陶瓷工艺学及答案Word格式文档下载.docx

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碳酸盐、硫酸盐、金红石、铁质矿物

8.指出碳酸盐、硫酸盐对陶瓷烧结的影响

碳酸盐主要是方解石、菱镁矿；

硫酸盐主要是石膏、明矾石等。

一般影响不大,但以较粗的颗粒存在时。

往往使坯体烧成后吸收空气中的水分而局部爆裂。

9。

粘土矿物主要有哪三类？

各自结构上有什么特点？

试用材料分析手段说明如何鉴别高岭石、蒙脱石等

粘土矿物.a．高岭石类：

b．蒙脱石类：

c．伊利石类：

杆状以及蠕虫状.二次高岭土中粒子形状不规则，边缘折断，尺寸较小。

为Al2O3·

4SiO2·

nH2O高岭石属三斜晶系，常为细分散状的晶体，外形常呈六方鳞片状、粒状和蒙脱石晶体为单斜晶系，晶粒呈不规则细粒状或鳞片状，可塑性好。

理论化学通式伊利石（Illite）类矿物是白云母KAl2（AlSi3O10）（OH）2经强烈的化学风化作用而转变为蒙脱石或高岭石过程中的中间产物.

10.高岭石的理论化学式和结构特点

主要矿物成分是高岭石和多水高岭石，理论化学通式是Al2O3·

2SiO2·

2H2O

高岭石为1:

1型层状结构硅酸盐矿物，是由硅氧四面体层和铝氧八面体层通过共用的氧原子联系而成

的双层结构，从而构成高岭石晶体的基本结构单元层。

11.蒙脱石的理论化学通式？

为什么膨润土容易膨胀？

蒙脱石晶体为单斜晶系，晶粒呈不规则细粒状或鳞片状，可塑性好。

理论化学通式为Al2O3·

nH2O

两个结构单元层之间以分子间力连结，结构较松散，在外力或极性水分子的作用下层间会产生相对运动而膨胀或剥离。

水分子或其它有机分子可以进入层间，可膨胀20~30倍！

具有强吸水膨胀性、高分散性、悬浮性、触变性、润滑性和吸附性等

12.粘土的工艺性能有哪几类？

1。

可塑性2。

结合性3。

离子交换性4.触变性5。

膨胀性6.收缩7.烧结性

能8。

耐火度

13.粘土的颗粒大小对成型、烧结和制品性能有何影响

由于细颗粒的比表面积大，其表面能也大，因此当黏土中的细颗粒愈多时，其可塑性愈强，干燥收缩愈大,干后强度愈高，而且烧结温度低，烧成的气孔率亦小，从而有利于制品的力学强度、白度和半透明性的提高。

14。

如何表征粘土的可塑性?

怎么改变浆料的可塑性?

可塑性是指黏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。

15。

如何表征粘土的离子交换性能表征方法：

交换容量，100g干黏土能够交换的离子量。

16。

粘土的触变性是指什么？

产生的原理？

举例说明在生产中如管道输送、注浆成型的应用.

黏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。

黏土的上述性质统称为触变性，也称为稠化性。

本质:

黏土颗粒表面电荷与水形成的网络结构

含水率提高，温度升高，均能减弱网络结构,减小触变性

表征：

稠化度,泥料的黏度变化之比或者剪切应变变化的百分数

触变性过小，生坯强度不够，影响成型、脱模和修坯质量；

触变性太大,泥浆在管道运输困难，生坯容易变形

17.高岭土磨细会产生膨胀，蒙脱石吸水也发生膨胀,二者的差异?

答:

高岭石为1：

1型层状结构硅酸盐矿物，是由硅氧四面体层和铝氧八面体层通过共用的氧原子联系而成的双层结构，从而构成高岭石晶体的基本结构单元层。

其晶体结构与高岭石的不同之处在于晶层间填充着按一定取向排列层间水分子,，因而沿c轴方向晶格常数增大，层间水能抵消大部分氢键结合力，使得晶层只靠微弱的分子键相连，使水分子进入层间形成层间水,使其膨胀

蒙脱石是2:

1层状结构，两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体两个结构单元层之间以分子间力连结，结构较松散，在外力或极性水分子的作用下层间会产生相对运动而膨胀或剥离。

水分子或其它有机分子可以进入层间，可膨胀20～30倍!

