陶瓷工艺学名词解释

流延成型：将粉体加入粘合剂混合成浆料，再把浆料放入流延机的料斗中，流经薄膜载体上，形成膜坯。

梯度陶瓷材料：在同一材料内不同方向上由一种功能逐渐连续分布为另一种功能的材料称为梯度材料。

生物活性陶瓷：能在材料界面上诱发特殊生物反应，从而在材料和组织间形成化学键性结合的生物陶瓷。

功能陶瓷：指具有电、磁、光、超导、声、生物、化学（答出7个中的5个）等及其功能转换的陶瓷。

压电陶瓷：由机械能转变为电能或电能转变为机械能的某些陶瓷

微裂纹增韧：陶瓷材料中存在许多小于临界尺寸的微纹，这些微裂纹在负载作用下是非扩展性的，但大的裂纹在扩展中遇到这些裂纹时，使扩展裂纹转向，吸收能量，起到提高韧性的作用，称为微裂纹增韧。

反应烧结：通过多孔坯体同气相或液相发生化学反应，从而使坯体质量增加，孔隙减小，并烧结成为具有一定强度和尺寸精度的成品的工艺。

PTC陶瓷：具有正的温度系数的陶瓷材料（或随温度升高，陶瓷材料的电阻率增大的陶瓷材料）

热释电陶瓷：因温度而引起表面电荷变化的陶瓷（某些陶瓷）。

表面强化韧化：由于氧化锆四方晶向单斜晶转变产生的体积膨胀，从而使表面产生压应力，起到强化和韧化的作用。

低膨胀陶瓷材料：指膨胀系数的绝对值小于2×10-6/℃的陶瓷材料。

敏感陶瓷材料：当作用于由这些材料制造的元件上的某一个外界条件，如温度、压力、湿度、气氛、电场、光及射线等改变时，能引起该材料某种物理性能的变化，从而能从这种元件上准确迅速地获得有用的信号。

反应烧结：通过多孔坯体同气相或液相发生化学反应，坯体质量增加，孔隙率减小，并烧结成为具有一定强度和尺寸精度的成品的工艺。

压电效应：向压电陶瓷施加机械应力或电场后，在压电陶瓷的表面出现电荷或陶瓷沿极化方向发生形变，这种现象称为压电效应。

PTC效应：正温度系数效应，即陶瓷材料的体积电阻率随温度升高而升高的特性。具缓变型、突变型等等。

人工极化：人工极化就是在电场作用下使材料内的电畴沿电场方向取向的过程，其结果是材料内部的正负电荷中心产生偏离而出现极化。而没有施加外电场的情况下，材料内部自行产生极化的现象称自发极化。

特种陶瓷：不同于传统日用、建筑卫生陶瓷的用于现代工业、高科技技术领域的陶瓷材料，亦称先进陶瓷、高技术陶瓷或精细陶瓷等。包括利用其力学、高温性能等的结构陶瓷与及利用其特殊功能的功能陶瓷等等。

蜂窝陶瓷：有规范的孔结构的陶瓷材料，主要利用其特殊的孔型结构，起到过滤、隔热、隔音、抗热震性等等性能的一类陶瓷材料。

95氧化铝陶瓷：以刚玉为主晶相，氧化铝含量在95%左右的陶瓷材料，具备优良的力学性能、热学性能及其它功能性。

PTCR：正温度系数热敏电阻。是指具有电阻率随温度升高开始逐渐下降，达某一温度后，电阻率突然大幅度上升的特性的材料

功能陶瓷：利用材料的力学之外的性能的一类陶瓷材料，能表现出优异的电学性能、磁学性能、光学性能等。如压电、热释电、热敏、气敏、湿敏、光敏、磁敏等以及其功能的耦合等等。

复合材料：由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。既保留原组成材料的重要特点，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。这种材料称复合材料。

部分稳定氧化锆陶瓷：是指在氧化锆中添加适量的可形成固溶体的氧化钇等物质，稳定四方氧化锆晶体不相变。从而在室温得到不相变的四方和立方氧化锆的混合物，称为部分稳定氧化锆。这种材料称部分稳定氧化锆。简称PSZ。

