中南大学粉冶院无机非材料期末复习Word下载.docx
《中南大学粉冶院无机非材料期末复习Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中南大学粉冶院无机非材料期末复习Word下载.docx（33页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
长石的作用：
1.在高温下熔融，形成粘稠的玻璃体，是坯料中碱金属氧化物的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，利于成瓷和降低烧成温度。
2.熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒；
液相中Al2O3和SiO2互相作用，促进莫来石的形成和长大，提高瓷体的机械强度和化学稳定性。
3.长石熔体能填充坯体孔隙，减少气孔率，增大致密度，提高坯体机械强度，改善透光性能及电学性能。
4.作为瘠性原料，提高坯体渗水性，提高干燥速度，减少坯体的干燥收缩和变形。
5.在釉料中做熔剂，形成玻璃相。
粘土的作用：
1.赋予泥坯的可塑性；
2.使注浆料与釉料具有悬浮性和稳定性；
3.在坯料中结合其它瘠性原料，使具有一定干坯强度及最大堆积密度；
4.是瓷坯中Al２O３的主要来源，也是烧成时生成莫来石晶体的主要来源。
石英的作用：
1.烧成前，石英为瘠性料，可调节泥料的可塑性，是生坯水分排出的通道，降低坯体的干燥收缩，增加生坯的渗水性，缩短干燥时间，防止坯体变形；
利于施釉。
2.烧成时，石英的加热膨胀可部分抵消坯体的收缩；
高温时石英部分溶解于液相，增加熔体的粘度，未溶解的石英颗粒构成坯体的骨架，防止坯体软化变形。
3.可提高坯体的机械强度，透光度，白度。
4.釉料中,SiO2是玻璃质的主要成分，提高釉料的机械强度，硬度，耐磨性，耐化学侵蚀性；
提高釉料的熔融温度与粘度。
1、
6、二氧化锆、石英的晶体结构转变有何特点如何在实际生
产中加以应用
在使用石英类制品时，可以通过控制升温和冷却速度，来避免体积效应引起的开裂。
利用其热膨胀效应，如将石英原料在进行预烧，又有利于石英类的破碎。
7、如何理解原料粉碎球磨过程中的机械力化学行为和助磨剂
的助磨机理
物料颗粒受机械力作用而被粉碎时，还会发生物质结构及表面物理化学性质的变化，这种因机械载荷作用导致颗粒晶体结构和物理化学性质的变化称为机械力化学。
颗粒结构变化，如表面结构自发地重组，形成非晶态结构或重结晶。
颗粒表面物理化学性质变化，如表面电性、物理与化学吸附、溶解性、分散与团聚性质。
在局部受反复应力作用区域产生化学反应，如由一种物质转变为另一种物质，释放出气体、外来离子进入晶体结构中引起原物料中化学组成变化。
助磨剂能促使已有裂纹不再重新闭合而有助于裂纹扩展以及阻止团聚。
原料含有杂质、粒度较粗、人工合成原料不符合要求，须进行原料的精选、细碎球磨、预烧等预处理。
显微结构的组成：
晶相、玻璃相、晶界、气孔和缺陷等组成。
陶瓷显微结构的内容：
相的数量、大小、形状、边界状态和几何分布。
普通陶瓷：
液相烧结，显微结构由晶相、玻璃相
和气孔组成；
扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱及波谱微区分析仪；
环境扫描电镜、高分辨透射电镜与电子衍射相结合，促进显微结构分析的分辨尺度扩大到亚显微结构及微观结构区域；
粘性流动、塑性流动、蒸发凝聚、体扩散、表面扩散、晶界扩散六种。
晶界：
固体和固体相接触的界面，分为晶界和相界。
晶界特性：
①晶界偏析与杂质聚集（相偏析（相分离）与化学偏析）
三个原因：
弹性应变能；
静电势；
固溶度。
层状偏析与粒状偏析，晶界偏析大多是无益的，但也可用其
材料改性。
如半导体的晶粒半导化；
②晶界扩散：
晶界无序开放的结构，有过量的自由体积；
③晶界势垒和空间电荷；
④晶界是位错汇集和应力集中的区域：
⑤晶界区的物理性能与晶粒有很大的不同
所谓晶界工程即是通过改变晶界状态，提高整个材料性能的研究领域。
二次再结晶：
晶粒异常生长或晶粒不连续生长。
是指少数巨大晶体在细晶消耗时成核-长大过程。
防止二次再结晶的方法：
控制烧结温度、烧结时间，控制原料粒径的均匀性，引入烧结添加剂
1、低温阶段（室温-300℃）---坯体水分蒸发期
2中温阶段（300-950℃）----氧化分解及晶型转化期
（1）结构水的排除
（2）碳酸盐分解（3）碳素、硫化物及有机物的氧化（4）石英的晶型转变和少量液相的形成
3高温阶段（950℃-最高烧成温度 玻化成瓷期，是烧成过程中温度最高的阶段。
坯体开始烧结，釉层开始熔化.
烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力制度。
16、针对高熔点难烧结材料如TiB2、ZrB2等，根据所学内容，
在不影响高温性能前提下，设计一可行的制备工艺。
1）C3S的早期水化加水后发生急剧的反应放出热量，Ca2+、OH-迅速从表面释放，几分钟内上升pH超过12，溶液具有强碱性。
2）2）C3S的中期水化水化主要时期。
在C3S水化的加速期内，伴随Ca（OH）2及C－S－H的形成和长大，液相中Ca（OH）2和C－S－H的过饱和度降低，又会相应地使Ca（OH）2和C－S－H的生长速度逐渐变慢。
随着水化产物在颗粒周围的形成，C3S的水化受阻，水化过程逐渐进入减速阶段。
3）C3S的后期水化水化过程中存在一个界面区，并逐渐推向内部。
水离解所形成的H+在内部产物中从氧原子（或水分子）转移到另一个氧原子，一直到达C3S并与之作用，而界面区的Ca2+和Si4+部分则通过内部产物向外迁移，转入Ca（OH）2和外部C－S－H。
4）水泥加水拌成浆体进行水化反应，浆体逐渐失去流动性而转变为具有一定强度的固体的过程，即水泥的凝结与硬化。
和C3S水化过程极为相似，但水化速度极慢，约为C3S的1/20
主要包括：
淡水、酸、硫酸盐和碱溶液环境介质。
侵蚀方式：
溶解浸析、离子交换以及形成膨胀性产物
5、名词解释：
水泥的安定性:
反映水泥浆在硬化后因体积膨胀不均匀而变形的情况，是评定水泥质量的重要指标之一，是保证混凝土工程质量的必要条件。
造成水泥安定性不良的主要原因是由于水泥中存在过量的游离氧化钙、游离氧化镁或硫酸盐所致。
硅率:
熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比。
表示了熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例。
铝（铁）率：
铝率：
熟料中氧化铝和氧化铁含量的质量比，也表示溶剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例。
化学减缩
水化热：
水泥与水作用会产生放热反应,在水泥硬化过程中,不断放出的热量称为水化热指物质与水化合时所放出的热
1、无机非金属材料与其它材料相比在结构性能上有哪些特点
相对于金属键，共价键与离子键具有较高的能量，约高出金属键键能的一倍左右，所以，离子键或共价键构成的无机非金属材料一般熔点高、硬度高，脆性大，透明度高，导电性低。
具有金属键的金属材料有弹性，可延展，导电性高，透明度低。
由于共价键的晶体的配位数比离子晶体还要小，所以共价键的晶体的熔点、硬度比离子晶体还要高。
2、什么是玻璃态物质的四个通性
各向同性。
介稳性、无固定的熔点。
性质变化的连续性和可逆性
3、Tg-Tf玻璃转变温度区域对玻璃的结构、性质有何意义
在转变温度区域内的任一温度，玻璃熔体有对应于该温度的平衡结构。
温度越低，粘度越大，达到平衡结构的速度越慢，需要的时间越长。
因此，固态玻璃的性质与冷却速度有关，冷却速度越快，玻璃结构偏离平衡结构的程度越大，导致玻璃结构疏松，使玻璃密度、折射率等性质下降，冷却速度减慢，密度、折射率等性质上升，所以说固态玻璃的性质是相对的，并不是一个常数。
