您的当前位置:首页正文

无机材料概论

2023-11-24 来源:客趣旅游网
玻璃:

1. 名词解释:桥氧、非桥氧、配位数。

桥氧:玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧离子,即起“桥梁”作用的氧离子. 非桥氧:仅与一个成网离子相键连,而不被两个成网多面体所共的氧离子则为非桥氧. 配位数:直接同中心离子(或原子)配位的原子数目叫中心离子(或原子)的配位数。 2. 了解硅酸盐结构形态与桥氧与非桥氧之间的关系。

在无机非金属材料中,硅酸盐晶体结构有一个共同的特点,即均具有[SiO4]四面体,并遵循由此导出的硅酸盐结构定律。[PO4]四面体,[BO4]四面体,[BO3]三角体,[AlO4]四面体,[AlO6]八面体。

硅酸盐矿物的晶体结构中,最基本的结构单元是Si—O络阴离子.除硅灰石膏结构中 Si4+具有6次配位,形成Si—O6配位八面体而属于六氧硅酸盐外,其他所有硅酸盐矿物都属于四氧硅酸盐。其Si4+具有4次配位,形成Si-O4配位四面体。这样的硅氧四面体在结构中可以孤立地存在,彼此间由其他金属阳离子来连接。但硅氧四面体间经常还可通过共用角顶上的O2-(称为桥氧)而相互连接,从而构成四面体群、环、链、层和架等不同连接形式的所谓硅氧骨干。硅氧骨干与硅氧骨干之间再借助于其他金属阳离子来连接。

3. 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?

1)具有比金属键和纯共价键稳定的离子键和混合键——脆性. 2)比金属的晶体结构复杂,没有自由电子。

3)熔点高,硬度高,脆性大,透明度高,导电性低,抗化学腐蚀能力强。 4)绝大多数是绝缘体,导热系数低,受热变形小. 4. 什么是玻璃态物质的四个通性?解释之。 1)各向同性

玻璃体的任何方向具有相同性质。就是说,玻璃态物质各个方向的硬度、弹性模量、热膨胀系数、热传导系数、折射率、导电率等都是相同的。

2)介稳性

玻璃处于介稳状态,就是说,从熔体冷却或其他方法形成玻璃时,系统所含的内能并不处于最低值。当玻璃从液态向固态转化时,玻璃的内能大于同组成晶体的内能,玻璃的体积大于同组成晶体的体积.从热力学的观点看,玻璃态是不稳定的,但从动力学的观点看,它又是稳定的.

3)性质变化的连续性和渐变性

在玻璃形成范围内,成分可以连续变化。因此在大部分情况下,玻璃的一些物理性质是玻璃中所含各氧化物特定的部分性质之和。

4)没有固定的熔点

玻璃在固态和熔融态间的转化是可逆的,没有固定的熔点.它由液态到固态是一个连续渐变的过程。

5. Tg—Tf玻璃转变温度区域的含义,及对玻璃结构、性质的研究有何意义?

1)Tg—Tf区域称为玻璃转变温度范围。Tg—转变温度(转变点),Tf—软化温度(软化点)。

2)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。

3)固态玻璃的性质是相对的,并不是一个常数。它与Tg—Tf区域的玻璃冷却速度有关.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.

4)在 Tg温度以下或Tf温度以上,一般认为,冷却速度对玻璃结构性能影响不大.

5)研究这一温度区域内的玻璃转变,对玻璃的退火、分相、析晶、封接、成型等具有重要的实用意义。

6. 解释玻璃态结构的晶子学说和无规则网络学说,概括并比较其结构特点.

1

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。当前比较统一的看法是:玻璃结构具有近程有序,远程无序的特点。 7. 石英玻璃具有哪些结构、性能特点?生产方法?

一般采用无规则网络学说的模型描述石英玻璃.[SiO4]是熔融石英和结晶态石英的基本机构单元。它的正负电荷重心重合,不带极性。并以顶角相连。Si—O键是极性共价键。其键能非常大。

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. 生产方法:间隙法、连熔法、气炼法.

8. 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?

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。

而钠硅玻璃中加入CaO时,使玻璃的结构和性质发生明显的变化,主要表现在结构的加强,一系列物理化学性能变好,成为各种实用的钠硅玻璃的基础。钙的这种特殊作用来源于它本身的特性及其在结构中的地位。Ca2+的离子半径(0。099nm)与Na+(0.095nm)近似,但Ca2+的电荷比Na+大一倍,它的场强比钠大得多。它具有强化玻璃结构和限制钠离子活动的作用。 9. Na2O-CaO- SiO2玻璃系统非常实用,为什么?都用于哪些玻璃制品?

这主要由于该系统的玻璃使用的原料资源丰富,来源广泛,价格低廉,其生产工艺成熟、稳定,玻璃的综合性能(玻璃强度、化学稳定性、耐热性能等)优良。

应用于大多数实用玻璃,例如:瓶罐玻璃、器皿玻璃、保温瓶玻璃、灯泡玻璃、平板玻璃等. 10. 什么是硼氧反常性?什么是硼反常性?理解组成、结构与极值的关系。

硼氧反常性:在R2O-B2O3二元玻璃中,碱金属氧化物提供的氧,可使硼从三配位转变成四配位,从而加强了网络,使玻璃的各种物理性质出现极值,这种现象称为硼氧反常性。

硼反常性:在R2O-B2O3-SiO2系统玻璃中,R2O含量不变,用B2O3取代SiO2,如果氧化硼的含量超过一定限度时,结构和性质会发生逆转现象,在性质变化曲线上则出现极大值或极小值,这种现象称为硼反常现象。

在R2O—B2O3二元玻璃中,碱金属氧化物提供的氧,可使硼从三配位转变为四配位,即在一定范围内,它们提供的氧不像在熔融石英玻璃中使网络断裂而成为非桥氧,相反是使硼氧三角体转变成由桥氧构成的硼氧四面体,使部分形成三维空间架状结构,使原有二维结构有所加强,并因此引起玻璃的各种理化性能变好.而在Na2O—B2O3-SiO2系统玻璃中,当以B2O3取代SiO2时,折射率、密度、硬度、化学稳定性等出现极大值;热膨胀系数出现极小值,而电导、介电损耗、表面张力则不出现硼反常现象。两种现象都是由于玻璃中硼氧三角体[BO3]与硼氧四面体[BO4]之间的量变而引起玻璃性质突变的结果。

11. 磷酸盐玻璃的结构特点,用途。

磷酸盐玻璃结构的基本单元是磷氧四面体[PO4] ,但每一磷氧四面体中有一个带双键的氧.