压电陶瓷：向压电陶瓷施加机械应力或电场后，在压电陶瓷的表面出现电荷或陶瓷沿极化方向发生形变，这种现象称为压电效应。具有压电效应的陶瓷称压电陶瓷。

1特种陶瓷成型工艺主要有模压或干压、等静压、热压注、注浆、挤压、轧膜等中四个。

2陶瓷脆性改善的方法有纳米复相、相变增韧、纤维补强

3氧化物和非氧化物陶瓷的硬度大，是因其晶体化学键多属离子键和共价键

4含锆的矿石，在自然界主要有斜锆石和锆英石

5热敏陶瓷按R—T特性可分为NTC、PTC、临界、线性

6烧成制度包括升温速率、最高烧成温度、保温时间、冷却速度。

7制作高强度、高韧性复合材料应满足采用高强度、高模量的纤维或晶须；在制

备条件下纤维或晶须的性能不退化；纤维或晶须与基体不发生化学反应；热膨胀系数要匹配，纤维的膨胀系数应略大于基体膨胀系数；纤维与基体间的结合力要适中，以达到拔出效应。

8压电陶瓷人工极化过程中，初期是180°畴转向。

9绝缘陶瓷材料主要强调该材料具有高的体积电阻率。

10生物惰性陶瓷包括：氧化铝单晶或陶瓷、氧化锆、微晶玻璃三大类。

11烧结机制包括蒸发和凝聚、扩散、粘滞流动与塑性流动、溶解与沉淀。

12钎维补强基复合材料的补强韧化机理是负载传递；预应力效应；拔出效应；微裂纹化能量吸收；裂纹转向。

13铁电陶瓷在居里点以下具有自发极化。

14大容量电容器陶瓷材料要求具有高的介电常数。

15生物活性陶瓷包括：羟基磷灰石、生物活性玻璃、生物降解陶瓷三大类。

16按用途和性能分，陶瓷包括传统陶瓷与特种陶瓷两大类。

17结构陶瓷材料种类有很多，如氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷等等。

18复合材料主要由基体和增强体两部分组成。

19氧化铝陶瓷主要有三种晶型，分别是α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3

20流延成形和轧膜成形是薄片状陶瓷坯体常见的成形方法。

21绝缘陶瓷有多项性能要求，一般要有高的体积电阻率、高的抗电强度、低的介电常数、低的介质损耗、满足要求的力学强度。

22按不同的材料分，电容器的类型有很多种，非铁电电容器、铁电陶瓷电容器、半导体电容器等等是常见的三种类型。

23所谓半导化，是指在禁带中形成附加能级，即施主能级和受主能级

24结构陶瓷包括氧化物陶瓷与非氧化物陶瓷两大类。

25敏感陶瓷种类繁多，如压敏、热敏、湿敏、气敏、光敏、磁敏感等等就是典型的敏感陶瓷。

26陶瓷材料脆性断裂往往表现为瞬间、无先兆和暴发式断裂。

27陶瓷烧结的传质机理主要有蒸发-凝聚、扩散、粘滞流动和塑性流动、溶解-沉淀

28从材料的极化性能看，铁电陶瓷材料和非铁电陶瓷材料是常见的电容器陶瓷材料。

29氧化铝和氧化锆是两类典型的氧化物陶瓷材料。

30分散剂、粘结剂、悬浮剂、增塑剂、溶剂等流延成形浆料中常见的添加剂。31铁氧体磁性陶瓷的主要晶型有尖晶石型，磁铅石型和石榴石型三种

32特种陶瓷包括结构陶瓷功能陶瓷两大类。

33功能陶瓷种类多，如绝缘陶瓷、电容器陶瓷、压电陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷等就是典型的功能陶瓷。

34氧化锆陶瓷主要晶型有单斜氧化锆、四方氧化锆和立方氧化锆三种。

35特种陶瓷常见的成形方法有干压成形、等静压成形、热压铸成形、轧膜成形、挤制成形等等。

36掺杂和强制还原陶瓷半导化的两个有效途径。

37非氧化物陶瓷有多种，碳化物陶瓷和氮化物陶瓷是两个典型。

38瘠性料的塑化主要加入粘结剂、增塑剂和溶剂三种添加剂。

39生物陶瓷的主要类型有生物惰性陶瓷，生物活性陶瓷和诊断陶瓷三种。

四、问答题(每小题6分，共18分)

