无机材料工艺学--陶瓷6-显微结构与性能
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陶瓷导论第一章 陶瓷总论以粉体为原料,通过成型和烧结等所制得的无机非金属材料制品统称为陶瓷。
本章主要介绍陶瓷的种类、陶瓷的晶体结构和玻璃体结构、陶瓷的显微组织和相变、陶瓷的力学性质和热学性能以及陶瓷的制造工艺等。
陶瓷的种类繁多,根据陶瓷的化学组成、性能特点、通途等不同,可讲陶瓷分为普通陶瓷和特殊陶瓷两大类。
1.1.1普通陶瓷普通陶瓷又称传统陶瓷,主要是由①粘土、②长石和③石英为原料而制成的,故又称为三组分陶瓷。
1具有某种独特性能的新型陶瓷称为特殊陶瓷。
按照显微结构和基本性能,可将特殊陶瓷分为结构陶瓷、功能陶瓷、智能陶瓷、纳米陶瓷和陶瓷基复合材料。
①粘土由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成,并含有石英、长石、云母及硫酸盐、硫化物、碳酸盐等杂质。
粘土矿物用水湿润后具有可塑性,在较小压力下可以变形并能长久保持原状,而且比表面积大,颗粒上带有负电性,因此有很好的物理吸附性和表面化学活性,具有与其他阳离子交换的能力。
主要产地有江苏苏州、湖北均县、四川叙永县等地。
粘土具有颗粒细、可塑性强、结合性好,触变性过度,收缩适宜,耐火度高等工艺性能,因而,粘土是成为瓷器的基础。
它主要有瓷土、陶土和耐火土粘土等三类,据矿物的结构与组成的不同,陶瓷工业所用粘土中的主要粘土矿物有高岭石类、蒙脱石类和伊利石(水云母)等三种,另外还有较少见的水铝石。
②长石是长石族岩石引的总称,它是一类含钙、钠和钾的铝硅酸盐类矿物。
为地壳中最常见的矿物,比例达到60%,在火成岩、变质岩、沉积岩中都可出现。
③石英,无机矿物质,主要成分是二氧化硅,常含有少量杂质成分如Al2O3、、CaO 、MgO 等,为半透明或不透明的晶体,一般乳白色,质地坚硬。
石英是一种物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源, 它是非可塑性原料,其与粘土在高温中生成的莫来石晶体赋予瓷器较高的机械强度和化学稳定性,并能增加坯体的半透明性,是配制白釉的良好原料。
精品文档陶瓷工艺学试题库.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(Al 2O3·2S?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 —CaSO4·1/2H 2O)。
1.从广义的角度,材料定义为能够用以加工有用物质的物质。
2.材料分类:按性能、使用用途分类:结构材料、功能材料按化学组成和显微结构特点分类:金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料3.无机非金属材料的定义:以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物、及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐和非氧化物等物质组成的材料,是除金属材料和有机高分子材料以外的所有材料的统称。
4.无机非金属材料的分类:胶凝材料、天然材料、玻璃、陶瓷无机非金属材料的特性:具有复杂的晶体结构(7晶系,14中布拉菲格子)没有自由电子、高熔点、高硬度、较好的耐化学腐蚀性、绝大多数是绝缘体一般具有低导热性、大多数情况下变形微小。
5.无机非金属材料主要化学成分:CaO、SiO2、Al2O3、Na2O等6.陶瓷成型在热加工之前;玻璃成型在热加工之后;水泥成型主要在使用时。