用途:制备光学玻璃,透紫外玻璃,吸热、耐氟酸玻璃,目前是低熔点玻璃的重要研究方向之一. 12. 常见的卤化物玻璃、硫属化合物玻璃及用途。

常见的卤化物玻璃:BeF2,ZnCl2,ZnBr2.用途:重要的光学材料,也可作为封接材料。

常见的硫属化合物玻璃:As2S3,As2Se3,GeS2,GeSe2。用途:半导体材料、透红外材料、封接材料。

13. 玻璃中氧化物的分类及作用。作为玻璃网络生成体应满足哪些条件?常见的玻璃网络生成体有哪

2

些?

玻璃中氧化物的分类及作用:

1)网络形成体:单键强度>335KJ/mol的氧化物能单独形成玻璃。

2)中间体:单键强度介于251—-335KJ/mol的氧化物,其作用介于网络形成体和网络调整体之间。

3)网络调整体:单键强度<251KJ/mol的 氧化物能调整玻璃性质. 作为玻璃网络生成体应满足的条件:

1)每个氧离子应与不超过两个阳离子相连。

2)在中心阳离子周围的氧离子配位数必须小于或等于4。 3)氧多面体相互共角而不共棱或共面。 4)每个多面体至少有三个顶角是共用的。

常见的玻璃网络生成体:SiO2,B2O3,P2O5,GeO2,As2O5。 14. 什么是双碱效应(混合碱效应)?

双碱效应(混合碱效应):在二元碱硅玻璃中, 当玻璃中碱金属氧化物的总含量不变,用一种R2O逐步取代另一种R2O时,玻璃性质不是呈直线变化,而是出现明显的极值,这种现象叫混合碱效应,也叫双碱效应。

15. 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。

16. 影响玻璃性质的四点结构因素?

17. 玻璃生成的热力学条件?玻璃生成的动力学条件?

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. 动力学条件:生成玻璃的关键是熔体的冷却速度(粘度增大的速度)。影响冷却速度的因素有:熔体数量,产品大小、厚薄。

18. 生成玻璃的关键是什么?与哪些因素有关?

关键: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。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。

以下两个因素对玻璃的形成起很大的影响:(1)为了增加结晶势垒,在凝固点(势力学熔点Tm)附近的熔体粘度的大小,是决定能否生成玻璃的主要标志。(2)在相似的粘度-温度变化曲线情况下,具有较低的熔点,玻璃态易于获得.

19. 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. 20. 什么是三T图?三T图的作用?

三T图即温度-时间—转变之间的关系曲线,用于求出防止产生一定结晶容积分率的临界冷却速度.

21. 玻璃生成的两个主要因素?

1) 凝固点(热力学熔点Tm)附近的熔体粘度越大,越易形成玻璃。反之,粘度越小,越不易形成玻璃.2) 在相似的粘度-温度变化曲线情况下,具有较低的熔点,较高的转变温度的化合物,易于形成玻璃.

22. 玻璃生成的晶体化学条件?

3

影响玻璃形成的结晶化学因素主要是熔体结构、键强和键性。 1)熔体结构(原子团的大小与排列方式)

一般认为,熔体中原子团是高聚合,这种错综复杂的大原子团位移、转动和重排都较困难,重排前还须介理,所以不易调整为晶体,因而容易形成玻璃。

2)键性

熔体析晶必须破坏熔体原有的化学键。使质点重新移位,建立新键,调整为具有晶格排列的结构,因为化学键强时不易破坏,难于调整为有规则的排列;反之,化学键弱时,容易断裂重新调整为有规则排列的晶体,不能生成玻璃。

3)键强

一般认为:熔体的聚合程度越大,化学键越强,越不易破坏,越不易形成有规则的排列,因此越容易形成玻璃。

23. 多元组分对玻璃形成范围的影响。 24. 什么是均匀成核?什么是非均匀成核?

均匀成核是指在宏观均匀的玻璃中,在没有外来物参与下,与相界、结构缺陷等无关的成核过程。 均匀成核是依靠相界、晶界或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核的过程。 25. 微晶玻璃的制备原理?无色透明微晶玻璃的制备?

微晶玻璃是用适当组成的玻璃控制结晶而成,它含有大量(典型的约占95-98%)细小的(在1μ以下)晶体及少量残余玻璃相。微晶玻璃可以采用一般玻璃的熔制、成型方法,然后经过热处理后转变成为微晶材料。选用成核剂是制备微晶玻璃常用的方法. 26. 成核剂的分类、选择?常用的成核剂有哪些?

按晶核剂性质大致可以分为贵金属盐类,氧化物类,氟化物类。 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。常用的成核剂有:AgCl,AgNO3,AuCl,CuCl2,五氧化二磷,氧化锆,氧化钛,CaF2,Na3AlF6,Na2SiF6。 27. 贵金属盐类、氧化物、卤化物的成核机理?

贵金属盐类:贵金属盐类熔于玻璃后,高温时,贵金属以离子状态存在,低温时,吸收电子而成原子状态,因溶解度小,热处理后而析出金属胶粒。

氧化物:氧化物成核剂电荷高,场强大,对玻璃的结构有较大的积聚作用,从而导致玻璃分相、结晶。

卤化物:氟化物加入导致硅氧键断裂,结构减弱,从而促使玻璃成核、晶化,产生结晶状的沉淀物,即氟化物晶核。

28. 影响玻璃结晶的因素? 1)温度

当熔体从Tm 冷却时,ΔT(即过冷度,Tm-T)增大,因而成核和晶体生长的驱动力增大; 但是,与此同时,粘度随着上升,成核和晶体生长的阻力增大.为此,成核速度和ΔT 的关系曲线以及晶体长大和ΔT 的关系曲线都出现峰值,两条曲线都是先上升然后下降。在上升阶段,ΔT 的驱动作用占主导地位,而在下降阶段则是粘度的阻碍作用占优势。

2)粘度

当温度较低时(即远在Tm 点以下时),粘度对质点扩散的阻碍作用限制着结晶速度,尤其是限制晶核长大的速度。 3)杂质

加入少量杂质可能会促进结晶,因为杂质引起成核作用,还会增加界面处的流动度,使晶核更快地长大。杂质往往富集在分相玻璃的一相中,富集到一定浓度,会促使这些微相由非晶相转化为晶相. 4)界面能

固液界面能越小,则核的生长所需能量越低,因而结晶速度越大。加入外来物,杂质和分相等都可以改变界面能,因此可以促进或抑制结晶过程。

29. 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?

