化铝陶瓷的性能1机械强度高；2电阻率高；3硬度高；4熔点高,抗腐蚀；5化学稳定性优良；6光学特性；7离子导电性;15、生物材料是指以医疗为目的,用于人体组织和器官的修复并代行其功能的材料;16、生物医学材料的分类1按材料的物质属性划分：医用金属材料、医用生物陶瓷、医用高分子材料、医用复合材料；2按材料的用途进行分类：口腔医用材料、硬组织修复与替换材料、软组织修复与替代材料、医疗器械材料;17、生物材料必须具备的条件1良好的生物相容性；2良好的化学稳定性；3良好的力学条件;18、生物陶瓷包括惰性生物陶瓷、表面活性生物陶瓷、吸收性生物陶瓷、生物复合材料;19、表面活性生物陶瓷特点：生物相容性优良,能与骨形成骨性结合界面,结合强度高,稳定性好,植入骨内具有诱导细胞生长的趋势,逐步参与代谢,甚至完全与生物体骨和齿结合成一体;20、HA制备方法：21、提高羟基磷灰石陶瓷力学性能的途径1加入烧结助剂促进烧结；2预烧增韧；3使用高强的第二相进行增韧;22、可吸收生物陶瓷主要包括：硫酸钙、磷酸三钙、各种钙磷酸盐;24、1911年,荷兰物理学家昂尼斯首次发现超导现象26、临界温度、临界电流密度和临界磁场是超导陶瓷应用的重要指标27、描述迈斯纳效应迈斯纳效应又叫完全抗磁性,1933年迈斯纳发现,超导体一旦进入超导状态,体内的磁通量将全部被排出体外,磁感应强度恒为零;28、I、II类超导体区别：1II类超导体转变有一个中间态混合态,且混合态中有磁通线存在；2II类比I类超导体的临界磁场、临界电流密度和临界温度高;29、为什么钉扎能提高Jc磁通流动产生电阻流阻,钉扎可消除之;30、约瑟夫逊效应：超导电子对借量子隧道效应通过两块超导体之间的绝缘层的现象;31、超导陶瓷多由有缺陷的钙钛矿型化合物组成,多含有变价铜离子,Cu－O 层在超导机制中起重要作用;三个重要的系统：Y－Ba－Cu－OYBCO；Bi－Sr－Ca－Cu－O；Tl－Ba－Ca－Cu－O;32、钇系超导体优缺点：优点：由于该系统中只是一个超导相,便于获得纯的123相,甚至于单晶123相样品,而且制备也较为方便;缺点：其临界转变温度过于接近介质液氮温度77K,化学稳定性较差,易与空气中的水反应而失超;33、铋系超导体特性优点： Bi系超导体中2223相的Tc温度比Y系稍高,但该系统处理时有多种超导相析出,因此实际材料的Tc要稍偏低些;缺点：热处理工艺周期特别长,这给实际应用带来了很大的麻烦;34、铊系超导体特性优点：Tc最高、化学稳定性高—可长时间在空气中使用—实用价值高;用铊系薄膜微波器件已商品化;缺点：铊—高毒制备不变;纯的超导相单晶难得—基本参数的测定受到一定的限制,给理论研究造成了一定的困难;35、制备超导块材的方法有固相烧结法和液相烧结法;36、超导线、带材制备工艺：金属套管拉拔法、溶胶凝胶法、涂布法、微晶玻璃法、沉积法37、超导膜包括薄膜、厚膜的形成由沉积和热处理两个阶段组成;38、导致临界电流密度较低的原因有两个：晶界间的弱连接和晶粒中的磁力。

特种陶瓷整理版第一篇：特种陶瓷整理版绪论1名词解释特种陶瓷：采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的，便于进行结构设计，具有优异特性的陶瓷。

结构陶瓷：具有高硬、高强、耐磨、耐蚀、耐高温、润滑性好等性能，可用作机械结构零部件的陶瓷材料。

功能陶瓷：具有声、光、电、热、磁特性和化学、生物功能的陶瓷材料。

2简述特种陶瓷和传统陶瓷的区别①原材料不同。

传统陶瓷以天然矿物，如粘土、石英和长石等不加处理直接使用；而现代陶瓷则使用经人工合成的高质量粉体作起始材料，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界线，代之以“高度精选的原料”。

