特种陶瓷复习题
特种陶瓷复习参考题
1． 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，按照便于进行结构设计及控制制造的方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。主要包括高温、高强、耐磨、耐腐蚀为特征的结构陶瓷及用以进行能量转换的功能陶瓷和生物陶瓷。由于不同的化学组分和显微结构而决定其具有不同的特殊性质和功能，如高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、光电、电光、声光、磁光、超导、生物相容性等。由于性能特殊，这类陶瓷要应用于高温、机械、电子、宇航、医学工程等方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。
2． 说明Al 2O 3陶瓷的晶型，各种晶型的结构。
Al 2O 3同质异晶体主要的三种：α- Al 2O 3，β- Al 2O 3，γ- Al 2O 3。1300℃以上的高温几乎完全转变为α- Al 2O 3。
γ- Al 2O 3属尖晶石型（立方）结构，氧原子形呈立方密堆积，铝原子填充在空隙中。β- Al 2O 3是一种Al 2O 3含量很高的多铝酸盐矿物。其结构由碱金属或碱土金属离子如[]NaO -
层和1112[]Al O +类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧离子排列成立方密堆积，Na +完全包含在垂直于C 轴的松散堆积平面内。α- Al 2O 3属三方晶系，单位晶胞是一个尖的菱面体。
3． 说明Al 2O 3的预烧的目的，并说明哪些因素对预烧的影响。
预烧的目的：一是使γ- Al 2O 3全部转变为α- Al 2O 3，减少烧成收缩，二是可以排除Al 2O 3原料中的Na 2O ，提高原料的纯度，从而保证产品的性能。
影响预烧的因素：（1）温度：预烧温度偏低即不完全转变成α- Al 2O 3，且电性能降低；预烧温度过高，粉料发生烧结，不易粉碎，且活性降低。（2）气氛：1450℃以下，不同气氛中预烧的Al 2O 3，其Na 2O 的含量不同。
4． 简要说明Al 2O 3瓷的生产工艺过程。
原料煅烧→磨细→配方→加粘结剂→成型→素烧→修坯→烧结→表面处理。
5． 简述制备透明氧化铝陶瓷的关键，并分析加入MgO 的作用。
（1） 控制氧化铝以体积扩散为烧结机制的晶粒长大过程。若在烧结过程中晶粒生长过快就会产生晶界裂缝，许多气孔被晶粒包围。而且当晶粒生长速度大于气孔的移动速度时，晶体内部包裹的气孔更不易排除。实践表明，加入某些添加物具有抑制晶粒长大的作用。如加入适量的MgO ，能获得透明氧化铝陶瓷。由于加入MgO ，形成MgO ? Al 2O 3尖晶石相在Al 2O 3晶只是表面析出，阻止晶界过快迁移。而且MgO 在高温下比较容易挥发，奶防止形成封闭气孔，因此限制了氧化铝晶粒的长大。MgO 的加入量一般为0.1~0.5%。
（2） 根据用不同波长的单色光通过透明氧化铝陶瓷表明，当气孔大小与波长相等时，光透射主最小。说明气孔的平均尺寸是制作透明陶瓷应该控制的重要因素。
（3） 在工艺上，Al 2O 3的纯度、细度、成型方法、烧结气氛等，对其透光率也的影响。对烧结来说，在氢气（或真空）中烧结，由于氢气渗入坯体，在封闭气孔中，氢气的扩散速度比其它气体大，容易通过Al 2O 3坯体，气孔比较容易排除，从而提高其透光率。
6．简述MgO 陶瓷的主要制造工艺过程。
（1）锻烧分解制取MgO ：从矿物或海水中提取MgO ，大多先制成氢氧化镁或碳酸镁，然后经锻烧分解成MgO 。
（2）预烧：为了降低MgO 的化学活性，应预烧到1100~1300℃。研磨原料时用的磨球及磨衬才要采用陶瓷材料制成，不能采用钢球，采用干法研磨以防水化。
（3）成型：MgO 陶瓷大多采用注浆法进行生产。为了使MgO 在制备料浆时不与水接触，须先采用无水乙醇等有机液体作选浮介质。将MgO 原料用足够量的蒸馏水混合形成糊状,并充分水化成Mg(OH)2，存放一定时间后在1000℃以下烘干，在1450~1600℃在密封情况下进行锻烧，保温8小时，使氢氧化镁重新分解成MgO ，然后球磨约45~90小时。再加入冷却水继续磨大约70~80分钟，形成悬浮浆料,用于浇注成型。
（4）脱模后在70℃温度下干燥。
（5）MgO 烧成：先在1250℃温度下进行素烧，再装入刚玉瓷匣钵中在1750~1800℃温度下保温2小时烧结。
7．说明ZrO 2的结晶形态和晶型转化。
在不同温度下ZrO 2以三种同质异形体存在，即立方晶系，单斜晶系，四方晶系。 单斜-11702ZrO C ???→o 四方-23702ZrO C ???→o 立方-27152ZrO C
???→o 液相
8．非氧化物陶瓷：
是由金属的碳化物、氮化物、硫化物、硅化物和硼化物等制造的陶瓷总称。
9．简述碳化硅陶瓷的几种制造工艺。
（1）热压烧结：纯SiC 粉热压采用热压—烧结，采用添加Al 2O 3、AlN 、BN 、B 4C 、B+C 等作为添加剂。
（2）常压烧结：对含有微量氧的β-SiC 中添加硼和碳，在2000℃左右，惰性气氛中烧结，可获得98%理论密度的碳化硅烧结体。
（3）反应烧结：是由α-SiC 粉和石墨粉按一定比例混合压成坯体后，加热到1650℃左右，同时熔渗Si 或通过气相Si 渗入坯体，使之与石墨起反应生成β-SiC ，把原先存在的α-SiC 颗粒结合起来。
（4）浸渍法：将制造SiC 纤维的原料聚碳硅烷作为结合剂加入到SiC 粉末中，然后烧结，得到多孔SiC 制品，再置于聚碳硅烷中浸渍，在1000℃再烧成，其密度增大，如此反复进行。浸渍三次体积密度过理论密度80~95%。
10．说明Si 3N 4的两种晶型及晶型转变。
α- Si 3N 4是针状结晶体；β- Si 3N 4是颗粒状结晶体。两者均属六方晶系。都是4[]SiO 四面体共用顶角构成的三维空间网络。β-相是由几乎完全对称的六个4[]SiO 四面体组成的六方环层在C 轴方向的重叠而成，而α-相是由两层不同，且有形变的非六方环层重叠而成。
将高纯硅在1200~1300℃下氮化，可得到白色或灰白色的α- Si 3N 4，而在1450℃左右氮化时，可得到β- Si 3N 4。
α- Si 3N 4在1400~1600℃下加热，会转变成β- Si 3N 4。α→β相是建式转变，α和β相除了在结构上有对称性高低的差别外，并没有高低温之分，β相不过在温度上是热力学稳定的。α相对称性低，容易形成。在高温下α相发生重建式转变，转化为β相。
11．从原料、添加剂、烧结气氛、埋粉、保温时间、重烧结等几方面说明制备高密度Si 3N 4在生产工艺中的要求。
（1）原料：应采用1μm 以下的粉末。使用以α相为主的Si 3N 4粉料。
（2）添加剂：采用复合添加剂，如同时加入Y 2O 3、Al 2O 3对促进烧结的提高产品的商温性能是有利的。
（3）烧结气氛：在温度为1900~2100℃时，相应的N 2气氛下，压力1~5MPa 能够保证
有好的烧结性和小于2%的失重。
（4）埋粉：埋粉组成及含量为Si 3N 4：BN ：MgO=70：20：3。不仅的效地抑制失重,使失重控制在4%以下,而且能有力地促进烧结。
（5）保温时间：1~3小时。
（6）重烧结：是指将含有添加剂的反应烧结氮化硅在一定氮气压力、较高温度下再次烧结，使这进一步致密化。重烧结一般加入MgO 、Y 2O 3、Al 2O 3、AlN 、La 2O 3、TiO 2、Mg 3N 2等。添加剂的作用在于高温下形成液相，引起收缩达到致密化，一般采用的范围为添加剂与Si 3N 4之比为（4~15）：（85~96）。重烧结后，密度一般都在理论密度的90%以上。
12．Sialon 陶瓷
金属氧化物在金属氮化物中的固溶体， 即在Si 3N 4- Al 2O 3系统中存在β- Si 3N 4的固溶体。这是由Al 2O 3的Al 、O 原子部分地置换了Si 3N 4中的Si 、N 原子因而有效地促进了Si 、N 的烧结。该固溶体即称为“Silicon Aluminum Oxynitride ”用其字头即“Salon ”又称β`- Salon 。可用化学式表示：60.750.678x z x x Si Al O N -- x 为O 原子置换N 原子数。