具有强吸水膨胀性

18.一个长度100mm的生坯，干燥线收缩5％，烧成线收缩10％，体积收缩多少？

19。

对两种粘土，试判断哪种粘土的可塑性好，哪种粘土的耐火度高?

20.石英的转变类型有哪两类？

为什么在573℃β-石英向α-石英转变的体积变化只有0.82％，却对陶瓷的危

害很大？

石英的晶型转化类型有两种：

（1）高温型的缓慢转化（横向）

（2）低温型的快速转化（纵向）

位移式转化：

低温下发生，转化迅速,又是在无液相的干条件下进行的，因而破坏性强，危害很大。

21.什么叫耐火度？

如何测量耐火度？

易熔粘土、难熔粘土和耐火粘土怎么划分？

耐火度是耐火材料的重要技术指标之一,它表征材料无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性能。

衡量材料在高温下使用的温度.

黏土无熔点,随温度上升逐渐软化熔融，直至变成玻璃态。

测试方法：

测温三角锥，首先根据制品的最高烧成温度，选择三个相邻锥号组成一组，即一个锥号相当于最高烧成温度，一个高于这个温度,一个低于这个温度。

将这一组测温锥的下底嵌插在耐火泥制成的长方形底座上，嵌入深度约为其长度的10%左右.锥体直角棱线与底座平面成80度倾斜角.

22。

简述粘土原料在陶瓷生产中的作用

黏土是陶瓷生产中的主要原料，它可赋予坯体可塑性和烧结性，从而保证了陶瓷制品的成型、烧结和较好的性能.

黏土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础.

2.黏土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性.

3.黏土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。

4.黏土是陶瓷坯体烧结时的主体.

5。

黏土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。

23。

简述石英在陶瓷生产中的作用。

石英是瘠性原料，对泥料的可塑性起调节作用.提供生坯排水通道，降低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间并防止坯体变形。

2.在陶瓷烧成时,石英的加热膨胀可部分抵消陶瓷坯体的体积收缩。

在高温下石英能部分溶解于液相中，增加熔体的黏度。

而未溶解的石英颗粒，则构成坯体的骨架.

3。

在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的影响。

合理的石英颗粒能大大提高瓷器坯体的强度，也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。

石英对陶瓷釉料的性能有很大影响.在釉料中,石英是生成玻璃质的主要组分。

增加釉料中石英含量能提高釉的熔融温度与黏度，并减少釉的热膨胀系数.

24。

简述长石在陶瓷生产中的作用

熔融后的长石熔体能熔解部分高岭土分解产物和石英颗粒。

液相中Al2O3和SiO2相互作用,促进莫来石晶体的形成和长大,赋予了坯体的力学强度和化学稳定性。

长石熔体能填充于各结晶颗粒之间,有助于坯体致密和减少空隙.

在釉料中长石是主要熔剂.

长石作为瘠性原料,在生坯中还可以缩短坯体干燥时间、减少坯体的干燥收缩利变形等。

25。

长石的种类有几种，各自的理论化学式

26。

钾长石和钠长石各自的熔融特点

钾长石熔融温度不是太高，且熔融温度范围宽，高温下钾长石熔体的黏度大,且随着温度的增高其黏度降低较慢。

钠长石熔融温度范围窄，粘度随温度的升高下降较快,容易在烧制中引起产品变形。

27。

日用陶瓷选用钾钠长石的要求.

