陶瓷工艺学复习提纲Word格式文档下载.docx
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日用瓷器分类
炻瓷类
普通瓷器
细瓷器
吸水率一般不大于3％透光性差，通常胎体较厚，呈色，断面呈石状，制作较精细
吸水率一般不大于1％有一定透光性，断面呈石状或贝壳状，制作较精细
吸水率一般不大于0.5％，透光性好，断面细腻，呈贝壳状，制作精细
第1章陶瓷原料
1.名词解释：
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。
P25
高岭土:
以高岭石和多水高岭石为主要矿物的粘土
膨润土：
以蒙脱石为主要组成矿物的黏土
耐火度：
表征材料无荷重时抵抗高温作用而不融化的性能的指标。
P16
2.按照工艺特性的不同，普通陶瓷的原料一般分为哪几类？
每一类所起什么的作用？
列举常用的原料。
答：
一般按原料的工艺特性分为：
可塑性原料、瘠性原料、熔剂性原料和功能性原料四大类。
a.可塑性原料在生产中主要起塑化和结合作用，它赋予坯料可塑性和注浆成形性能，保证干坯强度及烧后的各种使用性能如机械强度、热稳定性、化学稳定性等，它们是成形能够进行的基础，也是黏土质陶瓷的成瓷基础。
如高岭土、多水高岭土、膨润土、瓷土等。
b.瘠性原料在生产中起减黏作用，可降低坯料的黏性，烧成后部分石英溶解在长石玻璃中，提高液相黏度，防止高温变形，冷却后在瓷坯中起骨架作用。
如石英、蛋白石、叶蜡石、黏土煅烧后的熟料、废瓷粉等。
c．熔剂性原料在生产中起助熔作用，高温熔融后可以溶解一部分石英及高岭土分解产物，熔融后的高黏度玻璃可以起到高温胶结作用。
常温时也起减黏作用。
如长石、石灰石、白云石、滑石、锂云母、伟晶花岗岩等。
d.功能性原料在生产上不起主要作用，也不是成瓷的必要成分，一般是少量加入即能显著提高制品某些方面的性能，有时是为了改善坯釉料工艺性能而不影响到制品的性能，从而有利于生产工艺的实现。
如氧化锌、锆英石、色料、电解质等。
3.粘土化学组成中的常规的9项测试项目是哪些？
粘土化学组成对陶瓷的工艺性能有何影响？
粘土中Fe2O3和TiO2含量对烧成品颜色有何影响？
粘土的矿物组成（高岭土、蒙脱石、伊利石等），粘土的工艺性能指标（8项），粘土在陶瓷生产中的作用，常见粘土矿物高岭石和蒙脱石的分子式。
（1）9项测试项目为：
SiO2、Al2O3、H2O、K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2
（2）
a.SiO2：
若以游离石英状态存在的SiO2多时，黏土可塑性降低，但是干燥后烧成收缩小。
b.Al2O3：
含量多，耐火度增高，难烧结。
c.Fe2O3＜1％，TiO2＜0.5％：
瓷制品呈白色，含量过高，颜色变深，还影响电绝缘性。
d.CaO、MgO、K2O、Na2O：
降低烧结温度，缩小烧结范围。
e.H2O、有机质：
可提高可塑性，但收缩大。
（3）粘土的工艺性能指标：
可塑性、结合性、离子交换性、触变性、膨胀性、收缩、烧结性能、耐火度
（4）粘土在陶瓷生产中的作用:
a.黏土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。
b.黏土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。
c.黏土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。
d.黏土是陶瓷坯体烧结时的主体。
e.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。
（5）高岭石的理论化学通式是Al2O3·
2SiO2·
2H2O
蒙脱石晶体理论化学通式为Al2O3·
4SiO2·
nH2O
4.以高岭石和多水高岭石为主要矿物的粘土称为高岭土。
高岭石的理论化学通式是Al2O3·
2H2O，晶体结构式为Al4（Si4O10）（OH）8，化学组成为Al2O339.5%，SiO246.54%，H2O13.96%。
5.以蒙脱石为主要组成矿物的黏土称为膨润土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉红色或淡黄色，被杂质污染时呈现其它颜色。
由于膨润土的可塑性大，因此常被用作陶瓷生产中的增塑剂。
但因为其中的Al2O3含量较低，又吸附了其他阳离子，杂质较多，故烧结温度较低，烧后色泽较差。
在陶瓷坯料中膨润土使用量不宜过多，一般在5%左右。
6.石英的分子式、晶型转化特点、在陶瓷生产中的作用。
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（1）石英（SiO2），的晶型转化类型有两种：
a.高温型的缓慢转化（横向）
b.低温型的快速转化（纵向
（2）a.石英是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用。
b.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。