13．功能陶瓷
是指在应用时主要利用其非力学性能的材料，这类陶瓷通常具有一种或多种功能。如电、磁、光、化学、生物等功能，以及耦合功能， 如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。
14．电介质陶瓷
是指电阴率大于108Ω·m 的陶瓷材料，能承受较强的电场而不被击穿。按其在电场中的极化特性，可分为电绝缘陶瓷和电容器陶瓷。
15．说明在制备刚玉—莫来石瓷过程中，各种组分的作用
（1）粘土：它赋予坯体良好的可塑性,便于成型。粘土中含有有害杂质较多，随着粘土含量的增加，瓷坯的电性能将显著恶化，因此粘土的用量不可过多。
（2）工业氧化铝：工业氧化铝能转化成刚玉，又能与粘土分解后的游离石英生成二次莫来石。
（3）氧化钙：能够增时二次莫来石化的程度，还能与Al 2O 3、SiO 2及其它物质生成低熔点的钙玻璃，不但除去了坯体中游离石英还能起助熔作用，促进烧结。
（4）氧化镁：也能增进二次莫来石化的程度。由于MgO 能与Al 2O 3生成镁铝尖晶石。在Al 2O 3含量高的高铝瓷中，抑制刚玉晶体的二次再结晶,使之晶体细小,提高瓷坯性能。 MgO 还能与Al 2O 3、SiO 2及其它物质生成低熔点的玻璃体，不但除去坯体中的游离石英，还能降低烧结温度，起助熔作用。
（5）滑石：滑石在700~900℃之间脱水，并析出活性较大的SiO 2和Mg O ·SiO 2。这种初生态的物质，具有较大的化合能力，因此能够活跃地与其它物质化合，起到矿化、助熔等作用。
（6）白云石：在锻烧过程分解出CO 2，得到活性较大的 CaO 及MgO 。它们在配方中起前面所述的氧化钙和氧化镁的作用。
（7）碳酸钡：与Al 2O 3、SiO 2等生成低熔点的钡玻璃，有利于瓷坯的烧结。
15．简述刚玉—莫来石瓷的生产工艺过程
细磨→成型→烧结→冷却。
细磨：硬质原料先磨，然后加入软质原料及其它化工原料一并再磨。在生产过程中要尽量避免铁质及其它杂质混入，球磨机中的磨球及磨衬在用莫来石或刚玉质，磨衬也可采用橡胶质，原料细度对制品的烧结温度及性能有很大的影响，细度愈细，烧结温度愈低。
成型：由于莫来石及刚玉莫来石瓷坯料的可塑性较差，坯泥最好能陈腐一个时期。必要时还可加入各种有机塑化剂，根据制品的形状及坯料的性质，决定成型方法，如干压、挤压、
车坯、注浆、热压注或等静压等。
烧结：莫来石及刚玉莫来石瓷属于液相烧结，在烧成中存在两个问题，一是γ- Al2O3转变成α- Al2O3时，体积收缩13%，容易造成坯体开裂，这点可用预烧工业Al2O3的方法予以消除。此外，当α- Al2O3与游离SiO2在1300~1350℃左右生成二次莫来石时，体积膨胀10%左右，很容易导致坯体疏松，产生缺陷，这可由细磨Al2O3得到解决。二是烧成范围窄。这个问题可以采用小截面的隧道窑或其它类型温度均匀的窑炉来烧结,并严格控制烧成制度来解决。
冷却：采用快烧快泠工艺可以提高制品的机械性能，这主要是坯体生成微晶结构所致。16．镁质瓷主要包括哪些？
镁质瓷是以含MgO的铝硅酸盐为主晶相的陶瓷，按瓷坯的主晶相不同，可分为：原顽辉石瓷（即滑石瓷）、镁橄榄石瓷、尖晶石瓷扩堇表厂瓷。它们都属于MgO- Al2O3- SiO2三元系。
17．简述滑石瓷中几种常用外加剂的主要作用。
（1）粘土：加入粘土的目的是为了增加可塑性及降低烧结温曲直，一般加入量为5~10%。因为量多，带入的碱金属离子及铁质也多，不仅使电气性能恶化，而且还会使烧成范围变窄。
（2）碱土金属氧化物：加入少量CaCO3、SrCO3及BaCO3均能改善滑石瓷的电性能，其中BaO的效果最显著，它能提高瓷件的体积电阻率两个数量级。由于碱土金属氧化物与滑石、粘土及其它杂质生成低共融物，因此奶降低烧结温度，但含量高时又会缩小烧结范围，其中CaO最严重，SrO及BaO稍好。CaO还会导致晶粒粗大，促使瓷坯老化，因此在配方中CaO的含量要少。此外，BaCO3还能防止瓷件的老化，但加入量以5~10%为宜，超过10%会降低玻璃粘度，缩小烧结范围。MgO还能与滑石分解出的游离石英结合，生成电性能优良的偏硅酸镁（MgO·SiO2），既除去了不利的石英，又提高了电性能，部分MgO可进入玻璃相，降低烧结温度。MgO的加入量应小于8%，当超过去10%时，就可能生成镁橄榄石（2 MgO·SiO2），不仅提高了烧结温度，还增加了线膨胀系数，降低了热稳定性。MgO的引入一般为未预烧的MgCO3及菱镁矿。
（3）氧化铝：与游离石英化合成性能优良的硅线石（Al2O3·SiO2）。Al2O3还能与SiO2一同转入玻璃相中，除去SiO2，而不降低结温度。因此它能防止瓷坯才能化，改善并稳定瓷的电介性能。
（4）硼酸盐：是强的助熔剂，能大幅度降低烧结温度。
（5）氧化锆和氧化锌：能有效地扩大材料的结范围和提高材料的机械强度。
（6）长石：在配方中加入6~7%的长石，烧结范围可以扩大到60℃，但长石中含有碱金属氧化物，大大降低了瓷坯的电性能和机械强度，故应严格控制。
18．铁电陶瓷
铁电性是指在一定温度范围内具有自发极化，在外电场作用下，自发极化能重新取向，而且电位移矢量与电场强度之间的关系呈电滞回线现象的特性。铁电陶瓷电具铁电性的陶瓷材料。铁电陶瓷包括压电陶瓷、热释电陶瓷等。
19．压电陶瓷
陶瓷材料是由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微晶不规则集合的多晶体。由于陶瓷体内部的晶粒随机取向，因而陶瓷体内部的自发极化也是随机取向的，整体上表现不出压电效应。在使烧结后的铁电陶瓷具有压电性，必须作人工极化处理。人工极化是在压电陶瓷上施加直流电场进行极化，极化后陶瓷的各个晶粒内的自发极化方向将平均地取向于电场方向，因而具有近似于单晶的极性，并呈现出明显的压电效应。利用这种压电效应，将铁电性陶瓷进行极化处理，所获得的制品就是压电陶瓷。
20．压电陶瓷的主要生产流程
配料→球磨→过滤、干燥→预烧→二次球磨→过滤、干燥→过筛→成型→排塑→烧结→精修→上电极→烧银→极化→测试。
21．热释电效应
某些晶体中可以由于温度变化而产生电极化。这种介质因温度变化而引起表面电荷变化的现象称为热释电效应。又称焦电效应。
22．制备透明铁电陶瓷，要使陶瓷达到透明需具备的条件
（1）具有高致密度（要求体积密度达到理论密度的99%以上）如果陶瓷中残留气孔，则每个气孔都将成为光散射中心，降低了透明度。(2)化学组成均匀，包括不同晶粒的化学组成也应该相同。（3）研磨加工成光学表面。由于化学和物理的不均匀性都会增加散射，所以均匀性能是影响透明度的重要因素。
23．敏感陶瓷
敏感陶瓷是某些传感器中的关键材料之一，用于制作敏感元件。是根据某些陶瓷的电阻率、电动势等物理时对热、湿、光、电压及某种气体、某种离子的变化特别敏感这一特性，按其相应的特性，可把这些材料分别称为热敏、湿敏、光敏、压敏、气敏及离子敏感陶瓷。
陶瓷是由晶粒、晶界、气孔组成的多相系统，通过人为掺杂，造成晶粒表面的组分偏离，在晶粒表面层产生固溶、偏析及晶格缺陷，在晶界（包括同质粒界、异质粒界及粒间相）处产生异质相的析出，杂质的聚集、晶格缺陷及晶格的各向异性等。这些晶粒边界层的组成、结构变化，显著改变了晶界的电性能，从而导致整个陶瓷电气性能的显著变化。24．Na—β—Al2O3导电陶瓷的主要生产工艺
利用纯的Al2O3粉，按照一定的配比加入纯Na2O (一般用Na2CO3的形式加入)。在1600℃左右温度下合成为Na—β—Al2O3。然后再把合成物料进行细碎后，经注浆或等静压成型后，在1750~1850℃高温下烧结面制品。
原料：原料的纯度十分重要，如存在杂质，很容易发生离子置换，而影响到Na—β—Al2O3的性质。Na—β—Al2O3原料可采用电熔β—Al2O3，经脱炭、球磨、酸洗、烘干。