②结构不同。

传统陶瓷的组成由粘土的组成决定，不同产地的陶瓷有不同的质地，所以由于原料的不同导致传统陶瓷材料中化学和相组成的复杂多样、杂质成分和杂质相较多而不易控制，显微结构粗劣而不够均匀，多气孔；先进陶瓷的化学和相组成较简单明晰，纯度高，即使是复相材料，也是人为调控设计添加的，所以先进陶瓷材料的显微结构一般均匀而细密。

③制备工艺不同。

传统陶瓷用的矿物经混合可直接用于湿法成型，如泥料的塑性成型和浆料的注浆成型，材料的烧结温度较低，一般为900℃-1400℃，烧成后一般不需加工；而先进陶瓷一般用高纯度粉体添加有机添加剂才能适合于干法或湿法成型，材料的烧结温度较高，根据材料不同从1200℃到2200℃，烧成后一般尚需加工。

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性能不同。

由于以上各点的不同，导致传统陶瓷和先进陶瓷材料性能的极大差异，不仅后者在性能上远优于前者，而且特种陶瓷材料还发掘出传统陶瓷材料所没有的性能和用途。

传统陶瓷材料一般限于日用和建筑使用，而特种陶瓷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。

绪论传统陶瓷：即普通陶瓷，主要包括日用器皿、建筑材料等。

指以粘土为主要原料与其他矿物原料经粉碎，混练，成型，烧成等工艺过程制成的各种制品。

如陶器，炻器，瓷器。

特种陶瓷：是一类“采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的，便于进行结构设计的，具有优异特性的陶瓷”。

传统陶瓷与特种陶瓷的区别：1、什么是特种陶瓷？特种陶瓷有哪些主要类别？请分别列举1-2种，并简述其应用。

2、简述传统陶瓷与特种陶瓷的主要区别有哪些？3、请根据特种陶瓷发展的特点，简述其发展方向。

第一章特种陶瓷粉体制备及其性能表征理想粉体的要求：形状规则一致、粒径均匀且细小、不团聚结块、纯度高、相易控制特种陶瓷粉体特性：1、化学组成精确:最基本的要求，直接决定产品的晶相结构，最终决定其性能2、化学组成均匀性好：匀将导致化学组成的局部偏离，进而产生局部晶相的偏析和显不均微结构的差异，从而造成性能下降，重复性与一致性变差。

3、纯度要高：杂质将严重影响粉体的工艺性能和产品物理性能。

原材料选择、制备加工过程4、球形颗粒：球形颗粒粉体的流动性好，颗粒堆积密度高（理论值为74%），气孔分布均匀，从而在成型和烧结时可对晶粒生长和气孔的排除与分布进行有效的控制，以获得结构均匀、性能优良、一致性好的产品。

（球形）5、适合的颗粒大小：颗粒小、表面活性大。

活性大，降低烧结温度。

易团聚，成型、烧结缺陷。

（不规则）6、尺寸均匀单一：尺寸差异大，造成烧结活性的差异，容易造成烧结后产品内部的结构不一致，产生异常的粗晶粒7、分散好无团聚：理想的粉体是由一次颗粒组成的。

一次颗粒：是指粉体中最基本的颗粒。

二次颗粒：由一次颗粒因静电力、分子引力、表面张力等的作用聚集形成。

团聚：硬团聚和软团聚特种陶瓷颗粒的要求：1、化学组成精确2、化学组成均匀性好3、纯度高4、适当小的颗粒尺寸5、球状颗粒且尺寸均匀单一6、分散性好无团聚粉体：粉体是大量固体粒子的集合，表示物质的一种存在状态，既不同于气体、液体，也不完全同于固体。