4、解释晶子学说和无规则网络学说。
无规则网络学说：
原子在玻璃中和在晶体中的作用是相同的，应形成连续的、三维空间的网络，但在玻璃中是不规则的，非周期性的，因而玻璃的内能大于晶体的内能，而晶体的结构是规则的、周期性的。
晶子学说：
在玻璃中存在着有规则排列的微小区域，这种有规则排列的微小区域与晶体的晶格相比又是极度变形的，他是相对的，距晶子中心的距离越远，不规则程度越显著。
无规则网络学说着重说明了玻璃结构的连续性，无序性和均匀性，而晶子学说则比较强调玻璃的微观不均匀性和有序性。
3、石英玻璃具有哪些结构、性能特点
1.[Si04]是熔融石英和结晶态石英的基本机构单元，2.Si-O键是极性共价键，3.Si-O键的键能非常大，4.[Si04]正负电荷重心重合，不带极性，5.[Si04]以顶角相连。
6.性能：
石英玻璃粘度大，机械强度高，热膨胀系数小，耐热耐化学稳定性好。
Na2O-SiO2二元系统玻璃：
石英玻璃中，加入R2O使氧的比值增加，玻璃中的氧不可能由两个硅原子所共用，开始出现一个硅原子键合的氧原子，即非桥氧，使硅氧网络发生断裂，结果使玻璃结构减弱、疏松，导致玻璃的物理化学性能下降，如粘度、膨胀系数等。
4、氧化钙加入玻璃中一般来说会削弱玻璃的结构，但在钠硅玻璃中加入氧化钙反而加强了玻璃的结构，这是为什么此时形成的Na2O-CaO-SiO2玻璃系统非常实用，又是为什么 在钠硅酸盐玻璃中掺入CaO，可使玻璃的结构和性质发生明显改善。
其原因：
Ca2+与Na+的半径相近，而电荷大一倍，可产生大的场强，Ca2+处于网络空穴中具有显著的强化玻璃结构和可限制Na+活动的作用，因此具有良好的性能。
5、玻璃中氧化物分成哪三类常见的玻璃网络生成体有哪些（至少三种）
由无规则网络学说的观点可分为三大类：
网络生成体氧化物、网络外体氧化物和中间体氧化物
8、玻璃中加入少量Al2O3的作用
在玻璃中加入少量的Al2O3，可以夺取非桥氧形成「AlO4」，进入硅氧网络，把断网连接起来，使玻璃结构趋于紧密，从而降低了玻璃的结晶倾向，抑制分相，Al2O3的加入还可以提高玻璃的化学稳定性，热稳定性，机械强度等性能，Al2O3还可以减轻玻璃对耐火材料的侵蚀。
9、玻璃生成的热力学条件：
一般来说，同组分的晶体与玻璃的内能差别越大，玻璃越容易结晶，越难形成玻璃。
10、如何理解泰曼将玻璃析晶分为晶核生成与晶体生长两个过程。
泰曼认为：
玻璃的形成是由于过冷液体中晶核生成最大速度对应的温度低于晶体生长最大速度对应的温度所致。
熔体冷却过程中，首先降到晶体生长最大速率所对应的温度，这时玻璃中晶核数量较少，不至于使玻璃析晶，然后再降到晶核生成最大速率所对应的温度，这时玻璃中有可能产生大量晶核，但此时的温度低于晶体生长最佳温度，致使晶核难以长大。
晶核生成最大速率与晶体生长最大速率所对应的温度之间的温差越大，越易形成玻璃；
反之，越易析晶。
在均匀成核中，存在一临界成核半径，其值越小晶核越易形成，玻璃越易析晶。
玻璃成核剂的选择：
一般来说，成核剂和初晶相之间的界面张力越小，晶格常数越接近，成核就越容易。
贵金属作为玻璃的晶核剂：