烧结：因为Na—β—Al2O3一般是很难烧结的，而且强度不高会影响到使用，因此在不影响其性质时，可以适当加入一些添加物，降低其烧结温度，并改善其性能。由于坯料中的钠含量低于Na—β—Al2O3的化学式量（Na2O、11Al2O3）,故需加入一定时的Na2CO3，使组成中的钠含量增加到7.5wt%。为了降低烧结温度，改善钠离子导电性能，需加入2.5wt%的MgO。坯料在球磨罐中混和后，烘干、加结合剂、造粒、成型。
烧结时为了防止高温钠的蒸发，需要用β—Al2O3制成内缽，Na—β—Al2O3陶瓷放入其中，外面用刚玉砂制成的缽包装密封。烧结是在钠气氛的保护下，在1770~1800℃温度下进行，保温时间一般在45~60分钟。
25．简述ZrO2的稳定化
用单纯的ZrO2是很难生产ZrO2陶瓷的，由于发生晶型转变，且伴随有7%左右的体积变化，一般都会开裂。实践中发现，加入其些适量的氧化物（例如Y2O3、CaO、MgO、CeO 等）后，可以稳定ZrO2，而且形成稳定的立方型结晶固溶体，这种立方固溶体的ZrO2就称为稳定ZrO2，加入的氧化物称为稳定剂，制备稳定ZrO2的过程叫ZrO2的稳定化。
对稳定剂有一定要求。即加入氧化物离子半径与Zr4+离子半径之比相差在12%以内，如果添加进去的离子半径太大，不能进到ZrO2的晶格中去，不能发生固溶形成稳定型立方结构。如果添加的离子半径太小，虽然易进入结格，但又容易失掉，也不能形成稳定的产方结构。稳定剂的加入时，视氧化剂的不同而不同。MgO为16~20mol%，CaO为15~24mol%，Y2O3为2~40mol%，CeO大于13 mol %。
ZrO2稳定化时，一般用纯度大于96%的ZrO2原料与一定时的稳定剂一起在球磨筒内球
磨8~24小时，然后加入少量的粘结剂，在60~100MPa压力下压成坯体。其目的是使粉料之间紧密接触，促进固相反应完全，有利于均匀稳定。坯块可在1450~1800℃保温4~6小时进行稳定化。然后把坯块粉碎至各种粒度的粉料。如果在1800℃或者1800℃以上进行稳定化，稳定的坯块将不易磨细。
26．陶瓷的金属化与封接
随着电子陶瓷、空间技术科学的不断发展，有时需要将陶瓷与金属、陶瓷与陶瓷牢固地封接在一起，由于陶瓷材料表面结构与金属材料表面结构不同，焊料往往不能润湿陶瓷表面，也不能与之作用而形成牢固的粘接，因而陶瓷与金属的封接是一种特殊工艺方法，即金属化的方法，先在陶瓷表面牢固地粘附一层金属薄膜，从而实现陶瓷与金属的焊接。主要有被银法和烧结金属粉末法。
被银法又称烧渗银法，是指在陶瓷表面烧渗一层金属银，作为电容器、滤波器的电极或集成电路基片的导电网络。由于银的导电能力强，抗氧化性能好，在银面上可直接焊接金属。具体流程为：瓷件的预处理→银浆的配制→涂敷→烧银
↓
↓↓↓
含熔粘
银剂合
原剂
料
烧结金属粉末法是在高温还原气氛中，使金属粉末在瓷件表面上烧结成金属薄膜，再进行陶瓷-金属封接的一种方法。工艺过程应遵循的原则：（1）金属件的熔点应比金属温度高200℃以上；焊料、金属件的成份不应再和金属化中的金属形成合金。（2）金属件的膨胀系数与陶瓷的膨胀系数尽可能地接近、相互匹配。封包陶瓷的金属应有较高的热膨胀系数，封接于陶瓷内部的金属，则应具有较低的热膨胀系数数，这是为了要使陶瓷保持受压状态，封接处的金属壁应做得比较薄。
最新特种陶瓷-考试重点
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。单相多晶、多相多晶 晶形：晶体在形成、生长过程中，习惯性地、自发地按一定的规律生长和发育成一定的几何形态。（自形晶：完整（完全发育）晶体；半自形晶和他形晶：生长受到抑制，部分完整或很不完整。） 主晶相：决定材料基本性能。次生相：对陶瓷性能起重要调节性能。（析出相） 玻璃相：配料中引入的各种杂质组分经高温烧结的物理、化学反应，形成液相，冷却时转变为玻璃相（常分布于晶界部位）。 结构与作用—烧结体中起粘结作用，粘结晶相，连续分布—填充气孔、烧结体致密化—降低烧结温度，促进烧结—抑制晶体长大、防止晶形转变（低温烧结）—有利于杂质、添加物的重新分布—液相量依陶瓷的用途而定（液相量↑易变形，耐火度↓强度↓介电性↓）—热处理，促进玻璃相晶化—
特种陶瓷制备工艺..
特种陶瓷材料的制备工艺 10材料1班 王俊红，学号：1000501134 摘 要：介绍粉末陶瓷原料的制备技术、特种陶瓷成形工艺、烧结方法。 目前，特种陶瓷中的粉末冶金陶瓷工艺已取得了很大进展，但仍有一些急需解决的问题。 当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成形技术尚未完全突破。 压力成形不能满足形状复杂性和密度均匀性的要求。 多种胶体原位成形工艺，固体无模成形工艺以及气相成形工艺有望促使陶瓷成形工艺获得关键性突破。 关键词：特种陶瓷；成形；烧结；陶瓷材料 前言：陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类， 特种陶瓷是以人工化合物为原料（如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及氟化物等）制成的陶瓷。 它主要用于高温环境、机械、电子、宇航、医学工程等方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。 特种陶瓷作为一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，无论在传统工业领域，还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。 因此研究特种陶瓷制备技术至关重要。 正文：特种陶瓷的生产步骤大致可以分为三步：第一步是陶瓷粉体的制备、第二步是成形，第三步是烧结。 特种陶瓷制备工艺流程图 一、 陶瓷粉体的制备 粉料的制备工艺(是机械研磨方法，还是化学方法)、粉料的性质(粒度大小、形态、尺寸分布、相结构)和成形工艺对烧结时微观结构的形成和发展有着巨大的影响，即粉末制备 坯料制备 成型 干燥 烧结 后处理 热压或热等静压烧结 成品
陶瓷的最终微观组织结构不仅与烧结工艺有关，而且还受粉料性质的影响。由于陶瓷的材料零件制造工艺一体化的特点，使得显微组织结构的优劣不单单影响材料本身的性能，而且还直接影响着制品的性能。陶瓷材料本身具有硬、脆、难变形等特点。因此，陶瓷材料的制备工艺显得更加重要。由于陶瓷材料是采用粉末烧结的方法制造的，而烧结过程主要是沿粉料表面或晶界的固相扩散物质的迁移过程。因此界面和表面的大小起着至关重要的作用。就是说，粉末的粒径是描述粉末品质的最重要的参数。因为粉末粒径越小，表面积越大，单位质量粉末的表面积(比表面积)越大，烧结时进行固相扩散物质迁移的界面就越多，即越容易致密化。制备现代陶瓷材料所用粉末都是亚微米(＜lμm)级超细粉末，且现在已发展到纳米级超细粉。粉末颗粒形状、尺寸分布及相结构对陶瓷的性能也有着显著使组分之间发生固相反应，得到所需的物相。同时，机械球磨混合无法使组分分的影响。粉末制备方法很多，但大体上可以归结为机械研磨法和化学法两个方面。 传统陶瓷粉料的合成方法是固相反应加机械粉碎(球磨)。其过程一般为：将所需要的组分或它们的先驱物用机械球磨方法（干磨、湿磨）进行粉碎并混合。然后在一定的温度下煅烧。由于达不到微观均匀，而且粉末的细度有限（通常很难小于 l μm 而达到亚微米级），因此人们普遍采用化学法得到各种粉末原料。根据起始组分的形态和反应的不同，化学法可分为以下三种类型： 1.固相法： 化合反应法：化合反应一般具有以下的反应结构式： A(s)+B(s)→C(s)+D(g) 两种或两种以上的固态粉末，经混合后在一定的热力学条件和气氛下反应而成为复合物粉末，有时也伴随一些气体逸出。 钛酸钡粉末的合成就是典型的固相化合反应。等摩尔比的钡盐BaCO3和二氧化钛混合物粉末在一定条件下发生如下反应： BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑ 该固相化学反应在空气中加热进行。生成用于PTC制作的钛酸钡盐，放出二氧化碳。但是，该固相化合反应的温度控制必须得当，否则得不到理想的、粉末状钛酸钡。 热分解反应法：
特种陶瓷课程设计论文无压烧结碳化硅陶瓷防弹片生产工艺设计.