4

在硅酸盐熔体中,桥氧离子与硅离子以硅氧四面体的形式结合,并按本身的结构要求进行了排列。如果系统中加入其它阳离子,那么这些阳离子也力图将氧原子吸引到自己周围,按本身的结构要求进行排列.双方对氧离子的争夺,结果产生分相。

玻璃分相的原因一般从结晶化学的观点来解释:认为氧化物熔体的分相是由于阳离子对氧离子的争夺所引起的.在硅酸盐熔体中,桥氧离子与硅离子以硅氧四面体的形式结合,并按本身的结构要求进行了排列。如果系统中加入其它阳离子,那么这些阳离子也力图将氧原子吸引到自己周围,按本身的结构要求进行排列.双方对氧离子的争夺,结果产生分相。

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。 30. 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。 31. 玻璃粘度与组成的关系?玻璃粘度与温度的关系?PDF 31—33

。。。

转变点,应变点,软化点对应的粘度分别为:10124,10136,1076 Pa.S。 32. 玻璃表面张力与组成、温度的关系?PDF 36—37

33. 玻璃的密度与组成、温度、热历史的关系?PDF 38-40 34. 影响玻璃机械强度的主要因素?提高玻璃的强度的方法?

影响玻璃强度的因素:

1)玻璃的化学组成。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.

提高玻璃强度的方法:

(1)表面脱碱(2)火抛光 (3)化学腐蚀(4)物理钢化(5)化学钢化(6)表面涂层(7)微晶化或制成复合材料

35. 玻璃的膨胀系数与组成、温度、热历史之间的关系?什么是玻璃的热稳定性? PDF 47—48

热稳定性:玻璃经受剧烈的温度变化而不破坏的性能为热稳定性。

36. 玻璃的化学稳定性及其与组成、温度、热历史、压力之间的关系。PDF 54—56 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%. 37. 玻璃折射率与组成、温度、热历史之间的关系.PDF 57—58

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。

38. 玻璃电阻率与组成、温度、热历史之间的关系。PDF 50—51

39. 过渡金属离子着色机理及特点?金属胶粒的着色机理?化合物着色的机理?

过渡金属离子着色机理:过渡金属和稀土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.

过渡金属离子着色特点:在玻璃中,凡是变价的阳离子,由于阳离子与周围氧离子之间有电荷迁移,因此在紫外或近紫外区有强烈的吸收。1。不同价态,着色不同;2.钴、镍不变价,着色稳定;3。两种离子可以形成混合色;4.离子着色的玻璃不能产生红色。

金属胶粒的着色机理:金属胶粒的着色基于它们对光的散射。 化合物着色的机理:电子的激发跃迁。 40. 影响玻璃着色因素?什么是玻璃的脱色?

内在因素:1.离子价态的平衡;2。配位数间的平衡;3.着色离子的浓度。

外在因素:1。基础玻璃的组成;2.玻璃的熔制气氛;3。熔化温度;4。冷却速度.

5

1。化学脱色

用化学脱色的方法,使着色氧化物的着色程度减弱,也就是使其光吸收减少,以提高透光率。 2.物理脱色

引入适当的着色剂,来中和原来玻璃所显示的颜色,使玻璃变为白色或灰色。

41. SiO2、B2O3、Al2O3、Na2O、K2O、CaO在玻璃中的所起作用?引入的原料?注意事项?

SiO2

作用:降低玻璃的热膨胀系数,提高玻璃的热稳定性,耐热性,化学稳定性,软化温度,硬度,机械强度,粘度和透紫外线。

原料:石英砂,砂岩,石英岩。 注意:粒径,杂质. B2O3

作用:增加玻璃的折射率,改善玻璃的光泽,降低玻璃的热膨胀系数,提高玻璃的热稳定性,化学稳定性,机械强度。

原料:硼砂,硼酸。 注意:易挥发。

Al2O3

作用:降低玻璃的结晶倾向,抑制分相, 减轻玻璃对耐火材料的侵蚀,增加玻璃的折射率,提高玻璃的热稳定性,化学稳定性,机械强度。

原料:长石,粘土,氧化铝,氢氧化铝. 注意:难熔,多用长石引入。 Na2O

作用:降低玻璃粘度,是良好的助熔剂,增加热膨胀系数,降低玻璃的,热稳定性,化学稳定性,机械强度等。

原料:纯碱,芒硝,硝酸钠. 注意:混料均匀。 K2O

作用:同Na2O,但粘度比Na2O 玻璃大,能降低玻璃的析晶倾向,增加玻璃的透明度和光泽度。 原料:碳酸钾,硝酸钾. CaO

作用:稳定剂,即增加玻璃的化学稳定性和机械强度,但含量增加,析晶倾向增加,玻璃发脆,高温时,降低粘度,但温度下降,粘度下降快,料性短。

原料:方解石,石灰石.

42. 玻璃配方中常用的辅助原料有哪些?

1.澄清剂(氧化物,硝酸盐,硫酸盐,氟化物等);2.着色剂;3.脱色剂;4。氧化剂和还原剂(氧化剂:氧化物,硝酸盐等;还原剂:碳,酒石酸钾等);5.乳浊剂;6。碎玻璃。 43. 常用的玻璃澄清剂、乳浊剂、氧化剂有哪些及其作用?

澄清剂:氧化物(氧化砷、氧化锑),硫酸盐(硫酸钠),氟化物(萤石、氟硅酸钠)等。 作用:熔制过程中分解产生气泡,或降低玻璃粘度促使玻璃液中气泡排出。 乳浊剂:氟化物(萤石、氟硅酸钠)、磷酸盐(磷酸钙、骨灰、磷灰石)等。 作用:是玻璃产生乳白而不透明.

氧化剂:氧化物(CeO2,AsO2,Sb2O5)、硝酸盐(硝酸钠、硝酸钾、硝酸钡)等。 作用:熔制过程中释放氧. 44. 选择玻璃原料的一般性原则? 1)原料质量符合技术要求 2)易于调整成分

3)适于熔化和澄清,少用过轻和对人体有害的原料

6

4)对耐火材料的侵蚀要小

5)易加工,成本低,能大量供应

45. 玻璃原料的加工流程?