特种陶瓷考试题目及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 特种陶瓷的主要原料是（）。

A. 金属氧化物B. 金属C. 非金属氧化物D. 非金属答案：C2. 下列哪种材料不属于特种陶瓷？（）A. 氧化铝陶瓷B. 氮化硅陶瓷C. 聚四氟乙烯D. 碳化硅陶瓷答案：C3. 特种陶瓷的烧结温度通常比普通陶瓷（）。

A. 低B. 相同C. 高D. 无法确定答案：C4. 特种陶瓷的热导率通常（）。

A. 低于普通陶瓷B. 高于普通陶瓷C. 与普通陶瓷相同D. 无法确定答案：B5. 特种陶瓷的断裂韧性通常（）。

A. 低于普通陶瓷B. 高于普通陶瓷C. 与普通陶瓷相同D. 无法确定答案：B6. 特种陶瓷的电导率通常（）。

A. 低于普通陶瓷B. 高于普通陶瓷C. 与普通陶瓷相同D. 无法确定答案：A7. 特种陶瓷的热膨胀系数通常（）。

A. 低于普通陶瓷B. 高于普通陶瓷C. 与普通陶瓷相同D. 无法确定答案：A8. 特种陶瓷的硬度通常（）。

A. 低于普通陶瓷B. 高于普通陶瓷C. 与普通陶瓷相同D. 无法确定答案：B9. 特种陶瓷的耐化学腐蚀性通常（）。

A. 低于普通陶瓷B. 高于普通陶瓷C. 与普通陶瓷相同D. 无法确定答案：B10. 特种陶瓷的抗热震性通常（）。

A. 低于普通陶瓷B. 高于普通陶瓷C. 与普通陶瓷相同D. 无法确定答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分）11. 特种陶瓷的主要应用领域包括（）。

A. 航空航天B. 电子工业C. 建筑行业D. 医疗领域答案：ABD12. 下列哪些因素会影响特种陶瓷的性能？（）A. 原料纯度B. 烧结温度C. 烧结时间D. 冷却速率答案：ABCD13. 特种陶瓷的加工方法包括（）。

A. 机械加工B. 热处理C. 化学蚀刻D. 超声波加工答案：ACD14. 特种陶瓷的表面处理技术包括（）。

A. 抛光B. 喷砂C. 阳极氧化D. 镀膜答案：ABD15. 特种陶瓷的断裂机制包括（）。

普通陶器:即指土陶盆、罐、缸、瓮，以及耐火砖等具有多孔性着色坯体的制品，原料颗粒比较粗。

瓷：用高岭土等烧制成的材料，质硬且脆，比陶质细致，也称瓷器瓷石：主要含石英和绢云母。

由于它是石质,一般是用机器粉碎。

瓷石是天然配好的制瓷原料，在1200-1250℃的温度下可以单独烧成瓷器，这就是所谓的“一元配方”。

高岭土：元代，景德镇发现了高岭土，并将其掺入瓷石中，即所谓的“二元配方”，它提高了原料中铝的含量，使瓷胎可以耐受1280-1300℃的高温，这是提高瓷胎坚固性的必要条件。

陶瓷：以无机非金属物质为原料，在制造或使用过程中经高温（540℃以上）煅烧而成的制品和材料。

狭义：无机非金属材料中的一种类型（水泥、玻璃、陶瓷等）。

广义：一切无机非金属材料及制品统称陶瓷。

特点：1、原料丰富（Clarke value，占地壳总量的70-80%）2、性能优越：(抗压)强度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化等3、与金属、高分子、复合材料呈四足鼎立之势传统陶瓷:由粘土等硅酸盐天然原料为主的坯料制成的日用餐具、耐火材料、水泥、瓶玻璃、卫生洁具等。

近代陶瓷:以Al2O3、ZrO2、TiO2、SiC、Si3N4等人工原料或合成原料为坯料制成的陶瓷。

特种陶瓷:采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成、严格控制成型及烧结工艺所合成的，达到设计的微观结构和精确的尺寸精度，并具有优异特性的陶瓷。