c.在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的影响。
合适的石英颗粒粒度能大大提高瓷器坯体的强度。
d.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。
5.长石的种类，钾长石和钠长石的分子式、钾长石和钠长石的熔融特性对比，长石在陶瓷生产中的应用。
长石的种类：
钾长石、钠长石、钙长石、钡长石。
钾长石：
K2O·
Al2O3·
6SiO2
钠长石：
Na2O·
熔融特性对比：
a.钾长石的熔融温度不是太高，且其熔融温度范围宽。
熔融后分解为白榴子石和SiO2的固溶体，黏度大，熔融物呈稍带透明的乳白色，体积膨胀8%左右，有利于烧成控制和防止变形。
b.钠长石的开始熔融温度比钾长石低，其熔化时没有新的晶相产生，液相的组成和熔长石的组成相似，即液相很稳定，但形成的液相粘度较低。
长石在陶瓷生产的应用：
（1）长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃熔体，是坯料中碱金属氧化物（K2O，Na2O）的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度。
（2）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。
（3）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。
（4）在釉料中长石是主要熔剂。
（5）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。
6.氧化锆有哪些晶型？
各种晶型之间的转变有何特征？
ZrO2有三种晶型，常温下为单斜晶系，密度为5.68g/cm3；
在约1170℃以上转化为四方晶系，密度为6.10g/cm3；
更高温度下转变为立方晶系，密度为6.27g/cm3，其转化关系为：
P38
7.碳化硅晶型及物理性质对比。
P39
最常见的SiC晶型有a-SiC,6H-SiC,15R-SiC,4H-SiC和β-SiC。
在各种SiC晶型中，最主要的是α-SiC（高温稳定型）和β-SiC（低温稳定型），各类SiC变体的密度无明显差别。
SiC各变体与生成温度之间存在一定的关系，低于2100℃，β-SiC是稳定的，因此在2000℃以下合成的SiC，主要是β-SiC。
当温度超过2100℃时，β-SiC开始向α-SiC转化。
第2章粉体的制备
一次颗粒：
指没有堆积、絮联等结构的最小单元的颗粒。
二次颗粒：
指存在有在一定程度上团聚了的颗粒。
2.机械粉碎法和化学合成法所制备的粉体在粒度、粒形和粒度分布范围等方面的差异。
机械粉碎法是由粗颗粒来获得细粉的方法，在粉碎过程中难免混入杂质且不易制得粒径在1µ
m以下的微细颗粒。
化学合成法的特点是纯度、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。
3.粒度、粒形、化学组分和物相测试分析常用的方法。
a.粒度分析：
筛分、沉降法、感应区法、吸附法、X射线衍射线线宽法、光学显微镜法、扫描电子显微镜法（SEM）、透射电子显微镜法（TEM）
b.粒形分析：
利用数据合成标准的函数分布、利用绘图来表示相关结果
c.化学组分分析：
分析化学方法、X射线荧光技术（XRF）、质谱（MS）、中子激活分析、电子微探针（EPMA）、离子微探针（IPMA）
d.物相测试分析：
X射线衍射法、电子衍射法
4.粒度分布最常用的表达形式：
粒度分布曲线、平均粒径、标准偏差、分布宽度等。
颗粒粒径包括众数直径（dm）、中位径（d50或d1/2）和平均粒径（đ）等的含义。
P53
众数直径：
指颗粒出现最多的粒度值，即频率曲线的最高峰值；
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。
平均粒径：
5.列举常见的粗碎、中碎、细碎、超细粉碎设备。
粗碎：
颚式破碎机、锤式破碎机、圆锥破碎机等
中碎：
颚式破碎机、轮碾机、圆锥破碎机等
细碎：
球磨机、振动磨、搅拌磨、雷蒙磨（环辊磨机）、气流磨（气流粉碎机）
超细粉碎：
6.影响球磨机粉碎效率的主要因素。
球磨机的转速，研磨体的密度、大小及形状，球磨方式，料、球、水的比例，装料方式，球磨机直径，球磨机内衬的材质，加料粒度，助磨剂
6.助磨剂的作用，列举常用的助磨剂。
（1）助磨剂的作用：
a.降低颗粒表面能，避免团聚（二次粒子）
b.进入矿物晶层、粒子的微裂缝中，产生劈裂作用，从而提高研磨效率。
（2）：
常用助磨剂：
液体助磨剂、如醇类（甲醇、丙三醇）、胺类（三乙醇胺、二异丙醇胺）、油酸及有机酸的无机盐类（可溶性质素磺酸钙、环烷酸钙）
气体助磨剂如丙酮气体、惰性气体
固体助磨剂：
如六偏磷酸钠、硬脂酸钠或钙、硬脂酸、滑石粉等。
7.化学合成粉体的常用方法及特点
固相法：
就是以固态物质为出发原料来制备固体粉末的方法,热分解反应法、化合反应法、氧化物还原法.