原料—破碎-粉碎—干燥—过筛-除铁—料仓-称量—混合—配合料—熔制—成型—退火—检验—成品。

46. 玻璃成分设计应考虑的主要内容? 1)性质与成分、结构间的关系。

2)设计的成分必须形成玻璃,析晶倾向小。 3)必须符合熔制、成型等工艺要求。

4)所涉及的玻璃应当价格低廉,原料易于获得。

5)如果是微晶玻璃,应考虑基础玻璃,晶核剂,热处理制度。 47. 玻璃配方计算.教材P33-35

48. 玻璃配合料的要求?配合料中加入一定量的水的作用?

要求:1)组成正确和稳定 2)具有一定的水分

3)具有一定的气体率 4)混合均匀,颗粒级配适当

加水作用:使用一定量的水,可以润湿石英类原料,在其表面形成水膜,并熔解纯碱和芒硝有助于加速熔化。原料颗粒表面润湿后粘附性增加,配合料容易混合均匀,不宜分层,容是可以减少和输送过程中的粉料飞扬,减少分了损失。 49. 配合料混合时要注意哪些问题?

应注意配料的量、加料顺序、加水量及加水方式、混合时间及混料方式、碎玻璃及加入量。 配合料的加料量一般为混料设备容量的30%~50%。加料顺序不尽相同,但均是先加石英原料,同时喷水润湿,然后再按顺序加入其他原料。碎玻璃对配合料的混合均匀度有不良印象,一般在配合料混合终了将近卸料时再加入.

50. 什么是玻璃的熔制?熔制时发生哪些变化?

将配合料经高温加热形成均匀的、无缺陷的并符合成型要求的玻璃液的过程,称为玻璃的熔制。 玻璃熔制过程是一个很复杂的过程,它包括一系列的物理、化学及物理化学现象及反应. 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.

51. 玻璃熔制过程中可分为哪五个阶段?

1)硅酸盐形成阶段 2)玻璃形成阶段 3)玻璃液的澄清阶段 4)玻璃液的均化阶段 5)玻璃液的冷却阶段

52. 玻璃熔制的硅酸盐形成阶段有什么特点?影响因素是什么?

特点:主要固相反应结束,大部分气态产物从配合料中逸出,得到的是硅酸盐和剩余SiO2组成的不透明烧结物。

影响因素:主要因素:熔化温度,时间,各氧化物的含量及性质.次要因素:添加物,原料颗粒度,炉内气氛及分压,耐火材料的侵蚀.

53. 玻璃形成过程的速度取决于什么?为什么?

玻璃形成过程的速度取决于石英砂粒的熔解扩散速度,而石英砂粒的熔解扩散速度又取决于扩散速度。这是因为石英砂砾熔解和扩散速度比其他各种硅酸盐熔解和扩散速度低得多.与此同时,玻璃形成速度还与玻璃成分,砂粒大小,熔制温度有关。

54. 玻璃澄清过程中的气体分压的平衡与玻璃澄清的关系?

在高温澄清过程中,熔解在玻璃液内的气体、气泡中的气体及炉气这三者间会相互转移与平衡,

7

它决定于某类气体在上述三相中的分压大小,气体总是由分压高的一相转入分压低的另一相中,如果用PA,PA,PA分别表示炉气中、玻璃液中和气泡中A气体的分压,则将存在以下转变关系:

55. 如何促进玻璃液的均化?

玻璃液的均化是指在玻璃液中消除条纹和其他不均匀体,使玻璃液的各部分在化学组成上达到预期的均匀一致。

促进玻璃液的均化,在熔制时: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.在工艺上:1)配合料的均匀度;2)熔制工艺稳定性;3)减少耐火材料的侵蚀。

56. 玻璃液冷却的目的、要求、应注意事项?

目的:使玻璃液的粘度增加,达到成型所需的粘度范围(1000~1100℃)。 要求:玻璃液的温度均匀一致,有利于成型。

注意事项:冷却阶段应控制热均匀性和二次气泡的产生。 57. 影响玻璃熔制过程的工艺因素?

1)玻璃成分;2)配合料的物理状态;3)采用的加速剂(助熔剂和澄清剂);4)加料方式;5)熔制制度;6)辅助电熔;7)采用高压或真空熔炼;8)机械搅拌(浆叶形状,大小,转速);9)鼓泡(鼓泡点的数量,位置,排列;鼓泡的速度,大小,压力;喷嘴的结构等)。 58. 玻璃液对耐火材料的侵蚀及影响因素? 1)温度的影响

温度升高,熔体的粘度降低,使玻璃液与耐火材料之间的扩散速度增加.温度升高,也使耐火材料在玻璃液中的饱和浓度显著增大。

2)玻璃液组成和性质的影响

玻璃液中半径小、电价高的阳离子具有较大的活动性,因此玻璃中碱性氧化物含量越高,对耐火材料的侵蚀越大.高碱玻璃、高铅玻璃、高钡玻璃、硼酸盐玻璃对耐火材料的侵蚀都很强烈。

3)耐火材料组成和结构的影响

首先应选用与玻璃液组成相近的耐火材料,其次是耐火材料的气孔率对侵蚀的影响。同时耐火材料中的玻璃相的组成和数量的影响. 59. 坩埚窑和池窑中的玻璃熔制过程?

坩埚窑:加热熔窑-熔化—澄清与均化—冷却—成型。

池窑:池窑中玻璃熔制的各个阶段是沿窑的纵长方向按一定顺序进行的,并形成未熔化的、半熔化的和完全熔化的玻璃液的运动路线。也就是玻璃熔制的各个阶段是在同一时间、不同空间进行的。 60. 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?

供料:液流供料、真空供料、滴料供料。 成型:压制法、吹制法。

61. 玻璃粘度和料性对玻璃成型的影响?

1)成型粘度选在粘度曲线的弯曲部分,粘度范围一般在102~108 Pa。s。 2)从粘度曲线上,可以确定长性玻璃还是短性玻璃。

3)成型方法不同,初始的成型粘度不同。

4)由于玻璃的粘度具有渐变性,所以能用不同方法成型。

8

5)玻璃粘度具有可逆性,所以可反复多次加热、制作。

6)为降低玻璃的析晶倾向,成型温度可适当提高或快速冷却。

62. 平板玻璃的成型有哪些方法?