Al2O3含量为15％~20％K2O与Na2O总量不小于12%，其中K2O与Na2O的质量比大于3，CaO与MgO总量不大于1。

5％，Fe2O3含量在0.5％以下为宜。

在选用时，应对长石的熔融温度、熔融温度范围及熔体的黏度做焙烧实验。

陶瓷生产中适用的长石要求共熔融温度低于1230℃，熔融范围应不小于30~50℃

28。

瓷石的组成和烧成特点

瓷石是一种由石英，绢云母组成，并含有若干高岭石,长石等的岩石状矿物集合体。

烧成特点：

瓷石的可塑性不高，结合强度不大，但干燥速度快.一般玻璃化温度在1150~1350℃之间，玻化温度范围较宽。

烧成时绢云母兼有黏土及长石的作用，能生成莫来石及玻璃相，其促进成瓷及烧结作用

29。

叶腊石的理论化学式、晶体结构和烧成特点

叶蜡石属单斜晶系,化学通式为：

A12O3·

H2O，晶体结构式为：

A12（Si4O10）（OH）2，理论化学组成为：

A12O328。

30％，SiO266.70％，H2O5。

00％。

收缩率小,膨胀系数小，与良好的热稳定性和小的吸湿膨胀，时候制造尺寸准确或热稳定性能好的制品。

30。

铝土矿根据成分可分为哪几类

沉积型：

一水硬铝石（α-Al2O3.H2O）、一水软铝石（γ—Al2O3。

H2O），斜方晶型

风化型：

三水铝石（Al2O3.H2O，Gibbsite），单斜晶型

31.硅线石族矿物有哪几种，转变为莫来石的反应式？

包括硅线石、蓝晶石和红柱石。

反应式:

3（Al2O3。

2SiO2）→3Al2O3.2SiO2+SiO2

32.滑石的理论化学式和晶体结构,为什么滑石使用前需要预烧？

其化学式为3MgO·

H2O，晶体结构式是Mg3[Si4O10]（OH）2

由于滑石多是片状结构,破碎时易呈片状颗粒并较软，故不易粉碎.在陶瓷制品成型过程中极易趋于定向排列,导致干燥、烧成时产生各向异性收缩，往往引起制品开裂。

生产中常采用预烧的方法破坏滑石原有的片状结构，预烧温度一般在1200～1410℃.

33。

硅灰石和透辉石的理论化学式,为什么透辉石可用作低温快速烧成原料？

硅灰石其化学通式为CaO·

SiO2，晶体结构式为Ca[SiO3］，理论化学组成为CaO48.25％，SiO251。

75%。

透辉石的化学式为CaO·

MgO·

2SiO2，晶体结构式：

CaMg［SiO3]，理论化学组成为:

CaO25.9%，MgO18。

5%，SiO255。

6％.

原因：

其一是它本身不具有多晶转变，没有多晶转变时所带来的体积效应；

其二是透辉石本身不含有机物和结构水等挥发组分，故可快速升温；

其三是透辉石是瘠性材料,干燥收缩和烧成收缩都较小;

其四是透辉石的膨胀系数不大，且随温度的升高而呈线性变化,也有利于快速烧成;

其五是从透辉石中引入钙、镁

组分，构成了硅—铝—钙—镁为主要成分的低共熔体系,可大为降低烧成温度.

34.含锂的矿物有哪两种，各自的理论化学式。

Li作为熔剂引入陶瓷有什么优点?

锂辉石：

锂辉石的化学式为Li2O·

Al2O3·

4SiO2，晶体结构式为LiAl（SiO3）2

锂云母：

其化学式为LiF。

KF.Al2O3.3SiO2,晶体结构式K（Li，Al）3[（Al,Si）Si3O10］（F,OH）2，化学组成不定.优点：

非常强的熔剂化作用,能显著降低材料的烧结和熔融温度。

其表面张力小,故可降低釉的成熟温度、增强釉的高温流动性。

35.常见的碳酸盐矿物有哪几类，各自的化学通式，如何用热分析的方法区分它

们？

方解石其理论组成为CaCO3，菱镁矿的化学通式是MgCO3，白云石是CaCO3和MgCO3的复盐，化学通式为CaMg（CO3）2

36。

列举常见的工业氧化物、碳化物、氮化物、硼化物原料。

氧化物类原料：

氧化铝（Al2O3）、氧化镁（MgO）、氧化铍（BeO）、氧化锆（ZrO2）

碳化物:

碳化硅、碳化硼氮化物：

氮化硅、氮化铝硼化物：

TiB2、ZrB2、CaB6

37.常见的工业氧化铝有哪三种类型,各自的特点。

刚玉指的是哪种氧化铝？

α-Al2O3，β-Al2O3和γ-Al2O3。

α—Al2O3在自然界中以天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物存在。

具有熔点高、硬度大、耐化学腐蚀、优良的介电性能,是氧化铝各种晶型中最稳定的，所以用α-Al2O3为原料制造的陶瓷材料，其力学性能、高温性能、介电性能及耐化学腐蚀性能都是非常优越的。

β-Al2O3,β-Al2O3不是纯的Al2O3,发现时认为它是Al2O3的一种晶型，并命名为β—氧化铝,一直沿用到现在，后来才知道它含有钠，是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物的总称.钠β—Al2O3是最具实用价值的一种变体，它属于六方晶系。

由于Na+可在晶格内迁移、扩散和进行离子交换，所以β-Al2O3具有较高的离子导电能力和松弛极化现象，可作为钠硫电池的导电隔膜材料。

β-Al2O3是一种不稳定的化合物，在加热时会分解出Na2O（或RO）和α-Al2O3，而Na2O则挥发逸出。

γ—Al2O3，γ—Al2O3是氧化铝的一种低温晶型，等轴晶系，尖晶石型结构，晶体结构中氧原子呈立方密堆积，铝原子填充在间隙中.由于晶格松散，堆积密度小，因此密度也较小.γ—Al2O3是一种白色松散粉状的晶体，是由许多微晶组成的多孔球状集合体，空隙率达50％,故吸附力强.γ-Al2O3不存在于自然界中，只能用人工方法制取.在高温下不稳定，在950～1500℃范围内不可逆地转化为稳定型的α-Al2O3，同时发生体积收缩.因此，实际生产中常需要预烧，其目的主要是使γ—Al2O3全部转变为α-Al2O3，从而减少陶瓷坯体的烧成收缩.

注：

对于工业氧化铝，通常要加入适当的添加剂，如氟化物或硼酸（H3BO3）等,加入量一般为0.3%～3％（质量分数），预烧质量与预烧温度有关,预烧温度偏低,则不能完全转变成α-Al2O3，且电性能降低；

若预烧温度过高,粉料发生烧结，不易粉碎，且活性降低。

38。

氧化镁容易吸潮水化，如何获得高密度、活性较高的氧化镁?

要得到活性较大的MgO，在1000℃以上煅烧，煅烧温度在1700～1800℃之间，则得到死烧MgO。

一般的煅烧温度为1400℃。

由氢氧化镁制取的MgO，体积密度最大。

要获得高纯度、高密度的MgO，先用蒸馏水将MgO水化为氢氧化镁，再高温煅烧，磨细。

39.大规模集成电路有考虑用氧化铍作为基板,是利用了它哪几种物理性能？

氧化铍生产中应该采取安全保护措施，原因是什么？

BeO具有与金属相近的导热系数,约为309.34W/（m·

K），是α—Al2O3的15～20倍。

BeO具有好的高温电绝缘性能,介电常数高，介质损耗小，BeO热膨胀系数不大。

但机械强度不大，仅氧化铝的1/4。

BeO有剧毒，操作时必须注意防护。

40。

氧化锆的晶型转变关系式，3Y—PSZ、8Y-SZ分别指什么？

3Y-PSZ，3％mol的氧化钇部分稳定二氧化锆8Y—SZ，8％mol的氧化钇完全稳定二氧化锆;

2Al+N2=2AlN

41。

α-SiC、β—SiC、6H-SiC、15R-SiC在晶体结构上的差异,列举几种SiC的合成方法及反应式

表1—26

二氧化硅碳热还原法：

SiO2+3C=SiC+2CO

气相沉积法：

42.碳化硼的显著特点？

列举三种合成方法和反应式

具有高熔点、低密度、高导热、高硬度:

硬度仅次于金刚石和立方BN，超过SiC的50％；

高耐磨性：

刚玉的1～2倍，热膨胀系数低,因此具有很好的热稳定性.在1000℃时能抵抗空气的腐蚀，更高温度易氧化；

具有高的抗酸性与抗碱性,耐大多数金属腐蚀

碳化硼可以吸收大量的中子而不会形成任何放射性同位素，因此它在核能发电场里它是很理想的中子吸收剂.