7.水泥煅烧;陶瓷烧结;玻璃熔融8.胶凝材料定义:凡能在物理、化学作用下,从浆体变成坚固的石状体,并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质,统称为胶凝材料,又称胶结料。
9.胶凝材料分类:按组成物质分类:有机胶凝材料、无机胶凝材料10.水泥的定义:凡细磨成粉末状,加入适量水后成为塑性浆体,既能在空气中硬化,又能在水中硬化,并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料,统称为水泥。
11.水泥的分类:按用途和性能分类:通用水泥、专用水泥、特性水泥按组成分类:硅酸盐水泥系列、铝酸盐水泥系列、氟铝酸盐水泥系列、硫铝酸盐水泥系列、铁铝酸盐水泥系列、其它:如无熟料、少熟料水泥12.水泥的基本特性:水泥浆具有良好的可塑性,与其它材料混合后的混和物可拥有适宜的和易性。
较强的适应性。
较好的耐侵蚀、防辐射性能。
硬化后的水泥浆体具有较高的强度,且强度随龄期的延长而逐渐增长。
良好的耐久性。
通过改变水泥的组成,可适当调整水泥的质量。
可与纤维、聚合物等多种有机、无机材料匹配。
无机非金属材料工艺学考试————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:工艺学一、名词解释1.澄清剂:凡在玻璃熔制过程中能分解产生气体,或能降低玻璃黏度,促进排除玻璃液中气泡的物质称为澄清剂。
(作用:排除气泡。
)2.烧成:通常是指将初步密集定形的粉块(生坯)经高温烧结成产品的过程。
其实质是将粉料集合体变成致密的、具有足够强度的烧结体,如砖瓦、陶瓷、耐火材料等。
3.玻璃形成体:能单独形成玻璃,在玻璃中能形成各自特有的网络体系的氧化物,称为玻璃的网络形成体。
4.玻璃中间体:一般不能单独形成玻璃,其作用介于网络形成体和网络外体之间的氧化物,称之为中间体.5.玻璃调整体:凡不能单独生成玻璃,一般不进入网络而是处于网络之外的氧化物,称为玻璃的网络外体。
它们往往起调整玻璃一些性质的作用。
6.凝结时间:水泥从加水开始到失去流动性,即从流体状态发展到较致密的固体状态,这个过程所需要的时间称凝结时间。
7.坯、釉适应性:坯、釉适应性是指熔融性能良好的釉熔体,冷却后与坯体紧密结合成完美的整体不开裂、不剥脱的能力。
8.玻璃熔化:玻璃配合料经过高温加热转变为化学组成均匀的、无气泡的、并符合成型要求的玻璃液的过程。
9.IM:铝率又称铁率,其数学表达式为: IM = Al2O3/Fe2O3 铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁含量的质量比,也表示熟料熔剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例。
10.SM:硅率,又称为硅酸率,其数学表达式是:SM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3) 硅率是表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比,也表示了熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例。
11.石灰饱和系数KH:是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙(C3S十 C2S)所需的氧化钙量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值。
12.萤石含率:萤石含率指由萤石引入的CaF2 量与原料总量之比,即:萤石含率=萤石含量×CaF2含量/原料总量×100%13.水泥硬化:凝结过后,水泥浆产生明显的强度并逐渐发展成为坚硬的固体,这一过程称为水泥的硬化。
第12章陶瓷材料12.1复习笔记一、陶瓷概述(1)陶瓷①定义传统上“陶瓷”是陶器与瓷器的总称。