北方民族大学课程设计报告 院（部、中心）材料科学与工程学院 姓名王乾象学号 20090167 专业材料科学与工程班级 094 同组人员张中马海浪温润浩海延军 课程名称特种陶瓷材料课程设计 设计题目名称无压烧结碳化硅陶瓷防弹片生产工艺设计起止时间 成绩 指导教师签名 北方民族大学教务处制
目录 一研究背景和意义 (1) 二生产工艺流程 (2) 三原料准备 (3) 3.1原料配比 (3) 3.2各添加剂的作用 (3) 四主要设备及其工作原理、结构和前景 (5) 4.1主要设备 (5) 4.2主要设备的工作原理、结构和前景 (5) 五实验过程 (16) 5.1粉料制备 (16) 5.2素坯成型 (16) 5.3素坯烧结 (17) 5.4 加工 (17) 5.5性能测试 (17) 六数据处理 (18) 七SiC陶瓷生产工艺平面布置图 (20) 八制品缺陷分析 (21) 九小结 (21) 十参考文献 (22)
一研究背景和意义 由于防弹材料用于坦克、自行火炮、直升飞机及单兵防弹服、头盔、防弹盾板等，故要求重量轻，可见防弹材料应具备的特性可概括为：高硬度、高强度、高韧性和低密度，即“三高一低”。对于防弹材料早在古代以采用青铜作铠甲，近代坦克仍然离不开钢甲，但陶瓷的防弹性能明显高于钢甲。这是由于陶瓷的低密度效应、吸能效应、磨损效应和动力学效应等有益于发挥陶瓷材料的抗弹能力。满足以上条件的要属于碳化硅陶瓷了。 还要值得指出的是，穿甲弹丸、碎片等投射物主要依靠其动能来攻击目标，因此对投射物的防御就是如何有效地降低投射物的速度，并消耗其动能；另一个不可忽视的是投射物在撞击和侵彻目标时还产生应力波，在正对弹着点的背面处，往往造成圆锥形的碎裂崩落，则是应力波在背面自由表面反射形成拉伸波所致。 碳化硅（SiC）陶瓷不仅具有优良的常温力学性能，如高的强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩擦系数，而且高温力学性能(强度、抗蠕变性等)是已知陶瓷材料中最佳的。在航空、航天、汽车、机械、石化、冶金和电子等行业得到了广泛的应用。目前，制备高密度SiC陶瓷的方法主要有无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和反应烧结等。无压烧结的材料，其高温强度可一直维持到1600℃，是陶瓷材料中高温强度最好的材料。抗氧化性也是所有非氧化物陶瓷中最好的。SiC陶
特种陶瓷的高压烧结技术
特种陶瓷的高压烧结技术 摘要：特种陶瓷的性能主要取决于其烧结工艺。为获得均一致密的陶瓷结构而发展出各种各样的烧结工艺，每种工艺都有其特有的优势与不足。高压烧结制备功能陶瓷材料可以有效地降低烧结温度，缩短烧结时间，增进致密化，减少污染，提高样品的性能，具有快速、洁净、高致密度的特点。 关键词：特种陶瓷高压烧结 一．特种陶瓷 特种陶瓷，又称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类。在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能，如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能；以及耦合功能，如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。 二．特种陶瓷的烧结 现在特种陶瓷烧结机理已出现了气相烧结、固相烧结、液相烧结及反应液体烧结等四种烧结模式。目前，特种陶瓷的主要烧结方法有:常压烧结法、热压烧结/热等静压烧结法、反应烧结法、液相烧结法、微波烧结法、电弧等离子烧结法、自蔓延烧结法、气相沉积法等。它们材料结构机理与烧结驱动力方式各不相同，尤其传统陶瓷和大部分电子陶瓷烧结依赖于液相形成、粘滞流动和溶解再沉淀过程，而对于高纯、高强结构陶瓷烧结，则以固相烧结为主，它们通过晶界扩散或点阵扩散来达到物质迁移。 三．高压烧结 1.定义 高压烧结就是在给陶瓷粉体或具有一定致密度的坯体加热同时施加很高的压力，以实现陶瓷的压力烧结。与普通常压烧结工艺不同，高压烧结过程中，除了粉末的表面自由能的变化为烧结驱动力外，同时还有外加压力作为烧结驱动力，从而影响了烧结进程。由于烧结驱动力的增大，高压可以使得许多其它方法不能烧结的陶瓷实现烧结;其它方法可以烧结的则可以进一步改善其性能同时降低烧结温度，缩短烧结时间，有利于工艺控制。一般来说，同种陶瓷用普通无压烧结和高压烧结相比，高压的材料密度高，质地要均匀。同时，因为能够在颗粒成长或重新结晶不大可能进行的温度范围达到致密化，所以，高压烧结可以获得由微小晶粒构成的高强度、高密度烧结体。而且，高压的封闭型使得样品不易受到污染，还可减少挥发性物质的挥发，其优点是显而易见的。由于高压工艺的上述特点，尤其是由于现代高技术陶瓷的发展，高压烧结工艺越来越受到人们的重视。 2.原理 高压烧结与热压烧结类似，都是在烧结过程中对试样施加外加压力，但高压烧结压力较热压烧结要大很多。高压烧结中存在普通烧结过程所没有的晶界滑移传质和挤压蠕变传质两种作用。通常情况下，认为烧结过程分为两个阶段：第一阶段，即烧结初期，外加压力首先使颗粒的接触区发生塑性屈服，各类蠕变机制促进物质迁移，同时原子或空位发生体积扩散和晶界扩散，晶界中的位错可能沿晶界攀移，导致晶界滑动。在烧结的第二阶段，上述机制仍然存在，只不过孔洞成为孤立的闭孔，位于晶界相交处。同时，并不排除在晶粒内部存在的微孔。在常压烧结条件下，应力水平不足以使材料全部屈服发生塑性流动，但在高压下，应力水平已足够使材料大部分屈服发生塑性流动。因此，热压烧结和高压烧结之所以能够有效实现陶瓷材料的致密化烧结，主要是因为其与无压烧结相比，烧结驱动力不仅有表而能，还有外部高压提供的额外驱动力，从而促进烧结致密化并降低烧结温度。以上机理可根据默瑞的
特种陶瓷整理版
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。 粉体颗粒：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。 团聚体：由一次颗粒通过表面力吸引或化学键键合形成的颗粒，它是很多一次颗粒的集合体。 胶粒：即胶体颗粒。胶粒尺寸小于100nm，并可在液相中形成稳定胶体而无沉降现象。 6什么是固相法、气相法、液相法，简述工艺流程 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。 固相原料——配料——混合——合成——粉碎——粉体 气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成粉体的方法。 蒸发-凝聚法（PVD）：原料——高温气化——急冷——粉体 蒸发-凝聚法是将原料加热至高温(用电弧或等离子流等加热)，使之气化，接着在电弧焰和等离子焰与冷却环境造成的较大温度梯度条件下急冷，凝聚成微粒状物料的方法。 气相化学反应法(CVD)：金属化合物蒸气——化学反应——粉体 气相化学反应法是挥发性金属化合物的蒸气通过化学反应合成所需物质的方法。 液相合成法也称湿化学法或溶液法。溶液法从均相的溶液出发，将相关组分的溶液按所需的比例进行充分的混合，再通过各种途径将溶质与溶剂分离，得到所需要组分的前驱体，然后将前驱体经过一定的分解合成处理，获得特种陶瓷粉体，可以细分为脱溶剂法、沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等。 溶液制备——溶液混合——脱水——前驱体——分解合成——粉体 7常用的气相法有哪些，各有何特点（3个）
特种陶瓷的制备工艺综述及其发展趋势