日本称技术陶瓷结构陶瓷：用于机械结构零件的陶瓷。

功能陶瓷：具有特殊的电、磁、声、光、热、化学及生物功能的陶瓷。

陶瓷材料的结构与性能1、材料的成分、显微组织结构与性能（一体化，正交化试验方法）2、材料的结构受到组成及加工工艺的制约3、显微结构的研究指导材料工艺的制订与优化特种陶瓷的主要研究领域1、优化结构，获得优异性能2、材料的性能评价与可靠性单相多晶体：陶瓷的相组成主要由单一相的多个晶体组成多相多晶体：除了晶相（可能多相）外，还有气孔和玻璃相晶相的结构：晶粒大小(晶粒度)、分布、形态，结晶特性、取向、晶界及表面形态晶相：决定陶瓷基本性能的主导物相。

特种陶瓷试题一、填空1. 陶瓷的断裂方式分为 穿晶断裂 和 沿晶断裂 。

2. 陶瓷的增韧方法有 相变增韧 、 颗粒弥散增韧 、 纤维（晶须）补强增韧 和 纳米陶瓷增强增韧。

3. 理想粉体的特点：形状规则（各向同性）一致 、 粒度均匀且细小 、不结块 、 纯度高 、 能控制相。

4. 特种陶瓷粉体的制备方法：机械法 和 合成法。

5. 混料加料的顺序为：先多后少再多。

6. 烧结温度低于 材料熔点。

7. 烧结过程的驱动力为 粉体过剩的表面能。

8. 烧结的定义：一种或者多种固体粉末经过成型，在加热到一定温度后开始收缩，在低于熔点的温度下变成致密、坚硬的烧结体，这种过程称为烧结。

9. 在热力学上，所谓烧结是指 系统总能量或Gibbs 自由能减少的过程。

10. 烧结，根据物质状态的不同分为 固相烧结 和 液相烧结。

11. 32O Al 有 α-32O Al 、β-32O Al 、γ-32O Al 三种晶相，其中α-32O Al 最稳定。

12. 四方氧化锆多晶体（TZP ）是韧性最好的陶瓷。

13. SiC 俗称 金刚砂，是 共价键化合物，晶相有 α-SiC （六方），β-SiC（立方），其中α-SiC 是 高温稳定相，β-SiC 是低温稳定相。

14. 功能陶瓷 拥有声、光、电、热、磁、化学等的检测、转换、传输、处理和储存能力的陶瓷。

15. 陶瓷根据导电性分为 电绝缘陶瓷、电解质陶瓷、半导体陶瓷、导体陶瓷、超导体陶瓷。

二、简答1.原料煅烧的主要目的是什么？答：①去除原料中易挥发的杂质、化学结合和物理吸附的水分、气体、有机物等，从而提高原料纯度；②使原料颗粒致密化及结晶长大，这样可以减少在以后烧结中的收缩，提高产品的合格率；③完成同质异晶的晶型转变，形成稳定的晶相。

2.简述先进陶瓷材料的制备过程及要求。

答：①粉体的制备：要求使用人工合成的高质量粉体作起始材料。

②陶瓷的成型：要求使用高纯度粉体添加有机添加剂才能适用于干法或湿法成型。

【例2】已知坯料的化学组成简表1-2-2。

用原料氧化铝(工业纯、未经煅烧)、滑石(未经煅烧)碳酸钙、苏州高岭土培配制,求出其质量百分组成。

【解】设：氧化铝、碳酸钙的纯度为100%；滑石为纯滑石（3MgO·4SiO2·H2O），其理论组成为MgO31.7%，SiO263.5%，H2O4.8%；苏州高岭土为纯高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O），其理论组成为Al2O339.5%，SiO246.5%，H2O14%。

下面根据化学组成计算原料的质量百分含量：①CaCO3的质量＝1/0.5603=1.78②滑石的质量=1.3/0.317=4.10③高岭土的质量=（4.7-由滑石引入的SiO2质量）/0.465=4.51④工业纯的Al2O3质量=93-由高岭土的引入的Al2O3质量=93-4.51×0.395=91.22⑤引入原料的总质量为： M=1.78+4.10+4.51+91.22=101.61⑥配方用原料的质量百分数：CaCO3=（1.78/M）×100﹪=1.75滑石=（4.1/M）×100﹪=4.03高岭土=（4.51/M）×100﹪=4.44工业纯Al2O3=（91.22/M）×100﹪=89.77总计: 99. 99 ﹪提出问题：假使采用煅烧过的氧化铝和滑石进行配料，计算方法相同。