1、陶瓷材料制成PTC陶瓷材料有哪几个条件？

答：①晶粒半导化②晶界适当绝缘化

2、固相烧结的推动力是什么？如何实现特种陶瓷的低温烧结？

答：推动力是毛细管压力。实现方法：①引入添加剂、②压力烧结、

③使用易于烧结的粉料

3、制作高强度、高韧性复合材料应满足哪些要求？

答：①采用高强度、高模量的纤维或晶须；②在制备条件下纤维或晶须的性能不退化；③纤维或晶须与基体不发生化学反应；④热膨胀系数要匹配，纤维的膨胀系数应略大于基体膨胀系数；⑤纤维与基体间的结合力要适中，以达到拔出效应。

4、锆钛酸铅压电陶瓷的配方组成点为什么一般选取在Zr/Ti=55/45处？

答案要点：PZT系压电陶瓷，压电性好。相界附近为两相共存区，铁电离子极易极化，Kp值高；且相界为一直线，性能不随温度而变化。

5、添加剂对烧结所起的作用。

添加剂对烧结所起的作用，有以下几个方面:(1)改变点缺陷浓度，从而改变某种离子的扩散系数；(2)在晶界附近富集，影响晶界的迁移速率，从而减少晶粒长大的干扰作用；(3)提高表面能/界面能比值，直接提高致密化的动力；(4)在晶界形成连续第二相，为原子扩散提供快速途径；(5)第二相在晶界的钉扎作用，阻碍晶界迁移。

6、铁氧体材料的主要晶体结构类型有哪三种？按矫顽力可分为哪两类？

尖晶石磁铅石和石榴石型。按矫顽力大小分为软磁和硬磁两类。

7、PTC陶瓷材料配方中常引入的添加剂有哪几类？

答：1）施主掺杂半导化添加剂；2）移动居里点的移峰剂；3）使晶界适度绝缘

的添加剂；4）形成玻璃相吸收杂质的添加剂；[注：多回答不扣分]

8.改善陶瓷脆性及强化陶瓷的主要途径有哪些？

答：主要途径有：①氧化锆相变增韧；②纤维（晶须）补强增韧；③纳米陶瓷增强增韧；④微裂纹增韧；⑤颗粒弥散补强增韧。（答前3种亦可）

9、铁氧体的成型方法有哪些？（至少列出5种）

答：1、干压成型成型；2热压铸成型；3冲压成型；4注浆成型；5挤压成型；6磁场成型。

1、叙述热压铸成型95氧化铝陶瓷材料生产工艺，并说明各工艺要点。（12分）答一、生产工艺：原料锻烧--配方--球磨—真空和蜡制蜡饼—化蜡饼—热压铸成型—排蜡—烧成

二、工艺要点：①原料锻烧—使γ－Al2O3氧化铝转化为α－Al2O3。加入硼酸，1450℃形成硼酸钠挥发除钠，纯化氧化铝；减少烧成收缩；减少石蜡用量。

②配方—达到氧化铝含量为95wt%左右。镁系、钙系配方。③球磨—干磨，利于和蜡。加入油酸助磨。30-40小时。④真空和蜡制蜡饼—热料倒入蜡浆中，充分搅拌，排除空气。⑤化蜡饼—70-100℃将蜡饼加热熔化成熔体。⑥热压铸成型—蜡浆倒入热压铸机，空气压力下将热浆压入冷钢模中，快速冷凝成型。⑦排蜡—蜡坯埋入吸附剂中，慢速升温将石蜡排除。⑧烧成1580-1650 ℃下烧成。10.非铁电电容器陶瓷中，含钛陶瓷的生产过程中应注意哪些问题？（12分）答：钛是一种变价金属元素，其外层电子为3d2，和4S2，由于4s层能级更低，更稳定，从而3d层更易失去电子，这样，Ti4+离子便容易获得电子被还原为Ti3+，Ti2+。在金红石瓷烧结过程中，如果氧气不足，则会出现Ti2O3或TiO，结果造成在O2-的节点上出现空位，或出现Ti4+离子的填隙缺陷结构，这些正电中心捕获结合松弛的多余电子而满足了电中性的平衡状况。当受到较低能量激发后，松弛电子则易于跃迁至导带，形成电子导带而使含钛陶瓷介电性能恶化。