金属颗粒一般要达到8~10nm，才能诱导主体玻璃析晶。
11、成核剂分成哪三类、原理常用的成核剂有哪些
贵金属成核剂
高温时溶解于玻璃液中，当对玻璃热处理时，它在该析晶温度溶解度达到过饱和，析出胶体状晶核。
大小为8~10nm。
主要有Au、Ag、Cu、Pt。
氧化物成核剂。
TiO2、ZrO2、P2O5等可以溶解于硅酸盐玻璃，由于配位数较高，阳离子场强较大，容易在玻璃热处理过程中，导致分相、结晶。
.氟化物
成核原理：
氟化物加入导致硅氧键断裂，结构减弱，促使玻璃成核、晶化，产生结晶状的沉淀物，即氟化物晶核
CaF2、Na3AlF6、Na2SiF6
12、什么是玻璃的分相玻璃分相的原因分相对玻璃性质的影响分相的特点
定义：
高温下，均匀的玻璃态物质在冷却过程中或在一定的温度下热处理时，由于内部质点的迁移，而分成两种或以上化学组成不同的互不相溶的液相或玻璃相的过程。
分成稳定分相和亚稳分相。
玻璃分相的实质
结晶化学认为，氧化物溶体的液相分离是由于阳离子对氧离子的争夺所引起。
在硅酸盐溶体中，硅离子以硅氧四面体形式，将桥氧离子吸引到自己周围，而网络中间体力图将非桥氧离子吸引到自己周围，按其自身结构要求进行排列。
网络外体或中间体与硅氧网络结构上的差别，使场强较大，含量较多的网络外体离子由于系统自由能较大而不能形成稳定均匀的玻璃，而从硅氧网络中分离出来，使玻璃产生分相。
分相对玻璃性质的影响1.对具有迁移性能的有关性质会产生影响，如粘度、电导、化学稳定性等，2.对具有加和性能的有关性质影响较小，如密度、折射率、热膨胀系数、弹性模量等。
分相的特点：
分相是不混溶现象，分相区一般可从几个纳米至几百个纳米，因而属于亚微观结构不均匀性。
相同组成的玻璃如热处理条件不同，可以出现连通结构或球形孤立滴状结构。
13、玻璃产生析晶的因素
1.玻璃组成是引起玻璃析晶的内因。
２.玻璃结构。
３.玻璃分相对玻璃析晶也有一定作用。
４.工艺因素：
原料成分波动、配合料称量误差、混料不匀等。
14、玻璃粘度与组成的关系玻璃粘度与温度的关系
影响玻璃机械强度的主要因素提高玻璃的强度的方法
1）玻璃的化学组成
桥氧越多，强度越高：
在玻璃结构中，桥氧形成的键要比非桥氧形成的键强得多。
a）化学组成：
玻璃的化学组成是决定玻璃强度的重要因素
i.各氧化物对玻璃抗张强度的作用
CaO>
B2O3>
BaO>
Al2O3>
SiO2>
PbO>
K2O>
Na2O>
（MgO,Fe2O3）
ii.各氧化物对玻璃抗压强度的作用
SiO2（MgO,ZnO）>
Fe2O3>
BaO（CaO,PbO）
b）高电荷阳离子：
因较高的场强而比低电荷阳离子与氧离子结合的键强得多。
2）玻璃的微不均匀性
3）玻璃的宏观缺陷
4）玻璃的表面微裂纹
5）玻璃使用环境的活性介质
6）玻璃的使用温度
7）玻璃中的应力
8）玻璃的疲劳现象
9）随着玻璃几何尺寸的减小，试样表面和内部的缺陷生成的几率也随之减小，因而强度提高
16、玻璃的化学稳定性：
高碱玻璃的耐酸性小于耐水性，高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。
温度上升10℃,侵蚀介质对玻璃的侵蚀速度增加50~150%。
17、玻璃折射率：