浮去成型、垂直引上法成型、平拉法成型、压延法成型. 63. 简述浮法玻璃的熔制成型过程。

浮法成型过程包括:自由展薄,抛光,拉引,退火。 64. 浮法玻璃的拉簿通常采用什么方法? 高温拉薄法、低温拉薄法。

65. 影响垂直引上法玻璃质量的因素有哪些?

玻璃组成、原燃料性能、熔化温度、液面、窑压、成型温度制度、退火和冷却等. 66. 什么是玻璃中的暂时应力、永久应力?

暂时应力:热应力随着温度梯度的存在(或消失)而存在(或消失),所以称为暂时应力。 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)。

67. 玻璃退火的目的?玻璃退火的原理?解释图4-3。

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。即除玻璃中的永久应力。 一般根据退火原理,退火工艺可分为四个阶段:加热阶段、均热阶段、慢冷阶段和快冷阶段。按

上述四个阶段可作出温度-时间曲线,此曲线称为退火曲线。即图4-3。 68. 玻璃的退火上限温度?退火下限温度?精密退火?

退火上限温度:在该温度下保持3min能消除95%应力,定为退火上限(相当于转变温度).

退火下限温度:在该温度下保温3min仅能消除5%应力,为退火下限(对应于10 13·6 pa·s粘度值即玻璃的应变点).

精密退火:在退火温度区域内将玻璃保持相当长的时间,使它的各部分的结构匀一,达到该温度下的平衡状态,然后以最小的温差进行降温,这个过程称为玻璃的精密退火。 69. 什么是钢化玻璃?影响玻璃物理钢化的因素?

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. 70. 玻璃常见的缺陷及产生的原因?教材P65-68

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。 71. 简述钢化玻璃制备的工艺流程。 →热弯成型→风冷→弯钢化

9

原板剪裁→磨边→洗涤→干燥→检验→钢化→→检验→入库 → 平板→ 风冷→ 平钢化

72. 简述微晶玻璃制备的工艺流程。

配合料制备

晶核剂 压延法 烧结法 玻璃熔化

压延成型 玻璃液水淬成粒

切裁 粉料分级

晶化热处理 装模

切、磨、抛 晶热化处理

检验 切、磨、抛

制品 检验

制品

73. 影响微晶玻璃制备和性质的各种因素 1)原始玻璃组成的影响

产生所需晶相和性能。成型和退火中不能析晶。产生的晶相要均匀分布,晶粒大小适中,1微米左右。工业条件下能够制备。 2)晶核剂的影响

晶格参数、界面张力、有效的晶核剂、加入量. 3)热处理制度的影响

热处理温度、时间要保证晶核的生成、晶粒均匀分布、大小适中。 4)玻璃相的影响

产生的应力、玻璃相的数量.

陶瓷:

1. 粘土的分类?粘土的工艺性质?

原生粘土也称一次粘土或残留粘土,是钾长石经化学风化(如水解)生成.

次生粘土也称二次粘土,是由原生粘土在自然动力条件下转移到其它地方再次沉积而成的。 工艺性质:可塑性、结合性、触变性、收缩性、烧结特性。 2. 什么是粘土的可塑性? 粘土的烧结特性?

可塑性:指粘土与适量的水混练以后形成的泥团,可在外力的作用下产生变形但不开裂,外力去除后,仍能保持原有形状的性质.

烧结特性:

1)无固定熔点:粘土是多组分矿物的混合物。

2)开始烧结温度:粘土在加热到一定温度后,开始出现液相,气孔率下降,体积收缩,对应于这个体积开始剧烈变化的温度是开始烧结温度。

10

3)烧结温度:当粘土完全烧结,气孔率降至最低,收缩率最大的温度是烧结温度.

4)软化温度:继续升温,坯体因液相太多而发生变形的最低温度或开始发生变形的温度称为软化温度。

5)烧成温度范围:烧结温度至软化温度的区间为烧成温度范围。 6)粘土的烧结特性与构成粘土的矿物组成和化学组成有关. 3. 石英在陶瓷生产中的作用?

1)石英是瘠性料,可降低可塑性,减少收缩变形,加快干燥 2)高温时,增加粘度,减小坯体变形

3)未熔石英与莫来石一起构成坯体骨架,增加强度

4)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 4. 长石的分类及特性?

分类:钾长石、钠长石、钙长石、钡长石。 特性:1)长石作熔剂使用,降低烧成温度。 2)长石是瘠性物质,可提高坯体的疏水性.

3)钾长石高温粘度大,钠长石相对粘度小,K2O、Na2O能显低长石的熔化温度和粘度。 4)长石有利于提高坯体的力学强度和化学稳定性。

5)斜长石、钡长石因熔融温度范围窄,只在特种陶瓷中使用。

5. 普通陶瓷的三种基本矿物组成是什么?它们各有什么特点以及在陶瓷制备过程中的作用?

1)粘土类原料

特点:1. 粘土是含水铝硅酸盐,多种微细矿物的混合体。 2。 为细颗粒,层状结构,1:1层,2:1层。

3。 与水混合时,有很好的可塑性、粘合性,可保证干坯的强度和制品性能。 作用:提供了可塑性,保证成型的工艺要求。 2)石英类原料

作用:1。 石英是瘠性料,可降低可塑性,减少收缩变形,加快干燥. 2. 高温时,增加粘度,减小坯体变形。

3。 未熔石英与莫来石一起构成坯体骨架,增加强度。

4. 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. 石英是耐熔的骨架成分。 3)长石类原料

特性:1. 长石作熔剂使用,降低烧成温度.

2。 长石是瘠性物质,可提高坯体的疏水性。

3。 钾长石高温粘度大,钠长石相对粘度小,K2O 、Na2O能降低长石的熔化温度和粘度。 4。 长石有利于提高坯体的力学强度和化学稳定性。

5. 斜长石、钡长石因熔融温度范围窄,只在特种陶瓷中使用。 作用:助熔剂,促进烧结时玻璃相的形成。

6. 氧化铝的分类及特点?氧化铝预烧的目的和注意事项。

分类(三种变体):α— Al2O3、β- Al2O3、γ- Al2O3. 特点:熔点高、硬度大、绝缘性好等。

目的:使γ- Al2O3通过预烧变为稳定的α- Al2O3后使用以减少烧成收缩,此外还可去除原料中的杂质,提高原料纯度。

注意事项:要在1000℃以上才能有较大的转化速度,一般多取1450℃。提高预烧温度,可加速γ→α的转化,但如温度选得过高,可使形成的α— Al2O3活性降低,硬度增大,不利磨细和烧结。而预烧温度偏低,则不能完全转化为α型,且不利杂质去除,电性能亦降低。 7. 二氧化锆的相变及特性?什么是二氧化锆的相变增韧?