特点：
没有状态（相）的变化，得到的固体粉体与最初固相原料可以是同一组成，也可以不是，并且反应生成物一般需要粉碎。
液相法：
沉淀法、醇盐水解法、溶胶－凝胶法（sol-gel）、溶剂蒸发法
气相法：
蒸发-凝聚法、气相化学反应法
第3章坯料和釉料的配料计算
1．名词解释：
造粒：
造粒是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（20～80目），以利于新型陶瓷坯料的压制成型。
釉：
由多种原料组成的混合物，和玻璃一样没有固定的熔点，加热过程中由固态转变为液态时，在一定的温度范围内逐渐熔化。
2.已知坯料的化学组成和所用原料，进行坯料配方的计算。
3.原料预处理常用的方式及目的：
酸洗，磁选：
清除有害的铁杂质
预烧、
预合成:
使配料过程简化，减少配料时的计算误差和称量误差，从而使材料的组成恒定且均匀，特别是某些含量较少的原料能均匀分布。
并且在合成过程中有利于提高瓷件性能。
4.能正确区分釉式和坯式。
在表示釉料时与表示坯料时所不同的地方是：
釉式是将各助熔剂（R2O+RO，有时简写为RO）的系数之和调整为1，而坯式是将中性氧化物（R2O3）的系数调整为1。
5.釉料配方的配制原则。
（1）根据坯体的烧结性质调节釉料的熔融性质釉料的熔融性质
（2）釉料的膨胀系数与坯体膨胀系数相适应
（3）坯体与釉料的化学组成相适应
（4）釉的弹性模量与坯的弹性模量相匹配
（5）合理选用原料
5.塑化剂一般有无机塑化剂（如传统陶瓷中的黏土）和有机塑化剂两类。
新型陶瓷一般采用有机塑化剂。
塑化剂通常由黏结剂、增塑剂和溶剂组成。
常用的塑化剂？
塑化剂对坯体性能的影响？
（1）常用的塑化剂有：
聚乙烯醇（PVA）、聚醋酸乙烯醇（PVAC）、羧甲基纤维素（CMC）、石蜡
（2）影响：
1聚乙烯醇的聚合度对成型性能的影响，用于塑化的聚乙烯醇聚合度一般为1500～1700。
聚合度（n）越大，弹性越大，不利于成型。
聚合度也不能太小，否则由于链节过短，弹性过低，脆性增大，会失去粘接作用，也不利于成型。
2黏结剂对坯体机械强度的影响，实验证明，在400℃以下，黏结剂较多的坯体机械强度高；
在400℃以上，含黏结剂少的坯体中产生的气孔较少，故此时坯体的机械强度高。
③黏结剂对电性能的影响，黏结剂用量越多，坯体中的气孔就越多，击穿电压也就越低。
④黏结剂对烧成气氛的影响，在焙烧时，如果氧化不完全，坯件中的塑化剂将产生CO气体，而与坯件中某些成分发生还原反应，导致制品性能变坏。
⑤塑化剂挥发速率的影响，选择塑化剂时，它的挥发温度范围要大，以利于生产控制。
否则因塑化剂集中在一个很窄的温度范围内剧烈挥发，会导致瓷件产生开裂缺陷。
7．造粒的方法，最常用的是喷雾干燥造粒法。
常用的造粒方法主要有手工造粒法、加压造粒法、喷雾干燥造粒法、冻结干燥法。
8.让浆料悬浮的两种方法：
一种是控制料浆的pH值；
另一种是利用有机表面活性物质的吸附。
采用注浆成型的新型陶瓷坯料，因其中多为瘠性物料，必须采取一定措施，使浆料具有一定的悬浮性。
第4章陶瓷坯体的成型
1.名词解释
拱桥效应：
粉料自由堆积的孔隙率往往比理论计算值大得多。
这因为实际粉料不是球形，加上表面粗糙，结果颗粒互相交错咬合，形成拱桥形空间，增大孔隙率。
这种现象称为拱桥效应。
弹性后效：
外力取消后，由于压制过程中产生的弹性力而引起坯体膨胀的作用称为弹性后效。
排蜡：
2.根据含水量的不同，成型方法的种类：
（注浆成型法、可塑成型法、干压成型法和等静压成型法）。
3.加压方式对坯体密度的影响。
单面加压时，坯体中压力分布是不均匀的。
不但有低压区，还有死角。
为了使坯体的致密度完全一致，宜采用双面加压。
双面同时加压时，可使底部的低压区和死角消失，但坯体中部的密度较低。
若双面先后加压，两次加压之间有间歇，利于空气排出，使整个坯体压力与密度都较均匀。