玻璃的密度越大，光在玻璃中的传播越慢，折射率越大，反之密度越小，则折射率越小。
离子极化率越高，摩尔折射度越大，玻璃折射率越高。
18、玻璃配方中常用的辅助原料有哪些常用的玻璃着色剂、澄清剂、乳浊剂、氧化剂有哪些
过渡金属离子着色机理：
过渡金属在玻璃中以离子状态存在，它们的价电子在不同能级间跃迁，由此引起对可见光的选择性吸收，导致着色。
19、玻璃熔制过程中可分为哪五个阶段硅酸盐形成阶段的特征，发生哪些物理化学反应
1）硅酸盐形成阶段2）玻璃的形成阶段3）玻璃液的澄清4）玻璃液的均化5）玻璃液的冷却
物理过程：
有配合料的加热、吸附水的排除、组分的熔化、多晶转变及个别组分的挥发。
化学过程：
有固相反应、各种盐类的分解、水化物的分解、化学结合水的排除、组分间的相互作用及硅酸盐的形成。
物理化学过程：
低共熔物的生成、组分或生成物间的相互溶解、玻璃液与炉气介质间的相互作用，玻璃液与耐火材料间的相互作用等。
20、玻璃形成过程的速度取决于什么为什么
21、玻璃液的均化是如何实现的玻璃液冷却的目的、要求、应注意事项
熔制时：
1）玻璃组成的熔解和扩散过程
2）玻璃液的对流均化过程
3）气泡上升引起的搅拌均化过程
冷却的目的：
使玻璃液的粘度增加，达到成型所需的粘度范围（1000~1100℃）。
冷却后的要求：
玻璃液的温度均匀一致，有利于成型。
冷却应注意事项：
冷却阶段应控制热均匀性和二次气泡的产生
22、玻璃熔制设备：
分为坩埚窑和池窑
23、日用空心制品的机械成型：
分为供料和成型两部分，各有哪些方法吹制法有哪四种（P48）
供料：
液流供料、真空吸料、滴料供料。
成型：
压制法、吹制法。
吹制：
压—吹法、吹—吹法、带式吹次法、转吹法
24、平板玻璃的成型有哪些方法简述浮法玻璃的成型过程
浮法成型、垂直引上法成型、平拉法成型、压延法成型
熔窑的配合料经熔化、澄清均化、冷却为1150~1100℃左右的玻璃液，连续流至锡槽，浮在金属锡液上，摊成厚度均匀平整玻璃带，冷却硬化后脱离金属液，再经退火切割而成的透明无色平板玻璃。
25、什么是玻璃中的暂时应力、永久应力
暂时应力：
在温度低于应变点时，玻璃处于弹性变形温度范围，在经受不均匀温度变化时产生热应力。
当温度梯度消失，应力也消失。
永久应力：
常温下，玻璃内外层温度均衡后，（即温度梯度消失后），仍然残留的热应力称为永久应力（也叫做残余应力）。
26、玻璃退火的目的：
玻璃的退火就是消除或减小玻璃中热应力至允许值的热处理过程。
防止炸裂和提高玻璃的机械强度。
27、什么是钢化玻璃
通过玻璃淬火，在冷却后，使玻璃内部具有均匀分布的内应力，从而提高玻璃的强度和热稳定性，这种淬火玻璃又称为钢化玻璃。
影响玻璃物理钢化的因素:
1.淬火温度，2.冷却速度，3.玻璃的化学组成，4.玻璃的厚度。
28、玻璃常见的缺陷及产生的原因（P65）
气泡：
1.残留气泡的形成
2.二次气泡的形成
3.耐火材料引起的气泡
4.铁引起的气泡
5.其它气泡的形成
结石：
1.配合料结石
2.耐火材料结石
3.析晶结石
4.其它结石
条纹：
1.熔制不均匀
2.窑碹上的玻璃滴
3.耐火材料的侵蚀
4.结石熔化引起的条纹
29、镀膜玻璃的制备方法有哪些