特性:熔点高、硬度大、化学稳定性好、有导温导电性、密度5。68~6.27。

11

相变增韧:二氧化锆相变时伴有体积效应和剪切应变是相变增韧的理论基础.对于Y2O3,又发现在ZrO2中加入一定量的Y2O3时,可以单斜和四方两相共存形式存在,其中亚稳定相在受到应力产生应力集中时,可诱发相变切变向稳定相转变,吸收应变能使应力得以释放,因而增加陶瓷韧性。 8. 碳化物特点及制备?

特点:电阻率小、导热系数高、熔点高、硬度高、热膨胀系数小。 制备:直接化合 (W+C→WC)

氧化物与碳反应 (TiO2 +C→TiC +CO2) 碳化法(Mo+CH4→MoC +H2 )

气相沉积 (ZrCl4+CH4+H2→ZrC+HCl) 9. 氮化物特点及制备?

特点:氮化物的晶体结构与碳化物相似,熔点高、硬度大;但抗氧化能力差,高温下直接升华。 制备:氮化物都是人工合成,方法与碳化物相似。 10. 陶瓷坯料配方的计算。教材P102—109 11. 原料预烧的目的,为什么?

帮助碎化原、减少坯料收缩、改变结构形态、稳定晶型。 12. 原料精选的目的、方法?

目的:对原料进行分离、提纯、除去各种杂质,使化学组成、矿物组成、颗粒尺寸更符合原料的质量要求。

方法:物理方法:分级法、磁选、超声波等。 化学方法:溶解法、升华法。 13. 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。 14. 常用的陶瓷成型方法及其含水量?

常用成型法:注浆成型、可塑成型、压制成型。 注浆成型:含水量28-35% 可塑成型:含水量18—25% 含水量 半干压成型:含水量8—15% 干压成型:含水量3—7%

先进陶瓷的干压成形:含水量小于1% 15. 陶瓷成型方法的选用依据?

产品的形状、大小、厚薄,坯料的性能,产品的产量和质量要求。

16. 什么是可塑成型?影响陶瓷坯料可塑性的因素?旋压成型和滚压成型各有哪些优缺点?

可塑成型:加入水分或塑化剂,将坯料混合,捏练成为有塑性的料团,然后,通过手工或各种成型机械成型。

影响因素:1)液相含量与性质

可塑水量:可塑性最大时的含水量(图9—2) 2)颗粒尺寸和形状

颗粒越细,可塑性越大

板状、柱状颗粒比球状颗粒等的可塑性好 3)矿物种类

可塑性:蒙脱石>高岭石>伊利石 吸附阳离子

施压成型的优点是设备简单、适应性强、可以旋制大型深孔制品.问题是成型质量不高,劳动强度大,要有一定的操作技术,效率低等。

滚压成型有胚体质量好,产量大,适于自动化生产的特点。

17. 什么是注浆成型?影响陶瓷注浆成型吸浆速度的因素?注浆成型有哪些工艺?解释图9—4。

注浆成型:将含有一定水分的流体状泥浆注入所需形状的石膏模内,泥浆中水分逐渐被多孔石膏

12

吸收,泥料便沉积在石膏模内壁上,逐渐形成泥层并具有石膏模赋予的形状。

影响因素:1)泥浆流动性:固相含量、颗粒尺寸和形状、温度、干燥温度、pH值、电解质。 2)吸浆速度: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。 3)触变性:厚化系数大,触变性大。

成型工艺:空心注浆、实心注浆、真空注浆、离心注浆、压力注浆。

18. 什么是压制成型?影响陶瓷坯体压制成型的与粉料有关的因素?解释图9—6。

压制成型:将含有一定水分的粒状粉料填充到模型之中,施加压力,使之成为具有一定形状和强度的陶瓷坯体。

影响因素:1、粒度和粒度分布;2、粉料的流动性;3、粉料的含水率。 19. 影响陶瓷压制成型坯体性能的因素? 压制成型方法?

影响因素:1、密度(粉体性质和压制压力);2、压制压力;3、压力分布。 方法:1、干压或半干压成型;2、等静压成型。 20. 有哪些陶瓷成型模具?

石膏模具、新型多孔模具(塑料模具、无机填料模具、素陶模具、金属填料模具) 21. 什么是釉?釉的分类及作用?

釉是指覆盖在陶瓷坯体表面上的一层玻璃态物质。是根据瓷坯的成分和性能要求,采用陶瓷原料和某些化工原料按一定比例配方、加工、施覆在坯体表面,经高温熔融而成。

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。

分类依据 种类名称

坯体种类 瓷釉 陶釉

制备方法 生料釉 熔块釉

分类: 成熟温度 低温釉 中温釉 高温釉

外观特征 透明釉 乳浊釉 无光釉 主要熔剂 长石釉 石灰釉 铅釉

用 途 装饰釉 粘接釉 商标釉 普通釉

22. 釉料配方的原则?釉料配方选用的一般规律?

原则:1)釉料应在坯体烧结范围内成熟;

13

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.

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%。 23. 什么是坯釉中间层,它的作用?

中间层的形成: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。

中间层的组成:它吸收溶解了坯体中的SiO2、 Al2O3,釉层中的R2O、B2O3等成分. 中间层的厚度及晶相:厚度为15~20μm,存在莫来石、钙长石、硅灰石等析晶相. 中间层的作用:起到改善坯釉结合性,缓冲坯釉间应力的作用。

24. 什么是釉的始熔温度、流动温度、釉的熔融温度范围、釉的成熟温度?