后来,发展到泛指整个硅酸盐材料,包括玻璃、水泥、耐火材料、陶瓷等。
②分类陶瓷一般归纳为:工程陶瓷和功能陶瓷。
(2)新型无机材料新型无机材料是指在传统硅酸盐材料的基础上,用无机非金属物质为原料,经粉碎、配制、成型和高温烧结制得的无机材料,如功能陶瓷,特种玻璃,特种涂层等。
(3)新型无机材料与传统硅酸盐材料的比较①从组成上看新型无机材料的组成远远超过硅酸盐的范围,除氧化物和含氧酸盐之外,还有碳化物、氮化物、硼化物、硫化物及其他盐类和单质。
②从性能上看a.新型无机材料不仅具有熔点高,硬度高,化学稳定性好,耐高温,耐磨损等优点;b.一些特殊陶瓷还具有一些特殊性能,如介电性、压电性、铁电性、半导性、软磁性、硬磁性等。
二、陶瓷材料的典型结构陶瓷是指由金属(类金属)和非金属元素之间形成的化合物。
这些化合物的结合键主要是离子键或共价键。
1.离子晶体陶瓷结构(1)分类①NaCl型结构:MgO、NiO、FeO等;②CaF2型结构:等;③刚玉型结构:等;④钙钛矿型结构:。
(2)刚玉型结构(如图12-1-1所示)图12-1-1Al2O3晶体结构刚玉型结构中每晶胞有6个氧离子、4个铝离子。
其中:①氧离子占密排六方结点位置,铝离子配置在氧离子组成的八面体间隙中,但只填2/3如图12-1-1(b)所示;②铝离子的排列要满足铝离子之间的间距最大,因此每三个相邻的八面体间隙,就有一个是有规律地空着,如图12-1-1(a)所示。
(3)钙钛矿型结构(如图12-1-2所示)图12-1-2钙钛矿结构钙钛矿型结构中每个晶胞中有1个钛离子、1个钙离子、3个氧离子。
其中:①原子半径较大的钙离子与氧离子作立方最密堆积;②半径较小的钛离子位于氧八面体间隙中,构成钛氧八面体[TiO6]。
钛离子只占全部八面体间隙的1/4。
2.共价晶体陶瓷结构共价晶体陶瓷多属金刚石结构。
氧化铝陶瓷的制备与显微结构张全贺051002131摘要:a—A1:O3中加入复合添加剂,在1 500℃,2 h条件下无压烧结,制备出原位生长片状晶增韧的氧化铝陶瓷。
烧结行为和显微结构研究表明:在1 500℃下烧结时,获得板片状晶粒。
加入CaF2和CaF2复合添加剂时,生长的晶粒呈现片状,大小均匀,断裂韧性达到4.3 M Pa/m ;加入CaF2和高岭土复合添加剂时,由片状晶粒形成Al203陶瓷基体中,弥散分布着粗大的板块状晶粒,有效的提高了Al2 03陶瓷的致密度,相对密度达到96.8 g/cm 。
关键词:氧化铝;片状晶;原位生长;添加剂1 引言氧化铝陶瓷具有硬度高、耐高温、耐磨、电绝缘、抗氧化、力学性能良好、原料蕴藏丰富、价格低廉等许多优点,是应用最早、最广泛的精细陶瓷。
氧化铝显微组织通常为等轴状晶粒,断裂韧性较低,通常只有3 M Pa/m 。
材料的显徽结构和性能之间具有内在联系,如果把显微结构控制在理想的状态,就能使材料具备所希望的性能,Evans预言,如果A12O3,基体中按体积含有大于lO%的柱状晶或含有2O%的板状晶,陶瓷材料的韧性将得到大大的提高.2 试验方法2.1 试验材料:将工业A12O3粉经过预烧转变为A12O3后,放人玛瑙罐内进行球磨,玛瑙球、氧化铝和无水乙醇的体积比为3:1:8,球磨时间为48 h,然后在8o℃下于燥。
将A12O3和高岭土分别湿磨,放人100 ml烧杯,进行低温干燥后,过200目筛待用。
按照配料表1,将物料配好后倒人塑料瓶内,按玛瑙球、氧化铝和无水乙醇的体积比为2:1:4进行湿混后,取出干燥。
采用120 M Pa于压成型后放人高温梯度炉内,烧结温度为1 500℃,保温2h。
2.2 检测方法:试样经研磨抛光后用氢氟酸水溶液腐蚀,,利用HV一120型维氏硬度仪压痕,加载载荷为5 kg,保压时间10 S。
采用日本奥林巴斯GX71金相显微镜上观察压痕,由压痕法(Indentation Method)测定断裂韧性值。