因此，在含钛陶瓷的烧结过程中应保持氧化气氛烧结。

11.压电陶瓷的生产工艺过程包含哪些？各工艺过程应注意哪些问题？（13分）

答：压电陶瓷的主要工艺过程包括：配料，球磨，干燥，预烧，二次球磨，干燥，造粒，成型，排塑，烧结，精修，上电极，烧银，极化，性能测试。

a配料要准确；

b球磨要达到细度要求；

c预烧要使原料充分反应合成所需要的晶体结构，但预烧温度不能太高，否则会增加第二次球磨的难度。

d成型之前要在粉体中加入粘结剂，便于成型。但在烧结之前要将这些粘结剂排除，否则会降低坯体的密度，因此在烧结之前要将坯体升温到800℃左右，这个过程称为排塑。

e烧结要在适当的温度下进行，保持适当的烧结气氛。

f上电极一般要将银电极升温烧结覆盖在陶瓷的表面上。

g极化：可以在适当的温度下极化，极化电场不能太高，否则会使瓷片击穿，但也不宜过低，否则极化不能完全。

12. 绝缘陶瓷的主要性能要求有哪些？（12分）

答:1、应力诱导微裂纹增韧机理：---------------- 。

2、微裂纹增韧机理：---------------------------。

13、试写出压电陶瓷生产工艺，并说明各工艺要点。（12分）

答：压电陶瓷的主要工艺过程包括：配料，球磨，干燥，预烧，二次球磨，干燥，造粒，成型，排塑，烧结，精修，上电极，烧银，极化，性能测试。

a配料要准确；

b球磨要达到细度要求；

c预烧要使原料充分反应合成所需要的晶体结构，但预烧温度不能太高，否则会增加第二次球磨的难度。

d成型之前要在粉体中加入粘结剂，便于成型。但在烧结之前要将这些粘结剂排除，否则会降低坯体的密度，因此在烧结之前要将坯体升温到800℃左右，这个过程称为排塑。

e烧结要在适当的温度下进行，保持适当的烧结气氛。

f上电极一般要将银电极升温烧结覆盖在陶瓷的表面上。

g极化：可以在适当的温度下极化，极化电场不能太高，否则会使瓷片击穿，但也不宜过低，否则极化不能完全。

14、试写出氧化铝陶瓷热压铸生产工艺，并说明各工艺要点。（12分）

答案要点：一、生产工艺：

原料锻烧--配方--球磨—真空和蜡制蜡饼—化蜡饼—热压铸成型—排蜡—烧成二、工艺要点：

①原料锻烧—使γ－Al2O3氧化铝转化为α－Al2O3。加入硼酸，1450℃形成硼酸钠挥发除钠，纯化氧化铝；减少烧成收缩；减少石蜡用量。

②配方—达到氧化铝含量为95wt%左右。镁系、钙系配方。③球磨—干磨，利于和蜡。加入油酸助磨。30-40小时。④真空和蜡制蜡饼—热料倒入蜡浆中，充分搅拌，排除空气。⑤化蜡饼—70-100℃将蜡饼加热熔化成熔体。⑥热压铸成型—蜡浆倒入热压铸机，空气压力下将热浆压入冷钢模中，快速冷凝成型。⑦排蜡—蜡坯埋入吸附剂中，慢速升温将石蜡排除。⑧烧成1580-1650 ℃下烧成。15、在PTC陶瓷生产中常引入的添加剂有哪些？各有何作用（12分）

答：1）施主掺杂半导化添加剂；使晶体充分半导化2）移动居里点的移峰剂；将钛酸钡的温度突跳点移到达到满足使用要求的温度附近3）使晶界适度绝缘的添加剂；是PTC效应产生的必要条件4）形成玻璃相吸收杂质的添加剂；净化主晶格，使晶体半导化得以实现[注：多回答不扣分]