如果在粉料四周都施加压力（也就是等静压成型），则坯体密度最均匀。
4.影响层裂的因素及防治方法。
①气体的影响。
②坯体水分的影响。
③加压次数对层裂的影响。
3压制时间及压力的影响。
防治方法：
5热压铸成型的工艺参数有哪些？
①蜡浆温度
②注模温度
③压力制度在成型的过程中，当压力超过某一极限值时，蜡浆开始经过出浆管进入模具内。
这个操作的最小压力应为：
Pm=（H-h）γ
6.干燥过程的三个阶段及特征。
a.第一阶段是干燥过程中最主要的阶段，此阶段排出大量水分，在整个阶段中，排出速度始终是恒定的，故称为等速干燥阶段。
在此阶段中，水分的蒸发仅发生在坯体表面上，干燥速度等于自由水面的蒸发速度。
b.第二阶段是降速干燥阶段，随着干燥时间的延长，或坯体含水量的减少，坯体表面的有效蒸发面积逐渐减少，干燥速度逐渐降低。
此时，水分从表面蒸发的速度超过自坯体内部向表面扩散的速度，因此干燥速度受空气的温度、湿度及运动速度的影响较小。
c.第三阶段干燥速度逐渐接近零，最终坯体水分不再减少。
当空气中干球温度小于100℃时，此时保留在坯体中的水分称为平衡水分。
这部分水分被固体颗粒牢固地吸附着。
7.注浆成型中影响泥浆流动性和稳定性的因素。
（1）固相的含量、颗粒大小和形状的影响
（2）泥浆温度的影响
（3）黏土及泥浆处理方法的影响
（4）泥浆的pH值的影响
8.等静压成型的优缺点。
①采用HIP烧结，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，如晶粒异常长大和高温分解等；
②通过HIP烧结工艺，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，显著地改善材料的各种性能；
③通过HIP后处理工艺，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；
4HIP工艺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
9.注浆成型法有空心注浆和实心注浆两种。
为了提高注浆速度和坯体的质量，又出现了压力注浆、离心注浆和真空脱气注浆等方法。
10.粉料安息角：
粉料虽然由固体颗粒所组成，但由于其分散度较高，具有一定的流动性。
可用安息角α角反映粉料的流动性。
一般粉料的自然安息角α角为20º
～40º
。
如粉料呈球形，表面光滑，易于向四周流动，α角就小。
11.瓷粉表面一般是带电荷、有极性、亲水的，而石蜡是非极性的、憎水的。
瓷粉和石蜡不容易吸附，长期加热后容易产生沉淀现象。
为了解决这个问题，生产中常采用表面活性物质作为瓷粉与石蜡的联系媒介。
表面活性物质是由易溶于水或容易被水湿润的原子团——亲水基（极性基）和易溶于油的原子团——亲油基（非极性基，憎水基）所组成的。
常用的表面活性物质为油酸、硬脂酸、蜂蜡等。
第5章陶瓷材料的烧结
烧结：
指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减小、孔隙率降低、力学性能提高的致密化过程。
烧成:
将硅酸盐制品在一定条件下进行热处理，使之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，从而达到固定外形并获得所要求性能的工序
釉料的熔融温度范围:
指釉随着温度的升高，从开始出现液相的始熔温度到完全成为液相的流淌温度之间的温度区域范围
固相烧结：
在烧结温度下，粉末坯体在固态情况下达到致密化的烧结过程称为固相烧结。
液相烧结：
粉末坯体在烧结过程中有液相存在的烧结过程称为液相烧结。
还原焰：
指在燃烧过程中，氧气供应不足，燃烧不充分，在燃烧产物中有一氧化碳等还原性气体，没有或者极少游离氧的存在的火焰。
氧化焰：