特种陶瓷的制备工艺综述及其发展前景 摘要：本文主要介绍了粉末陶瓷原料的制备技术、特种陶瓷成形工艺、烧结方法以及未来的发展趋势。目前，特种陶瓷中的粉末冶金陶瓷工艺已取得了很大进展，但仍有一些面临急需解决的问题。当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成形技术尚未完全突破。压力成形不能满足形状复杂性和密度均匀性的要求。多种胶体原位成形工艺，固体无模成形工艺以及气相成形工艺有望促使陶瓷成形工艺获得关键性突破。 关键词：特种陶瓷；成形；烧结；粉末冶金；陶瓷材料 引言 陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类，特种陶瓷是以人工化合物为原料（如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及氟化物等）制成的陶瓷。它主要用于高温环境、机械、电子、宇航、医学工程等方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。特种陶瓷作为一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，无论在传统工业领域，还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。因此研究特种陶瓷制备技术至关重要。 1 陶瓷原料的制备方法 粉料的制备工艺(是机械研磨方法，还是化学方法)、粉料的性质(粒度大小、形态、尺寸分布、相结构)和成形工艺对烧结时微观结构的形成和发展有着巨大的影响，即陶瓷的最终微观组织结构不仅与烧结工艺有关，而且还受粉料性质的影响。由于陶瓷的材料零件制造工艺一体化的特点，使得显微组织结构的优劣不单单影响材料本身的性能，而且还直接影响着制品的性能。陶瓷材料本身具有硬、脆、难变形等特点。因此，陶瓷材料的制备工艺显得更加重要。 由于陶瓷材料是采用粉末烧结的方法制造的，而烧结过程主要是沿粉料表面或晶界的固相扩散物质的迁移过程。因此界面和表面的大小起着至关重要的作用。就是说，粉末的粒径是描述粉末品质的最重要的参数。因为粉末粒径越小，表面积越大，单位质量粉末的表面积(比表面积)越大，烧结时进行固相扩散物质迁移的界面就越多，即越容易致密化。制备现代陶瓷材料所用粉末都是亚微米(＜lμm)级超细粉末，且现在已发展到纳米级超细粉。粉末颗粒形状、尺寸分布及相结构对陶瓷的性能也有着显著
特种陶瓷教学大纲
《陶瓷工艺学》教学大纲
的物理化学变化。 本章难点：配方计算包括由化学组成计算配方，由实验公式计算配方，由矿物组成计算配方，由分子式计算配方，以及更换原料时的重配计算。可塑泥团的流变特性，陶瓷泥浆的流变特性及影响因素。矿物煅烧时的变化。 第三章釉层的工艺基础（6学时） 3.1 釉料的组成 3.1.1 釉的分类 3.1.2 确定釉料组成的依据 3.1.3 釉料配方的计算 3.2 釉层的形成 3.2.1 釉层形成过程的反应 3.2.2 釉料与坯体的作用 3.2.3 釉层的显微结构 3.3 釉层的性质 3.3.1 釉层的物理化学性质 3.3.2 坯-釉适应性 3.3.3 釉的析晶 本章重点：铅釉，石灰釉，长石釉的主要特性，釉料成分的种类，确定釉料组成的依据，釉料冷却过程的变化，釉的熔融温度范围，釉的粘度与表面张力，釉的化学稳定性，坯釉适应性，釉熔体的析晶过程，影响釉熔体析晶的因素，析晶对釉面光学性质的影响。 本章难点：釉料加热过程的变化，釉层中气泡的产生，釉料与坯体的作用，长石质透明釉，乳浊釉的显微结构，釉的热膨胀性，釉的弹性，釉的硬度，釉的介电性质。 第四章生产过程（16学时） 4.1 原料的处理 4.1.1 原料的精选 4.1.2 原料的预烧 4.1.3 原料的合成 4.2 坯料的制备 4.2.1 坯料的种类和质量要求 4.2.2 原料的细粉碎 4.2.3 泥浆的脱水 4.2.4 造粒及陈腐和真空处理 4.3 陶瓷成型方法与模具 4.4 生坯的干燥 4.4.1 干燥的工艺问题 4.4.2 干燥制度确定 4.4.3 干燥方法 4.5 施釉 4.5.1 釉浆的制备 4.5.2 施釉 4.6 烧成 4.6.1 烧成制度的制订 4.6.2 低温烧成与快速烧成 4.6.3 烧成新方法
特种陶瓷材料
特种陶瓷材料 电气05 黄纯 内容摘要：材料是人类用以制作有用物件的物质，是人类社会进步的物质基础和先导。人类历史的发展无不伴随着材料的发明，应用和发展。从原始社会以来，人类经历了石器时代，青铜时代和铁器时代。现在已经跨进按照人类需要设计材料，合成材料和应用材料的新时代。目前，材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志。 关键词：特种精细陶瓷材料性能形成基础应用发展 陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。陶瓷材料分为普通陶瓷（传统陶瓷）材料和特种陶瓷（现代陶瓷）材料两大类。 普通陶瓷材料采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。 特种陶瓷材料采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应
各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。 人们研究构成陶瓷的陶瓷材料的基础，使陶瓷的概念发生了很大的变化。陶瓷内部的力学性能是与构成陶瓷的材料的化学键结构有关，在形成晶体时能够形成比较强的三维网状结构的化学物质都可以作为陶瓷的材料。这重要包括比较强的离子键的离子化合物，能够形成原子晶体的单质和化合物，以及形成金属晶体的物质。他们都可以作为陶瓷材料。其次人们借鉴三维成键的特点发展了纤维增强复合材料。更进一步拓宽了陶瓷材料的范围。因此陶瓷材料发展成了可以借助三维成键的材料的通称。陶瓷的概念就发展成为可以借助三维成键的材料，通过成型和高温烧结所得到的烧结体。 研究陶瓷的结构和性能的理论的展开：陶瓷材料，内部微结构（微晶晶面作用，多孔多相分布情况）对力学性能的影响得到了发展。材料（光，电，热，磁）性能和成形关系，以及粒度分布，胶着界面的关系也得到发展，陶瓷应当成为承载一定性能物质存在形态。这里应该和量子力学，纳米技术，表面化学等学科关联起来。陶瓷学科成为一个综合学科。 陶瓷材料又称精细陶瓷，它以抗高温、超强度、多功
《硅酸盐工业热工设备(陶瓷)》课程教学大纲
《硅酸盐工业热工设备(陶瓷)》课程教学大纲 一、基本信息 课程编号：01A32205 课程名称：硅酸盐工业热工设备（陶瓷） 英文名称：Thermal Equipment for Silicate Industry (Ceramic) 课程类型: □通识必修课□通识核心课□通识选修课□学科基础课 □专业基础课■专业必修课□专业选修课□实践环节 总学时：32 讲课学时：32 实验学时：0 学分：2.0 适用对象：材料科学与工程（陶瓷方向）本科生 先修课程：热工基础、流体力学、工程制图、材料机械、材料力学等课程。本课程学习时最好与陶瓷工艺学同步进行,或略后于该课程。 课程负责人：刘永杰 二、课程的性质与作用 《硅酸盐工业热工设备（陶瓷）》课是材料科学与工程专业（陶瓷方向）的一门专业必修程，其主要任务是阐明陶瓷工业生产中所用的热工设备—窑炉的结构、作用、工作原理等知识，并及时的介绍一些陶瓷热工设备方面的有关新技术的新成果。使学生对陶瓷工业生产所用热工设备的类型、构造、工作原理、工作参数及性能、用途有全面、系统和深入的理解，熟悉陶瓷工业热工设备设计和使用的知识，了解陶瓷工业热工设备的现状及发展趋势，为后续生产实践和科学实验过程中进行设备选型、使用和维护奠定理论和技术基础。 三、教学目标 通过该课程的学习，使学生掌握陶瓷工业热工设备的用途及作用；热工设备的结构、工作原理与操作方法；陶瓷工业热工设备的设计；掌握各种不同陶瓷工业热工设备的特点、性能及进行优劣比较；了解热工设备的热工测量技术和自动调节知识。使学生具备使用、改进和设计热工设备的初步能力。认识陶瓷工业热工设备对于环境保护、行业发展以及企业效益的重要性，并关注其发展动态和环保理念，能够在以后的生产实践和科学实验过程中正确地进行设备选型、使用、维护和更新。 课程目标与相关毕业要求指标点的对应关系