第一章特种陶瓷粉体的物理性能及其制备粉体----就是大量固体粒子的集合系。

它表示物质的一种存在状态。

粉体是气、液、固三相之外的所谓第四相。

粉体由一个一个固体颗粒组成，所以它仍然具有很多固体的属性，例如物质结构，密度等等。

它与固体之间最直观，也最简单的区别在于：当我们用物轻轻触及它时，会表现出固体所不具备的流动性和变形。

第一节特种陶瓷粉体的基本物理性能一、粉体的粒度与粒度分布1．粉体颗粒粉体颗粒----是指在物质的本质结构不发生改变的情况下，分散或细化而得到的固态基本颗粒。

第一章特种陶瓷粉体的制备及其性能表征1、特种陶瓷粉体应具有的6个特性。

（1）化学组成精确（2）化学组成均匀性好（3）纯度高（4）适当小的颗粒尺寸（5）球形颗粒且尺寸均匀单一（6）分散性好无团聚2、粒度分布的概念及其2种表示方法。

颗粒分布用于表征多分散颗粒体系中粒径大小不等的颗粒的组成情况，分为频度分布和累积分布。

3、筛分法中目数的计算公式。

为什么说筛分法适合于40μm以上的粗粉？4、粉体在液体介质中的分散原则及调控措施。

分散原则：（1）润湿原则：颗粒必须被液体介质润湿，使颗粒能很好地浸没在液体介质中。

（2）表面力原则：颗粒间的总表面力必须是一个较大的正值，以使颗粒间有足够强的相互排斥作用，防止颗粒相互接触并产生凝聚。

调控措施：（1）介质调控（2）分散剂调控（3）机械调控（4）超声波分散5、特种陶瓷粉体的球磨制备法中球磨的目的。

球磨的目的：（1）提高原料粉的分散度、减小粒度（粉碎细化）；（2）球磨过程可以使各组分混合更均匀（混合均匀）；（3）由于粉末粒度变细，粉末颗粒内部的杂质暴露出来，有利于粉料的净化（除杂）6、影响球磨效率的主要因素。

（1）临界转速；（2）磨球的直径级配；（3）水与电解质的加入量；（4）装载量；（5）球磨时间；（7）磨球与内衬的质料。

7、球磨机临界转速的概念。

球磨机中最外层钢球刚刚随筒体一起旋转而不下落时的球磨机转速称为临界转速。

用N表示，单位是r/min。

实际上是使最外层球也不会发生离心运转的筒体最高转速。

8、粉碎机械力化学作用中粉碎平衡的定义、原因及特点。

粉碎平衡：粉碎过程中颗粒微细化过程与微细颗粒团聚过程的平衡。

粉碎平衡出现的原因：（1）颗粒团聚微细化粉体的表面相互间有引力（vanderwaals 力、静电力、磁力）、水膜凝聚力、机械压力、摩擦力等作用使颗粒团聚。

微颗粒界面积越大，越易于团聚。

结晶化、活性化能量小的离子晶体也易发生团聚。

（2）粉体应力作用出现缓和状态微颗粒团聚体中由于颗粒间的滑移、颗粒本身的弹性变形以及颗粒表面的晶格缺陷、晶界不规则结构所产生的粉体应力作用出现缓和，致使碎裂作用减小。

流延成型：将粉体加入粘合剂混合成浆料，再把浆料放入流延机的料斗中，流经薄膜载体上，形成膜坯。

梯度陶瓷材料：在同一材料内不同方向上由一种功能逐渐连续分布为另一种功能的材料称为梯度材料。

生物活性陶瓷：能在材料界面上诱发特殊生物反应，从而在材料和组织间形成化学键性结合的生物陶瓷。

功能陶瓷：指具有电、磁、光、超导、声、生物、化学（答出7个中的5个）等及其功能转换的陶瓷。

压电陶瓷：由机械能转变为电能或电能转变为机械能的某些陶瓷微裂纹增韧：陶瓷材料中存在许多小于临界尺寸的微纹，这些微裂纹在负载作用下是非扩展性的，但大的裂纹在扩展中遇到这些裂纹时，使扩展裂纹转向，吸收能量，起到提高韧性的作用，称为微裂纹增韧。