B4C原料粉末的主要合成方法有:

硼碳元素直接合成法、硼酐碳热还原法、镁热法、BN+碳还原法、BCl3的固相碳化和气相沉积.

43。

β—Si3N4和α-Si3N4的结构差异?

为什么氮化硅陶瓷的抗氧化性好？

列举氮化硅的三种合成方法和反应式

表1—28

α-Si3N4（颗粒状）和β-Si3N4（长柱或针状），两者均属六方晶系,由[SiN4]共顶点构成三维结构。

α相由两层不同且由变形的非六方环层重叠而成，内部应变大，自由能较高；

β相结构对称性高，由几乎完全对称的6个［SiN4]四面体组成的六方环层在c轴方向重叠而成。

氮化硅与氧反应形成SiO2的表面保护膜，阻碍Si3N4的继续氧化

44。

列举AlN的三种合成方法和反应式,为什么AlN陶瓷不能在潮

（1）铝和氮（或氨）直接反应法工业上常采用该法：

碳热还原法Al2O3和C的混合粉末在N2或NH3气氛中加热:

（3）铝的卤化物（AlCl3、AlBr3）和氨反应法：

AlN粉料都容易发生水解反应:

因此，必须对制备好的AlN粉末进行处理，以降低粉料表面活性.通常将AlN粉在氩气中加热到1800~2000℃处理，以降低其活性。

45。

硼化物陶瓷具有哪些共同的性质,列举三种通用的制备方法

具有高熔点、高强度、高化学稳定性。

直接合成法：

成本高，适合实验室制备

碳热还原法：

自蔓延高温合成;

46.工业固体废物有哪几类，为什么煤矸石可用作陶瓷原料？

煤矸石、粉煤灰、高炉矿渣、选矿尾渣等工业废物在一定程度上可代替传统矿产资源,制备陶瓷材料。

主成分为SiO2、Al2O3，含量占60～85%.还有Fe2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO、TiO2及SO3等矿物成分：

高岭石、石英、蒙脱石、长石、伊利石、方解石、硫化铁等，因而可用作陶瓷原料。

23

47。

粉体的粒径对其哪些性质有明显影响？

颗粒的粒径大小对其性质有很大影响,其中最敏感的有粉体的比表面积（specificsurfacearea）、可压缩性（coercibility）和可浇注性（castability）。

同时粉体颗粒的粒度决定了粉体的应用范畴，是粉体诸多物理性质中最重要的特征值。

48。

解释一次颗粒、二次颗粒、团聚，软团聚和硬团聚的差异

一次颗粒（primaryparticulate）—-没有堆积、絮联等结构的最小单元的颗粒。

二次颗粒（secondaryparticulate）――指存在有在一定程度上团聚了的颗粒。

团聚（agglomerate）――一次颗粒之间由于各种力的作用而聚集在一起称为“二次颗粒"

的现象.差异：

软团聚（SoftAgglomerate）：

粒子之间由非化学键结合所形成的团聚，例如一般粉体非常细微时产生的团聚.硬团聚（HardAgglomerate）:

粒子之间由于发生化学作用,形成化学结合产生的团聚，例如粉体煅烧温度过高时产生的团聚。

49。

解释等体积相当径、等面积相当径、筛分直径、stokes直径的定义，以及各

自的测量方法

等体积相当径：

将某种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.一般用coulter计数器测定。

等面积相当径：

将某种颗粒所具有的表面积用同样表面积的球来与之相当,这种球的直径，就代表该颗粒的大小.一般用BET法测定

筛分直径：

颗粒可通过最小方孔宽度

stokes直径：

层流颗粒的自由下落直径，即斯托克斯经。

用沉降法测得

50。

颗粒粒径分布有哪两种表达方式，d50、d90、d10、Δd50和SPAN的含义答：

分为频率分布和累积分布。

d50、d90、d10：

分别指在累积分布曲线上占颗粒总量为50％、90％及10％所对应的粒子直径；

△d50：

指众数直径即最高峰的半高宽（FWHM）.分布宽度SPAN:

51.选择颗粒测试方法需要注意哪几点？

1、了解待测样品是否符合实验要求和环境，如X射线沉降法不适于测量不吸收X射线的物质；

2.了解测试方法所基于的原理与被测参数和颗粒尺寸之间的数学关系；

在建立这些关系时，曾作了哪些假设，这些假设对仪器的要求，它有哪些优点和局限性；

3.必须明确所得到数据是以哪种为基准的粒径分布，是颗粒的数量分布、质量分布还是表面积分布等。

52。

200目指的是什么意思，粒径多少?

325目呢？

万孔筛余5％指的是什么意思？

目”系指在筛面的25。

4mm（1英寸）长度上开有的孔数.200目，开有200个孔为200目筛.粒径：

4/200=0。

127mm

万孔筛余5%：

在1cm×

1cm的面积开一万个空筛分留在筛上的5%。

53.沉降法的原理是什么,测得的是什么直径？

颗粒在液体介质中的沉降速率来确定其颗粒尺寸。

利用Stoke’s定律来计算颗粒的等效直径。

54。

感应区法分几种？

简述各自的原理。

感应区法分两种：

电阻变化法、光学方法

电阻变化法原理：

采用小孔电阻原理，即库尔特法coulter。

小孔管浸泡在电解液中，小孔管内外各有一个电极，电流可以通过孔管壁上的小圆孔从阳极流到阴极。

测量时将颗粒分散到液体中，颗粒就跟着液体一起流动。

当其经过小孔时，小孔的横截面积变小,两电极之间的电阻增大，电压升高，产生一个电压脉冲。

在一定的范围内脉冲的峰值正比于颗粒体积。

光学方法：

光照射颗粒时发生散射，通过颗粒时，一些产生衍射，光的散射与衍射等特征与颗粒的粒度有一定的关系.

55.吸附法测出的是什么粒径？

什么情况下吸附法测量值不可靠?

等面积相当径。

适用：

颗粒内部无孔隙。

如对于多孔的活性炭颗粒，就无法利用比表面积计算粒度。

56.写出X射线宽化法的公式，适用范围？

什么情况下其测量值可以代表颗粒大小？

适用范围：

1～100nmk取为0。

89B：

衍射峰宽化，扣除仪器宽化D?

Bcos?

而X射线衍射线线宽法测定的是微细晶粒尺寸

57.显微镜法分为哪三种，Martin径、Feret径和投影面积直径的定义.答：

光学显微镜法、透射电子显微镜法、扫描电子显微镜法

Martin径：

颗粒投影的对开线长度,也称定向径

Feret径：

颗粒投影的二对边切线（相对平行）之间距离

投影面积直径：

与处于稳态下颗粒相同投影面积的圆直径

58。

列举5种粉体的化学成分分析方法

分析化学方法、X射线荧光技术、质谱、中子激活分析、电子微探针、离子微探针

59。

列举粉体的晶态表征方法。

X射线衍射法，具体的X射线衍射方法有劳厄法、转晶法、粉末法、衍射仪法等，其中常用于陶瓷的方法为粉末法和衍射仪法，含量>

5%

电子衍射法，电子衍射法包括以下几种:

选区电子衍射、微束电于衍射、高分辨电子衍射、高分散性电子衍射、会聚束电子衍射等.

60。

原料粗碎、中碎和细碎的出料直径,各阶段采用的设备？

61.颚式破碎机的特点答：

主要用于块状料的前级处理；

设备结构简单，操作方便，产量高;

进料粒度大，出料粒度较粗，粒度

调节范围小，破碎比小（~4）

62