特种陶瓷的应用与发展
创新实验设计与训练报告
特种陶瓷的应用与发展 摘要：特种陶瓷是二十世纪发展起来的，在现代化生产和科学技术的推动和培育下，它们"繁殖"得非常快，尤其在近二、三十年，新品种层出不穷，令人眼花缭乱。 关键字：特种陶瓷应用发展前景 特种陶瓷，又称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类。在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能，如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能；以及耦合功能，如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。 按照化学组成划分有：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷，其他还有砷化物陶瓷，硒化物陶瓷，碲化物陶瓷等。 除了主要由一种化合物构成的单相陶瓷外，还有由两种或两种以上的化合物构成的复合陶瓷。例如，由氧化铝和氧化镁结合而成的镁铝尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化铝结合而成的氧氮化硅铝陶瓷，由氧化铬、氧化镧和氧化钙结合而成的铬酸镧钙陶瓷，由氧化锆、氧化钛、氧化铅、氧化镧结合而成的锆钛酸铅镧（PLZT）陶瓷等等。此外，有一大类在陶瓷中添加了金属而生成的金属陶瓷，例如氧化物基金属陶瓷，碳化物基金属陶瓷，硼化物基金属陶瓷等，也是现代陶瓷中的重要品种上。近年来，为了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基体中添加了金属纤维和无机纤维，这样构成的纤维补强陶瓷复合材料，是陶瓷家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支。 为了生产、研究和学习上的方便，有时不按化学组成，而根据陶瓷的性能，把它们分为高强度陶瓷，高温陶瓷，高韧性陶瓷，铁电陶瓷，压电陶瓷，电解质陶瓷，半导体陶瓷，电介质陶瓷，光学陶瓷（即透明陶瓷），磁性瓷，耐酸陶瓷和生物陶瓷等等。 随着科学技术的发展，人们可以预期现代陶瓷将会更快地发展，产生更多更新的品种。 特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，如高强度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、光电、电光、声光、磁光等。由于性能特殊，这类陶瓷可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等方面。一些经济发达国家，特别是日本、美国和西欧国家，为了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此特种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。特种陶瓷在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。本世纪初特种陶瓷的国际市场规模预计将达到500亿美元，因此许多科学家预言：特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中，必定会占据十分重要的地位。 特种陶瓷的应用
箱式电阻炉的设计
长春理工大学 热工课程设计说明书题目箱式电阻炉的设计 学院材料科学与工程学院 专业无机非金属材料（建筑材料）班级0706121 姓名向仕君学号18
2009 年7 月5 日 设计任务书 一、题目：箱式电阻炉的设计 二、原始数据： 电路形势：箱式电阻炉 炉膛尺寸：120 ?mm 170 260? 使用温度：1000℃ 表面温度：60℃ 电源电压：220V 三、设计要求： 1、设计认真，积极思考，独立完成，有所创新。 2、设计说明书：一份 思路清晰，论述充分；设计参数选择合理，设计计算步骤完整，结果准确；著名参考文献。 3、设计图纸：2＃图纸1—3张 图画布置合理，比例适当，图画清洁；绘图线
条类型正确，位置准确；尺寸标注正确、齐全。 摘要 本说明书重点阐述箱式电阻炉的具体设计过程。设计过程包括高温炉的简介，炉膛尺寸的确定，材料选择，电阻炉尺寸和结构设计，功率计算，供电电路的选择，电热提的尺寸确定及安装，以及热电偶使用，涉及到热量计算，功率计算，电热元件规格计算。 本设计说明书可供实验电阻和工业电阻炉的维修和设计提供理论参考导和指导。
引言 陶瓷工业在社会主义建设，国防科学和人民生活都占重要的地位，它不仅与人类的日常生活存在密切的关系，而且随着科学技术的发展，已经超越了日用，建筑及一般的工业用途的范围，而应用与电子，原子能等尖端材料中。 生产陶瓷中一个重要的过程就是烧结，烧成时在热工设备中进行的，这里的热工设备指的是窑炉及其附属设备。 窑炉从生产方式上分为间歇式和连续式，按电能转化为热能形式分为：电阻炉，感应炉，电弧炉，等离子炉等，在使用热源上又分为火焰式和电热式。目前，电子陶瓷，高温陶瓷及其他特种陶瓷的生产和科研处于火热期。 在实验中，使用较多的是间歇式的电阻炉。
特种陶瓷概述
特种陶瓷概述 特种陶瓷概述 摘要本文主要叙述了国内特种陶瓷市场发展和生产现状，讲述了相关的制备方法和最新的相关技 术前沿工艺，最后展望了特种陶瓷未来的发 展趋势。 关键词特种陶瓷；市场现状；制备工艺；发展规模 、八、， 刖言 特种陶瓷也称为先进陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷等，突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的界限，主要以氧化物、炭化物、氮化物、硅化物等为主要原料，有时还可以与金属进行复合形成陶瓷金属复合材料，是一种采用现代材料工艺制备的，具有独特和优异性能的陶瓷材料。已成为现代高性能
复合材料的一个研究热点。特种陶瓷于二十世纪发 展起来，在近二、三十年内，新产品不断涌现，在 现代工业技术，特别是在咼技术、新技术领域中的 地位日趋重要。许多科学家预言：特种陶瓷在二^一 世纪的科学技术发展中，必将占据十分重要的地 位。特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它 不同的特殊性质和功能，可作为工程结构材料和功 能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医 学、激光、核反应、宇航等领域。一些经济发达国 家，特别是日本、美国和西欧国家，为了加速新技 术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，投入大 量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此，特 种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。 1.发展现状 1.1市场情况: 与20年前相比，目前我国特陶行业结构变化巨大，私营企业、外资企业的数量和比重迅猛增加，特别是外资企业增长势头迅猛，约占我国全部特陶企业的10%左右。当前在电子陶瓷行业中，股份制和三资企业市场竞争力最强。我国特陶市场的开放和市场规模的潜力，吸引许多国外企业纷纷进入，投资不断增加，规模逐步扩大，其投资模式已从最初的产品输入（经销产品）到生产输入（投资设厂），再到应用研究输入（设立实验室），对我国本土特陶企业带来巨大挑战。 1995年我国特种陶瓷产品销售额80亿元人民币（约合10亿美元），其中电子陶瓷约占70%约56亿元；结构陶瓷占30%约为24亿元。相当于日本的1/9、美国的1/5 ,与欧洲的市场规模相当。2015年，特种陶瓷产品产值达到约450 亿元。 45U 460 400