始熔温度:熔融温度的下限指釉的软化点,习惯上称之为釉的始熔温度. 流动温度:熔融温度的上限指完全熔融时的温度,又称为流动温度. 釉的熔融温度范围:始熔温度—-流动温度 釉的成熟温度:就是生产中烧釉温度,可理解为在某温度下釉料充分熔化,并均匀分布于胚体表面,冷却后呈现一定光泽的玻璃层时的温度。

25. 釉层的性质包括哪些?釉的性质对陶瓷制品的影响?教材P131-133

熔融温度范围、粘度、表面张力、膨胀系数、弹性、光泽、化学稳定性、适应性。 26. 什么是坯釉适应性?影响坯釉适应性的因素有哪些?

坯釉适应性:是指熔融性能良好的釉熔体,冷却后与胚体紧密结合成完美的整体,不开裂,不剥脱的能力。

影响因素:热膨胀系数、中间层、釉的弹性、抗张强度、釉层厚度. 27. 釉料的制备与施釉?

釉料分为生料釉和熔块釉.

生料釉制备与坯料类似,可直接配料磨成釉浆。熔块釉是经配料、熔制、球磨、制成浆体。 施釉时应注意事项:生坯经干燥、吹灰、抹水等工序处理后,再施釉. 施釉的方法:浸釉、浇釉、喷釉。 28. 如何控制釉料浆体的质量?

细度、釉浆比重(含水量)、流动性与悬浮性。

29. 陶瓷干燥的定义、目的?

定义:用加热蒸发的方法除去物料中部分水分的过程称为干燥

目的: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。 30. 影响干燥速度的因素?解释图11-1。常用的干燥方法?

影响因素:1、坯料的性质;2、坯体形状大小和厚度;3、坯体温度;4、干燥介质的性质;5、热扩散与湿扩散的方向。

常用方法:1.对流干燥;2.工频电干燥;3。远红外干燥;4.微波干燥。 31. 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.

3)使坯体变成白色或半透明,釉面有光泽。 32. 陶瓷烧成过程中的几个阶段的作用及注意事项

1)低温阶段(室温~300℃)胚体水分蒸发期

14

作用:主要是排除在干燥过程中没有除掉的残余水分。 注意:安全升温.

2)中温阶段(300~950℃)氧化分解及晶型转化期 作用:脱水、分解、化合、晶型转变、氧化。

注意:适当控制升温速度,并保证窑内氧化气氛,加强通风。 3)高温阶段(950℃~最高烧成温度)玻化成瓷期

作用:此阶段大量液相生成,填充于空隙,颗粒重排,间距缩小,坯体致密,并促进莫来石的生成和发育,降低烧成温度,促进烧结。

注意:应注意控制升温速度,其次注意控制还原气氛的浓度,最后应注意减小窑内温差。 4)冷却阶段(烧成温度~室温)

冷却阶段可细分急冷(烧成—850℃)、缓冷(850℃— 400℃)和快冷(400℃—室温)三个阶段. 作用:前期急冷:1. 缩短烧成周期。 2. 抑制莫来石长大。

3。 防止釉层过渡析晶和晶粒过大。 4. 防止低价铁的再度氧化。

中期缓冷:液相凝固、石英晶型转化,产生应力。 后期快冷:但是方石英含量高的陶瓷制品仍应缓冷 注意:控制冷却速度,控制氧化分解反应在胚釉烧结之前进行充分,因此在950℃以上应缓慢升温,减小温差,加强通风。

33. 陶瓷烧成的冷却阶段可分为急冷、缓冷、快冷,这是为什么? 从最高烧成温度到850℃为极冷阶段,此时胚体内液相还处于塑性状态,固可进行快冷而不干裂。850℃以下液相开始凝固,初期凝固强度很低.因含碱高的玻璃热膨胀系数大,加之石英晶型转变引起的体积收缩应力很大,故应缓慢冷却。从400℃到室温为最终冷却阶段,一般为快冷。但由于温差逐渐减小,实际上冷却速度提高将受到限制.对于含大量方石英的胚体在晶型转变区间仍应缓冷。 34. 陶瓷烧成制度的拟定应考虑的因素?

原料颗粒度与活性,添添加剂的种类和含量,坯料在加热过程中的性状变化,坯体形状、厚度和入窑水分,窑炉结构、燃料性质、装窑密度,烧成方法。 35. 陶瓷添加剂的作用机理?

1)添加剂能与烧结物生成固溶体,形成晶格缺陷,降低烧结温度。

2)加入添加剂,使晶型转变、体积变化较大的氧化物,生成稳定的固溶体。 3)添加剂可以与某些组分在低温下生成液相。

4)添加剂可以富集于晶粒表面或反应生成新晶相,抑制晶相异常生长。

36. 陶瓷烧成时的温度制度的拟定所包含的内容? 1)升温速度

应考虑坯料的性能、坯体的特性、窑炉特性 2)烧成温度

应考虑产品的性能、配方、坯料的细度、保温时间 3)保温时间

应考虑产品的性能、烧成温度 4)冷却速度

应考虑玻璃相、晶形转变

37. 陶瓷烧成时气氛、压力制度的对制品有哪些影响?教材P148-149

气氛对坯体的过烧膨胀、烧结温度和收缩、颜色和透光性、升温和窑内温差的影响。

压力制度的影响:陶瓷烧成中,通常负压有利于氧化气氛的形成,正压有利于还原气氛的形成. 38. 陶瓷常见的缺陷有哪些?

15

开裂、变形、生烧和过烧、起泡、毛孔和桔釉、色黄、火刺、落渣、斑点、烟薰、釉裂、釉缕与缺釉。 39. 热等静压烧结的特点?

热等静压烧结的陶瓷制品的烧结温度仅为熔点的50~60%。热等静压烧结可使陶瓷瓷件的致密度基本上达100%.热等静压烧结的陶瓷制品只需很少的精加工甚至无需加工就能使用。 40. 普通陶瓷和特种陶瓷的生产工艺有什么差异? 区别点 原料 成型 烧成 性能 加工 用途 传统陶瓷 天然矿物原料 注浆、可塑成型为主 温度一般在1350℃以下,燃料以煤、油、气为主 以外观效果为主 一般不需加工 炊、餐饮、陈设品 特种陶瓷 人工精致合成原料(氧化物和非氧化物两大类) 压制、热压铸、注射、轧膜、流延、等静压成型为主 结构陶瓷常需1600℃左右高温烧结,功能陶瓷需精确控制烧成温度,燃料以电、气、油为主 以内在质量为主,常呈现耐磨、耐腐蚀、耐高温等各种敏感特性 常需切割、打孔、研磨和抛光 主要用于宇航、能源、冶金、交通、电子、家电等行业

41. 陶瓷等静压成型的特点和缺点是什么?

