特种陶瓷复习题.doc

1特种陶瓷复习参考题特种陶瓷复习参考题1．． 特种陶瓷：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，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． 说明说明 Al2O3陶瓷的晶型，各种晶型的结构陶瓷的晶型，各种晶型的结构 Al2O3同质异晶体主要的三种：α- Al2O3，β- Al2O3，γ- Al2O31300℃以上的高温几乎 完全转变为 α- Al2O3 γ- Al2O3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- Al2O3是一种 Al2O3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层和类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧离子排列成立方密堆积，[]NaO 1112[]Al O完全包含在垂直于 C 轴的松散堆积平面内。

α- Al2O3属三方晶系，单位晶胞是一个尖Na的菱面体 3．． 说明说明 Al2O3的预烧的目的，并说明哪些因素对预烧的影响的预烧的目的，并说明哪些因素对预烧的影响 预烧的目的：一是使 γ- Al2O3全部转变为 α- Al2O3，减少烧成收缩，二是可以排除 Al2O3原料中的 Na2O，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- Al2O3，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 Al2O3，其 Na2O 的含量不同 4．． 简要说明简要说明 Al2O3瓷的生产工艺过程瓷的生产工艺过程 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∙ Al2O3尖晶 石相在 Al2O3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，Al2O3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 Al2O3坯体，气孔比较容易排除，从而提高其透光率 6．简述．简述 MgO 陶瓷的主要制造工艺过程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2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．说明 ZrO2的结晶形态和晶型转化的结晶形态和晶型转化在不同温度下 ZrO2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-四方-立方-液相1170 2ZrOC o2370 2ZrOC o2715 2ZrOC o8．非氧化物陶瓷：．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．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 Al2O3、AlN、BN、B4C、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．说明 Si3N4的两种晶型及晶型转变的两种晶型及晶型转变α- Si3N4是针状结晶体；β- Si3N4是颗粒状结晶体两者均属六方晶系都是四4[]SiO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四面体组成的六4[]SiO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- Si3N4，而在 1450℃左右 氮化时，可得到 β- Si3N4。

α- Si3N4在 1400~1600℃下加热，会转变成 β- Si3N4α→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．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 Si3N4在生产工艺中的要求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 Si3N4粉料 （2）添加剂：采用复合添加剂，如同时加入 Y2O3、Al2O3对促进烧结的提高产品的商 温性能是有利的3（3）烧结气氛：在温度为 1900~2100℃时，相应的 N2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 Si3N4：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、Y2O3、Al2O3、AlN、La2O3、TiO2、Mg3N2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 Si3N4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 陶瓷陶瓷 金属氧化物在金属氮化物中的固溶体， 即在 Si3N4- Al2O3系统中存在 β- Si3N4的固溶 体这是由 Al2O3的 Al、O 原子部分地置换了 Si3N4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： x 为 O 原子置换 N 原子数6 0.750.678xzxxSiAlO N13．功能陶瓷．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．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．说明在制备刚玉——莫来石瓷过程中，各种组分的作用莫来石瓷过程中，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 Al2O3、SiO2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 Al2O3生成镁铝尖晶石 在 Al2O3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 Al2O3、SiO2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 SiO2和 MgO·SiO2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 CO2，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 Al2O3、SiO2等生成低熔点的钡玻璃，有利于瓷坯的烧结 15．简述刚玉．简述刚玉——莫来石瓷的生产工艺过程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4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。