中国特种陶瓷现状
中国特种陶瓷现状 能源，材料和信息是当代文明的三大支柱。新材料是新技术，新产业赖以形成和发展的基础，特种陶瓷（工程结构陶瓷，电子陶瓷，生物陶瓷）具有电、声、光、磁、热、力学、化学、医学等一种或多种物理，化学功能，在许多场合不论现在或将来都不能为其它材料所取代，已成为用途广泛，迅速发展的新兴产业，各发达国家均投入大量人力，物力研究和开发，竞争十分激烈。美国提出的“先进材料与材料制备”计划，每年用于材料研究工程费高达20~25亿美元，以提高其竞争力，越来越多的国家已意识到，就某种意义上说，谁掌握了高性能材料，谁就掌握了未来的先进技术，另一方面，特种陶瓷材料属技术密集，知识密集的学科，材料的性能不仅与化学组成有关，而且很大程度上取决于材料内部结构,而结构的形成又与材料制备起始状况，工艺过程等密切相关。因此研究开发的特点是要求高，难度大，获取技术和情报困难，引进高级技术，人才十分不易，价格十分昂贵。 当前工程结构陶瓷的研究经历了一段全球“陶瓷热”的鼎盛时期后已逐渐冷静下来，转入深入细致的基础性工作。针对结构陶瓷的弱点之一的脆性，近年来，陶瓷材料科学家围绕提高陶瓷韧性方面进行了许多卓有成就的研究；电子信息正向着集成化，微型化和智能化方向发展，相应地要求电子元器件逐步向微型化、薄膜化、多功能、高效能、高可靠性和高稳定性方向发展；生物陶瓷作为医用材料和金属材料.高分子材料相比，具有生物相容性好的优点，正受到医疗界的重视，已成功用于人造骨，关节，牙齿等。 特种陶瓷种类繁多，本文仅就某些陶瓷材料及其相关问题，提出某些见解进行商讨，以期促进我省，我国特种陶瓷的迅速发展。 1、基础研究和应用基础研究 特种陶瓷材料的开发应用首先依赖于新材料的发现和人工合成。由于现代科学技术的发展，化学与材料科学的发展与有机结合，产生了材料化学，物理与材料科学紧密结合形成了材料物理。近百年来，新化合物、固溶体、多晶型等不断涌现。特种陶瓷领域中，合成化合物及材料特性方面取得了某些重大进展（表1）。 伴随着电子陶瓷元器件向轻、薄、短、小、多功能、高性能、高可靠性、高密度表面组装的发展需要，以及日益激烈的市场竞争,要求高合格率和低成本化，必须加强基础研究和应用基础研究。当前国内虽然有一批知名企业、单位，正从事这方面相关的研究工作，并已取得了长足的进步。但另一方面大都为跟踪研究，很少或缺乏独立自主的基础研究和应用基础研究。例如，有人对纳米材料基本特性尚缺乏应有的认识，就提出许多纳米产品进行误导；又如陶瓷相图研究国外十分重视，它是一项长期艰苦的复杂工作，国内已很少见到这方面的报导；界面物理化学及陶瓷材料设计等方面的工作，由于对仪器设备，计算技术要求高，费用大，国内至今这方面的工作少见报道；机械装备设计，加工制造与
氧化铝陶瓷综述
***********（所属单位）材料科学进展课程设计 学号：******** 专业：******** 学生姓名：*** 任课教师：*** 2011年10月
***********（所属单位）材料科学进展 （小论文） 学号：******* 专业：******* 学生姓名：*** 任课教师：*** 2011年10月
氧化铝陶瓷综述 ***（姓名） *********（所属单位） 摘要：本文简述了氧化铝陶瓷的功能及在各行业的应用，详细论述了氧化铝陶瓷的制备、成型及烧结方法。 关键词：氧化铝陶瓷制备成型烧结应用 以氧化铝(Al2O3)为主要成分的陶瓷称为氧化铝陶瓷。它属于无机非金属材料，具有特殊用途，新的性能，故也称特种陶瓷、高性能陶瓷。氧化铝陶瓷是氧化物陶瓷中应用最广、用途最宽、产销量最大的陶瓷新材料。 1氧化铝的同质多晶变体及其性能简介 根据研究报道，Al2O3有12种同质多晶变体[1]，但应用较多的主要有3种，即α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3，这3种晶体的结构不同，故它们的性质具有 很大的差异[2]。 （1）α-Al2O3是三方晶系，单位晶包是一个尖的菱面体，密度为 3.96～4.01g/cm3，其结构最紧密、化学活性低、高温稳定性好、电学性能优良并且机械性能也最佳，在一定条件下可以由其它的两种晶体转换而来。 （2）β-Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物，密度为 3.30～3.63g/cm3，它的化学组成中含有一定量的碱土金属氧化物和碱金属氧化物，并且还可以呈现离子型导电。 （3）γ-Al2O3是尖晶石型立方结构，在950～1200℃范围内转化为α-Al2O3，密度为3.42～3.47g/cm3。它的氧原子呈立方紧密堆积，铝原子填充在间隙中，这就决定了它在高温下不稳定、力学和电学性能差的缺陷，在科学应用中很少单独制成材料使用。但它有较高的比表面积和较强的化学活性，经过技术改进可以作为吸附材料使用。 由于β-Al2O3和γ-Al2O3在高温(950～1200℃)下易转化为α-Al2O3，而陶瓷的制备又须经高温烧结，所以氧化铝陶瓷是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料。 2氧化铝陶瓷的功能简介 氧化铝陶瓷具有热稳定和化学稳定性，电绝缘性、压电性、耐腐蚀性、化学吸附性、生物适应性、吸声性和透光性等多种有实用价值的性能和功能，见表1。
陶瓷粉末成型技术的工艺与控制
陶瓷粉末成型技术的工艺与控制 2008-11-5 1:29:52 人们总是希望陶瓷制品，尤其是特种陶瓷是均质的，能满足良好的机、电、热、化学或某种特殊性能要求，并能实现生产自动化、质量可控、性能一致性好的规模化生产。为此，首先要实现陶瓷坯体在粉末成型过程中是均质的或接近均质的。采用干粉压制、等静压成型是近世纪才发展起来的新型粉末成型工艺。为了最大限度实现陶瓷坯体均质化，不仅需要有先进的粉末成型设备，而且还有陶瓷粉体制备的质量，即每个单一粉末颗粒是均质的，而且是可控的。 1.实现坯体均质化途径 无论是干粉压制或等静压成型，由于粉末颗粒之间、粉体与模具壁之间，都存在内外摩擦而导致坯体密度分布不均匀，尤其是干粉压制，在压制方向上，压力随高度变化而呈指数衰减，形成一个密度梯度，确实很难达到坯体密度上下一致。其次，粉体本身颗粒为满足压制成型所需的粉末成型特性，需要添加一定量的添加剂，它们在每个单一颗粒中是否均匀，也是影响坯体均质的重要因素。 1.1压制方式 影响压坯密度的因素很复杂，除粉体本身特性外，主要有坯体形状和大小、压制件的侧正面积比、压制压力、模具粗糙度、润滑条件以及压制方式和粉末在模具中运动的摩擦系数等都起重要作用。实践证实等静压成型优于干粉压制，湿等静压优于干袋式等静压。现在国际流行的全自动干粉压机结构上采用强制双向拉下压制的曲柄连杆机构，图1给出典型压制过程中上下模头和凹模的运动轨迹，当上模头和凹模同时向下时实现反压，能最大限度地使坯体各部密度均匀。
图1典型压制过程中上下模头和凹模的运动轨迹 很多制品并非简单的等厚坯件，厚薄不一致，甚至有多个台阶，图2给出异形制品成型时模具各部件在压机中的运动轨迹。达到各部位厚度不一样按成型要求密度分层加料，以求成型后坯体各部位基本一致。关于压制成型技术，应视工件形状选择加料方式、上下模头压制次数、压制线的位置以及是否采用保护脱模，即使是1mm厚的制品，也应采用双面压制，也存在压制线位置，即上下压力的调整，且有利于烧成时坯体平整。有关陶瓷压片机设备使用可参阅有关设备说明书。 1.2粉体制备 无论干粉压制或等静压成型均要求粉料呈颗粒状，有较好的流动性；颗粒有一定的强度，以免在运输和加料过程中破碎；有一定的颗粒级配，加料时实现紧密堆积；具有一定的粘结特性和润滑特性，颗粒之间不应相互粘结等造粒特性。 为了达到上述特性要求，无论采用哪种造粒方式，往陶瓷原料中添加各种辅助材料是必然的，这些材料既不能影响坯料组分，又要求它们能均匀分布在每一个粉末颗粒中，从微观上讲是均质的。辅助材料通常有以下几种： 图2 异形制品成型 时候具备部件在机中的运动轨迹 (1)聚乙烯醇：不要以为喷雾造粒就一定能得到均质的粉体，粘结剂选择与搭配是关键。我们希望粘结剂能均匀分给每个粒子，在颗粒内形成的微观结构是均质化的事实上，如果仅往坯料中加入单一的聚乙烯醇作为结合剂，造粒后颗粒表面坚硬，有凹坑，在压制过程中往往存在大量颗粒间隙，坯体难以密实，这种粉末从颗粒上讲就是非均质的。 (2)水溶性聚合物：陶瓷用粘结剂一般采用水溶性聚合物，经验证明往高聚合度粘结剂材料中添加少量低分子粘结剂混合使用，有利于改善粉料颗粒形状和松装密度。实践证明聚乙烯醇是特性最好的粘合剂，但并不能获得最理想的颗粒形状和松装密度，添加少量水溶性低聚合物，如淀粉类及其衍生物，有较好的效果。