反应烧结：通过多孔坯体同气相或液相发生化学反应，从而使坯体质量增加，孔隙减小，并烧结成为具有一定强度和尺寸精度的成品的工艺。

PTC陶瓷：具有正的温度系数的陶瓷材料（或随温度升高，陶瓷材料的电阻率增大的陶瓷材料）热释电陶瓷：因温度而引起表面电荷变化的陶瓷（某些陶瓷）。

表面强化韧化：由于氧化锆四方晶向单斜晶转变产生的体积膨胀，从而使表面产生压应力，起到强化和韧化的作用。

低膨胀陶瓷材料：指膨胀系数的绝对值小于2×10-6/℃的陶瓷材料。

敏感陶瓷材料：当作用于由这些材料制造的元件上的某一个外界条件，如温度、压力、湿度、气氛、电场、光及射线等改变时，能引起该材料某种物理性能的变化，从而能从这种元件上准确迅速地获得有用的信号。

反应烧结：通过多孔坯体同气相或液相发生化学反应，坯体质量增加，孔隙率减小，并烧结成为具有一定强度和尺寸精度的成品的工艺。

压电效应：向压电陶瓷施加机械应力或电场后，在压电陶瓷的表面出现电荷或陶瓷沿极化方向发生形变，这种现象称为压电效应。

PTC效应：正温度系数效应，即陶瓷材料的体积电阻率随温度升高而升高的特性。

具缓变型、突变型等等。

人工极化：人工极化就是在电场作用下使材料内的电畴沿电场方向取向的过程，其结果是材料内部的正负电荷中心产生偏离而出现极化。

1、已知坯料的化学组成如下：Al2O3为92.0wt％，MgO为1.5wt％，SrO为1.0wt％，CaO为1.0wt％，SiO2为 4.5wt％。

用原料氧化铝、纯滑石3MgO.4SiO2.H2O，碳酸锶、煅烧高岭Al2O32SiO2、氧化硅配制，根据化学组成，求出其质量百分组成。

（Al2O3，SiO2，MgO，H2O分子量分别为101.9，60.0，40.3，18，碳酸锶中氧化锶含量为103.6/147.6，氧化钙分子量56，CO2分子量为44）。

答案：需SrCO3 1.42克；需CaCO3 1.79克；需滑石4.7克；需补高岭2.77克；需补氧化铝90.73克；合计：1.42+1.79+4.7+2.77+90.73=101.41克配方质量百分组成为：Al2O3 89.47% SrCO3 1.40% CaCO3 1.77% 高岭2.73% 滑石4.63%2、以BaCO3、SrCO3、Pb3O4、Fe2O3配料，试计算钡锶复合铁氧体Ba0.45Sr0.45Pb0.1O．6Fe2O3配方的百分组成。

已知BaCO3、SrCO3、Pb3O4、Fe2O3的摩尔质量分别是197.3、147.6、685.6、159.7。

解BaCO3 0.45×197.3＝88.79 7.82%SrCO3 0.45×147.6＝66.24 5.83%Pb3O4 0.1×685.6÷3＝22.85 2.01%Fe2O3 6×159.7＝958.20 84.34%∑＝1136.083、已知坯料的化学组成如下：Al2O3为93.0wt％，MgO为1.5wt％，SrO为1.0wt％，SiO2为4.5wt％。

用原料氧化铝、纯滑石3MgO.4SiO2.H2O，碳酸锶、苏州高岭配制，根据化学组成，求出其质量百分组成。

（Al2O3，SiO2，MgO，H2O分子量分别为101.9，60.0，40.3，18，碳酸锶中氧化锶含量为103.6/147.6）。