气溶胶法，溶胶凝胶法，真空镀膜法，阴极溅射法，离子镀膜法等
陶瓷：
1.什么是粘土的可塑性粘土的烧结特性
粘土的颗粒越细，表面积越大，分散程度越高，可塑性越好。
干燥收缩和烧成收缩构成了粘土的总收缩。
陶瓷原料中的粘土，石英，长石按其主要作用分别为可塑料，瘠性料，熔剂。
陶瓷的不同性能可通过改变坯料配比（控制瘠性料和熔剂）、坯料的细度和坯体的致密度来获得。
2.石英在陶瓷生产中的作用
a）石英是瘠性料，可降低可塑性，减少收缩变形，加快干燥
b）高温时，增加粘度，减小坯体变形
c）未熔石英与莫来石一起构成坯体骨架，增加强度
d）在釉料中增加石英含量可提高釉的熔融温度，提高釉的耐磨性和抗化学腐蚀性
3.氧化铝的三种晶型及特点氧化铝预烧目的和注意事项。
α-Al2O3β-Al2O3γ-Al2O3
预烧的目的：
帮助碎化原料；
减少坯料收缩；
改变结构形态；
稳定晶型
4.碳化物的特点：
熔点高、硬度高、热膨胀系数小、电阻率小、导热系数高。
碳化物的制备方法：
金属和碳直接化合，氧化物与碳反应，气相沉积等
5.陶瓷坯料的混合制备包括哪几个过程：
混合制备分为细粉碎，泥浆的脱水，造粒，陈腐，练泥及真空处理。
6.特种陶瓷的坯料组成：
主料：
Si3N4,SiC,BaTiO3,Al2O3,ZrO2,BeO，辅料：
解凝剂、塑化剂，改性料：
展宽剂、移动剂等
7.常用的陶瓷成型方法及其坯料含水量（p114）
8.影响陶瓷坯料可塑性的因素：
液相含量与性质，颗粒尺寸和形状，矿物种类。
9.影响陶瓷注浆成型吸浆速度的因素：
颗粒的比表面积，压力差，泥浆的粘度，注浆温度，模型中的气孔数量。
解释图9-4。
（p119）
10.影响陶瓷坯体压制成型的与粉料有关的因素粒度和粒度分布，粉料的流动性，粉料的含水率，解释图9-6。
11.釉的作用：
改善陶瓷制品的表面性能，保护釉下彩绘，提高制品的机械强度、电学性能、化学稳定性、热稳定性。
釉料配方的原则：
1.釉料应在坯体烧结范围内成熟，2.熔化范围要宽些，3.釉的膨胀系数要与坯体相适应，4.形成良好的中间层，5.釉料性质应符合工艺要求，6.正确选用原料。
釉料配方选用的一般规律：
酸性强的坯体配酸性弱的釉，酸性弱的坯体配偏碱性的釉，含SiO2高的坯体配长石釉，含Al2O3高的坯体配石灰釉。
还原气氛对陶瓷烧成釉料的表面张力有提高作用,一般可达20~25%。
12.什么是坯釉中间层，它的作用
由于坯和釉化学组成上的差异，在高温烧成时，某些成分通过溶解、渗透与扩散作用，使接触面的化学组成和物理性质介于坯体和釉层之间，结果形成中间层，它吸收溶解了坯体中的SiO2、Al2O3，釉层中的R2O、B2O3等成分，中间层的厚度15~20μm，存在莫来石、钙长石、硅灰石等析晶相，起到改善坯釉结合性，缓冲坯釉间应力的作用。
13.干燥的作用
降低水分，提高强度，提高坯体吸附釉层的能力，提高烧成窑的效率，缩短烧成周期。
14.影响干燥速度的因素：
坯料的性质，坯体形状大小和厚度，坯体温度，干燥介质的性质，热扩散与湿扩散的方向。
解释图11-1。
（p137）
常用的干燥方法
1.对流干燥2.工频电干燥3.远红外干燥4.微波干燥
15.陶瓷烧成中液相的作用：
1促进晶粒长大，2促进致密化、性能提高，
升级会员 