氧化铝陶瓷耐磨轴套课程设计
课程设计 题目：氧化铝陶瓷耐磨轴套设计 设计者：黄淑倩 班级：无机09—2班 指导教师：何秀兰
课程设计报告 一、任务来源 陶瓷套筒——耐磨轴套 在运动部件中，因为长期的磨擦而造成零件的磨损，当轴和孔的间隙磨损到一定程度的时候必须要更换零件，因此设计的时候选用硬度较低、耐磨性较好的材料为轴套或衬套，这样可以减少轴和座的磨损，当轴套或衬套磨损到一定程度进行更换，这样可以节约因更换轴或座的成本。 轴套一般起滑动轴承作用。为了节约材料根据轴承需要的轴向载荷设计轴套的壁厚。轴套有开口和不开口之分，这要根据结构的需要。一般轴套不能承受轴向载荷，或只能承受较小的轴向载荷。或加推力轴承。轴一般是圆的。 轴套一般起轴向定位作用，端部与齿轮轴承等零件以压应力接触． 有时因轴要与密封圈等标准件配合，又要保证中部零件能穿过轴端，就做轴套与密封圈配合轴可以做细以保证零件穿过．轴套用在不同的场合会有不同的用途,可以轴向定位,可以减磨减振,也可以用于将轴与有害介质隔离使轴增寿耐用等 二、性能要求 要求耐磨性好，强度在500MPa左右，断裂韧性为4MPa·m1/2，规格为：直径200mm，壁厚30mm 三、原料选择 按性能要求选择氧化铝为原料： 项目指标 氧化铝[2]含量≥90% 密度≥3.5 g/cm3 洛氏硬度≥80 HRA 抗压强度≥850 Mpa 断裂韧性KΙ C ≥4.8MPa·m1/2 抗弯强度≥290MPa
导热系数 20W/m.K 热膨胀系数：7.2×10-6m/m.K 耐磨陶瓷是以Al2O3为主要原料，以稀有金属氧化物为熔剂，经一千七百度高温焙烧而成的特种刚玉陶瓷，再分别用特种橡胶和高强度的有机/无机粘合剂组合而成的产品。 工业Al2O3，是由铝矾土(Al2O·3H20)和硬水铝石制备的，对于纯度要求高的Al2O3，一般用化学方法来制备。 Al2O3有许多同质异晶体，目前已知的有10多种，主要有3种晶型，即阿尔法Al2O3 、贝塔Al2O3 、伽马Al2O3 。其结构不同性质也不同，在1300℃以上的高温时几乎完全转化为阿尔法Al2O3。 四、工艺流程 氧化铝陶瓷是一种以Al2O3为主晶相的陶瓷材料，其氧化铝含量一般在75％～99％之间。习惯上以配料中氧化铝的含量进行分类，氧化铝含量在75％左右的为"75瓷”，含量在99％的为“99瓷”等。刚玉·莫来石瓷的氧化铝含量在70％以上，刚玉瓷的氧化铝含量在90％以上，一般刚玉瓷和刚玉—莫来石瓷称为氧化铝瓷。 氧化铝陶瓷根据不同类型、不同性能要求，以及产品的不同形状、大小和厚薄等，制造方法也有所不同，但大体经过下列工
铸造工艺课程设计
目录 绪论 (1) 1.铸造工艺方案的确定 (2) 1.1零件结构工艺性分析 (2) 1.1.1零件基本信息及技术要求 (2) 1.1.2零件结构组成分析 (2) 1.1.3零件所用材质性能分析 (2) 1.1.4零件结构工艺总结 (3) 1.2造型方法与铸型种类的选择 (3) 1.2.1造型方法 (3) 1.2.2铸型种类 (3) 1.3砂芯种类与制芯方法的选择 (4) 1.3.1砂芯种类的选择 (4) 1.3.2制芯方法的选择 (5) 1.4分型面和浇注位置确定 (5) 1.4.1分型面的确定 (5) 1.4.2浇注位置的确定 (6) 2.铸造工艺参数的确定 (6) 2.1尺寸公差和加工余量公差的确定 (6) 2.1.1尺寸公差的确定 (6) 2.1.2加工余量公差的确定 (7) 2.2机械加工余量和铸件基本尺寸的确定 (7) 2.2.1机械加工余量的确定 (7) 2.2.2铸件基本尺寸的确定 (8) 2.3收缩率和起模斜度的确定 (8) 2.3.1收缩率的确定 (8) 2.3.2起模斜度的确定 (9) 2.4其它工艺参数的确定 (10) 3.砂芯设计 (10) 3.1砂芯的基本知识 (10) 3.2芯头设计 (10) 3.3型芯尺寸的确定 (11) 4.浇注系统设计 (12) 4.1浇注系统的作用 (12) 4.2浇注系统类型的选择 (12) 4.3浇注时间的确定 (12) 4.4阻流元（内浇道）截面的计算 (12) 4.5各浇道截面比例关系，截面形状及尺寸的确定 (13) 4.6浇注系统图 (13) 5.冒口冷铁设计 (14) 5.1冒口的设计 (14)
5.2冷铁的设计 (14) 6.铸造工艺设备设计 (14) 6.1工艺装备的基础知识 (14) 6.2工艺装备的选用 (15) 6.2.1模样的选用 (15) 6.2.2模板的选用 (15) 6.2.3芯盒的选用 (16) 6.2.4砂箱的选用 (16) 7.铸型的装配 (17) 7.1铸型的装配 (17) 7.2铸型的紧固 (17) 8. 结论 (18) 9. 附录1.铸造工艺图 (18) 参考文献 (19)
第九章 陶瓷的烧结原理及工艺
第九章 陶瓷的烧结原理及工艺 1.烧结通常是指在高温作用下粉粒集合体（坯体）表面积减少，气孔率降低、致密度提高、颗粒间接触面积加大以及机械强度提高的过程。 2.陶瓷的烧结可以分为气相烧结、固相烧结、液相烧结 若物质的蒸汽压较高，以气相传质为主，叫做气相烧结； 若物质的蒸汽压较低，烧结以固相扩散为主，叫固相烧结； 有些物质因杂质存在或人为添加物在烧结过程中有液相出现，称为液相烧结； 3.烧结过程中的物质的传递即传质过程，包括：（1）蒸发和凝聚；（2）扩散；（3）粘性流动； （4）塑性流变；（5）溶解和沉淀 a 、气相传质（气相烧结）……公式要记住 气相烧结中的传质过程主要是蒸发和凝聚 b 、固相传质（固相烧结）………….. 公式要记住 目前公认的机制有（1）扩散机制；（2）粘滞性流动和塑性流变 c 、液相传质（液相烧结） s 与s 0分别为颗粒和大块物质的溶解度； γsl 为液固表面张力； V 0为摩尔体积；r 为颗粒半径 液相烧结可以分成三个阶段: (1)在成形体中形成具有流动性的液相，并在表面张力的作用下，使固体颗粒以更紧密方式重新排列的粘滞流动过程，称为重排过程； (2)通过颗粒向液相中溶解和重新淀析而发生致密度增大的阶段，称为溶解与沉淀过程； (3)液相的重新结晶和颗粒长大，最终形成固相陶瓷-凝结过程 二、影响烧结的因素 烧结时间,颗粒半径,气泡和晶界,杂质及添加剂 烧结促进剂、烧结阻滞剂、反应接触剂或矿化剂,烧结气氛 氧化性气氛、中性气氛、还原性气氛 9.2陶瓷的烧结方法 1、根据烧结时是否有外界加压可以将烧结方法分为常压烧结和压力烧结 常压烧结又称为普通烧结，指在通常的大气条件下无须加压进行烧结的方法（传统陶瓷大都在隧道窑中进行烧结，而特种陶瓷大都在电窑中烧成） 压力烧结可以分为热压烧结和热等静压烧结 a 、热压烧结是指在粉体加热时进行加压，以增大粉体颗粒间的接触应力，加大致 密化的动力，使颗粒通过塑性流动进行重新排列，改善堆积状况。 b 、热等静压烧结工艺是将粉体压坯或将装入包套的粉料放入高压容器中，在高温 和均衡的气体压力作用下，将其烧结为致密的陶瓷体。 2、根据烧结时是否有气氛可以将烧结方法分为普通烧结和气氛烧结 3、根据烧结时坯体内部的状态可以分为气相烧结、固相烧结、液相烧结、活化烧结,反 应烧结 反应烧结是通过多孔坯件同气相或液相发生反应，使坯体的质量增加、气孔率减少并烧结成具有一定强度和尺寸精度的成品的一种烧结工艺 9.3 陶瓷烧结后的处理 rRT V s s sl 0 02γ=ln