指燃料中全部可燃成分在氧气充足的情况下达到完全燃烧，燃料产物中没有游离C及CO，H2，CH4等可燃成份的一种无烟火焰。
2.烧结工艺中，HP、HIP、SPS、MS等是指什么烧结方式。
烧结驱动力总界面能的减少。
热压烧结（hot-pressing-sintering，HP），
热等静压烧结（hightemperatureisostaticpressing，HIP），
放电等离子体烧结（sparkplasmasintering，SPS），
微波烧结（microwavesintering，MS），
3.烧结参数的两大体系：
材料参数和工艺参数，材料参数和工艺参数又分别包括哪些参数？
4.材料参数如何影响烧结样品的性能？
（1）颗粒尺寸对烧结的影响,原始粉料中的颗粒尺寸越小，致密化速率越快。
（2）粉体结块和团聚对烧结的影响,结块和团聚形成的粗大颗粒都是通过表面力结合的。
单位质量的表面力与颗粒尺寸成反比。
（3）颗粒形状对烧结的影响,在一对程度上，颗粒的形状对烧结性能有一定的影响，例如，对β-Al2O3粉体烧结试验表明，具有等轴形状的粉体颗粒有利于烧结样品致密度的提高。
（4）颗粒尺寸分布对烧结的影响,分析由不同尺寸分布的坯体内部，在烧结过程中“拉出气孔”和晶粒生长驱动力之间力的平衡作用,烧结样品中的晶粒尺寸分布状况类似于起始颗粒尺寸分布。
5.工艺参数如何影响烧结样品的性能？
（1）烧成温度对产品性能的影响,烧成温度的高低直接影响晶粒尺寸和数量。
对固相扩散或液相重结晶来说，提高烧成温度是有益的。
然而过高的烧成温度对特种陶瓷来说，会因总体晶粒过大或少数晶粒猛增，破坏组织结构的均匀性，因而产品的机电性能变差。
（2）保温时间对产品性能的影响，保温时间过长，则晶粒溶解，不利于在坯中形成坚强骨架，而降低力学性能。
（3）烧成气氛对产品性能的影响，对含挥发组分的压电陶瓷等坯料，气氛对烧结的影响尤其重要，烧成时须用保护气氛来防止坯料组分的变动，避免成为多孔坯体。
但保护气氛的浓度也会直接影响坯体的配方组成，选择不当反会劣化产品性能。
（4）升温与降温速度对产品性能的影响，升温慢时，抗折强度高、损耗角正切tanα值低，过快地升温，则分解气体排除困难，有碍气孔率的进一步降低。
过烧时也会引起气孔率增加、机械强度降低、损耗角变大。
6.固相烧结的三个阶段及机理。
（1）固相烧结一般可分为三个阶段：
初始阶段，主要表现为颗粒形状改变；
中间阶段，主要表现为气孔形状改变；
最终阶段，主要表现为气孔尺寸减小。
（2）一般利用简单的双球模型来解释初始阶段机理，用通路气孔模型来解释中间阶段机理，而最终阶段机理通常采用孤立气孔模型来分析
7.液相烧结的三个阶段及机理。
P167
LPS烧结致密化过程根据三种速率机理，传统上划分为三个明显的阶段1、2、3。
随着密度增加，致密化机理逐渐从重排（阶段1）到溶解-沉淀（阶段2），最后的气孔（或气相）排出（阶段3）。
7.常用特色烧结的方式及主要特点.P180
a.热压烧结：
①热压时，由于粉料处于热塑性状态，形变阻力小，易于塑性流动和致密化，因此，所需的成型压力仅为冷压法的1/10，可以成型大尺寸的Al2O3、BeO、BN和TiO2等产品。
②由于同时加温、加压，有助于粉末颗粒的接触、扩散、流动等传质过程，降低烧结温度和缩短烧结时间，因而抑制了晶粒的长大。
③热压法容易获得接近理论密度、气孔率接近于零的烧结体，容易得到细晶粒的组织，容易实现晶体的取向效应和控制含有高蒸气压成分的系统的组成变化，因而容易得到具有良好力学性能、电学性能的产品。
④能生产形状较复杂、尺寸较精确的产品。
热压法的缺点是生产率低、成本高。
b.等静压烧结：
④HIP工艺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。
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