16、试叙述纤维增韧补强陶瓷的对纤维与基体的要求，说明为什么。（13分）1）高强度、高模量的纤维或晶须（均大于基体材料），才能增韧补强

2）在复合材料制备条件（如温度和气氛）下，纤维或晶须性能不退化。材料性

能整体不退化。

3）纤维或晶须与基体不发生化学反应。才能产生更好的性能

4）热膨胀系数匹配，最好是αf适当大于αm，受到压应力。

5）在复合材料中，纤维与基体间的结合力以达到这样的程度为宜，即保证基体应力向纤维上的有效传递，又能使纤维从基体中有足够长度的拨出。效果最好。

17、试写出单片陶瓷电容器生产工艺，并说明各工艺要点。（12分）

配料---球磨---预烧---成形----烧成----被银----烧银----焊引线----包封---测试

要点说明

18、试写出氧化铝陶瓷基片生产工艺，并说明各工艺要点。（12分）

配料---制浆----流延成形---冲片切割----排胶---烧成---整形

要点说明

19、准同型相界？压电陶瓷配方为何选择在锆/钛比为55/45处的相界线上？（12分）

答：在PZT压电陶瓷的相图中，在低于居里温度下存在一条不同晶体结构的分界线，这条分界线称为晶相界，也称为准同型相界。

对于PZT压电陶瓷选择在准同型的原因是在准同型相界附近的压电陶瓷具有优异的压电性能，如较大的压电常数和极大的介电常数和机电耦合系数等。主要原因是因为在相界处成分的晶体结构属于四方－菱方两相过渡的特殊情况，此时两相共存，在电场或外力作用下发生形变时，晶格结构能够发生相变，有利于自发极化的方向，或者说有利于钛离子和氧离子之间的位移，因此在准同型相界附近，压电陶瓷的介电常数和机电耦合系数能够达到极大值。

20、试叙述氧化锆增韧机理。（13分）

答：1）应力诱导微裂纹增韧-------(1) ZrO2颗粒弥散在其它陶瓷基体中，由于两者具有不同的热膨胀系数，在冷却过程中，ZrO2颗料周围则有不同的受力情况，当它受基体的压抑，ZrO2的相变受抑制。

(2) ZrO2其相变温度随着颗粒尺寸的降低而下降，一直可以降到室温以下。当基体对ZrO2颗粒有足够的压应力，而ZrO2颗粒度又足够小，则其相变温度可降至室温以下，这样在室温是仍可以保持四方相。

(3) 当材料受到外应力时，基体对ZrO2的压抑作用得到松驰，颗粒即发生四方相到单斜相的转变，并在基体中引起微裂纹，从而吸收了主裂纹扩展的能量，达到增韧的效果。

2）微裂纹增韧------- t-ZrO2向m-ZrO2转变时的体积变化，在转变粒子的周围形成许多小于临界尺寸的微裂纹。这些微裂纹在负载作用下是非扩展性的，因此并不降低材料的强度。当大的裂纹在负载作用下扩展遇到这些微裂纹时，将诱发新的相变，并使扩展裂纹转向而吸收能量，起到提高K1C值的作用。这种韧化机制叫微裂纹增韧机制。

3）表面强韧化-------由于烧结体表面不存在基体的约束，因此t-ZrO2容易转变成m-ZrO2。而内部的四方晶由于受到来自基体各方面的压力而保持亚稳态。因此表面的单斜晶比内部多。由于四方晶向单斜晶转变产生的体积膨胀，从而使表面产生压应力

五、计算题(10′×2=20′)

1、某一电容器陶瓷配方是:0.64BaTi4O9+0.36ZnO+0.5wt%MnCO3,以BaCO3，TiO2，ZnO，MnCO3为原料，试计算其各原料的重量百分比？(原子量:Ti为47.88, O为16,Ba为137.33,Zn为65.39,C为12)

1解：BaCO3分子量：197.33；TiO2分子量为79.88；ZnO分子量为81.39。

BaCO3 + 4TiO2 →BaTi4O9 + CO2

摩尔数0.64 4*0.64 （ZnO）0.36

质量0.64*197.33 4*0.64*79.87 0.36*8

126.29 204.47 29.6 加和360.06

质量百分比35.1 56.8 8.1 外加0.5wt%MnCO3 2、已知某坯料的化学组成如表所示：

料百分组成。设各种原料为纯原料，其理论组成分别为碳酸钙（CaO56.03%、CO243.97%）、滑石（MgO31.7%、SiO263.5%、H2O4.8%），苏州高岭土（Al2O339.5%、SiO246.5%、H2O14%）。

答: 采用消元法计算