等静压分为:常温等静压和高温等静压.

特点:密度高,强度大,尺寸精确,可压制形状复杂、H/D大的坯体. 缺点:设备费用高,产量低。

42. 特种陶瓷中结构陶瓷有哪些?功能陶瓷有哪些?

结构陶瓷:氧化物陶瓷(氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等)、非氧化物陶瓷(氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等)。

功能陶瓷:铁电陶瓷(压电陶瓷,热释电陶瓷等),敏感陶瓷(热敏、压敏、光敏陶瓷等),磁性陶瓷(软磁铁氧体,硬磁铁氧体等).敏感陶瓷多属半导体陶瓷。

水泥:

1. 什么是胶凝材料?胶凝材料的分类?

胶凝材料:能将散状材料或纤维材料胶结在一起,经物理、化学作用,由浆体硬化而成为坚固的人造石材的材料。

胶凝材料分为有机和无机两类,无机中包含以下两类:

气硬性胶凝材料:只能在空气中凝结、硬化并增长强度的胶凝材料.

水硬性胶凝材料:不仅能在空气中凝结、硬化而且能在水中继续增长强度的胶凝材料。 2. 硅酸盐水泥的定义?

由硅酸盐水泥熟料、适量石膏混合磨细制成的水硬性胶凝材料。 3. 硅酸盐水泥生产的主要流程?

两磨一烧.煅烧窑有回转窑、立窑、机械化立窑。 4. 硅酸盐水泥的主要技术指标?

1)细度:80μm方孔筛不得超过10%。

2)凝结时间:初凝不早于45min,终凝不迟于10h。 3)强度等级:用3天和28天强度表示。 5. 水泥的主要原料有哪些?以及作用?

1)石灰质原料 2)粘土质原料

提供熟料所需要的酸性氧化物,主要是SiO2和Al2O3,其次是Fe2O3。 3)校正原料

16

弥补SiO2、Al2O3、Fe2O3的不足. 6. 校正原料的分类及作用?

为了弥补SiO2、Al2O3、Fe2O3的不足,分别选用硅质、铝质、铁质三种校正原料. 7. 什么是生料制备? 依据是什么?

生料制备:指生料入窑前对原料的全部加工过程。 主要依据:熟料的率值。

8. 硅酸盐水泥生产方法按生料的制备方法分为几类?

1)湿法:将原料加水粉磨成生料浆(含水33~40%)后,送入湿法回转窑内煅烧成熟料,称为湿法生产.

2)半湿法:将湿法制备的生料浆脱水后,制成生料块入窑煅烧,称为半湿法,含水18—22% 。 3)干法:将原料烘干与粉磨同时进行或烘干后粉磨成生料粉,而后送入干法窑内煅烧成熟料,称为干法生产。

4)半干法:将生料粉加入适量水份制成生料浆,而后送入立窑内煅烧成熟料的方法叫半干法,含水12-15%。

9. 水泥煅烧的设备有哪些? 回转窑、立窑、机械化立窑。

10. 影响碳酸钙分解的因素有哪些?

石灰石的种类和物理性质;细度和颗粒级配;温度;窑系统的CO2分压,生料的悬浮分散程度;粘土质组分的性质.

11. 影响水泥生料煅烧时固相反应的因素?

生料细度和均匀性;温度和时间;原料的性质;矿化剂。 12. 什么是水泥熟料?

熟料:指生料在窑内(回转窑、立窑),由常温加热到1400—1500℃的高温下,进行复杂的物理化学和热化学反应,形成各种矿物(C3S、C2S、C3A、C4AF)的过程。

13. C3S形成的影响因素?

1)最低共熔温度

最低共熔温度:物料在加热过程中,两种或两种以上组分开始出现液相时的温度。C3S—C2S-C3A-C4AF系统,液相出现温度1338oC,能熔入的少量化合物,可降低液相出现温度,降低熟料烧成温度。硅酸盐水泥生料最低共熔温度为1250-1280oC.

2)液相量

液相量增加,C3S形成快;过多,结大块、结圈、结炉瘤等。 3)液相的粘度

影响硅酸三钙晶体形成速度和晶粒尺寸。粘度小,有利于硅酸三钙的形成和晶体的发育成长。 4)液相的表面张力

表面张力小,有利于硅酸三钙的形成。 5)氧化钙溶解于熟料液相的速率

粘度降低,氧化钙溶解速率增加;颗粒越大,溶解速率越低。 6)反应物存在的状态

晶体尺寸小、缺陷多的新生态,反应能力强,急剧煅烧,有利于硅酸三钙的形成。 14. 熟料的强制冷却的目的?

1)防止相变,β—C2S转化为γ -C2S。

2)防止C3S分解出游离氧化钙,防止晶体长大。

3)增加玻璃相、增加应力、增加微裂纹,改善熟料的质量和易磨性. 4)回收热量,提高热效率,便于熟料运输、贮存与粉磨。

5)如果慢冷,熟料矿物晶体长大.阿利特C3S晶体的大小,影响熟料的易磨性,水泥的水化速度和

17

活性。

所以,物料在1250℃~1450 ℃ ~1250 ℃烧结,紧接着将其快速冷却,得到最好的熟料 15. 硅酸盐水泥的煅烧?P188 16. 微量元素的矿化作用? 1)氧化镁

降低液相出现温度,增加液相数量,降低液相粘度,有利于熟料烧成,改善水泥色泽。固溶量与溶解于玻璃相中总MgO量约为2%,其余以方镁石存在。 2)Cr2O3

2%以下时,降熟料粘度,加速C3S形成;过高,导致分解。 3)ZnO

阻止β—C2S向γ型转化,促进阿利特形成.2%以下时,改善水泥的早期强度,降低需水量、提高水泥强度;过高,影响强度,出现不正常凝结。

4)TiO2

降低液相形成温度、液相粘度、表面张力,稳定β—C2S,提高水泥强度.过多生成钙钛矿(CaO·TiO2),无水硬性,影响水泥强度。小于1%.

5)BaO和SrO

少量BaO替代CaO,阻止贝利特的晶形转化,提高硅酸二钙活性,降低煅烧温度,增加C3S含量.SrO,熟料烧成的矿化剂,提高硅酸二钙活性,稳定β-C2S。

6)磷酸盐

熟料烧成的矿化剂,与氧化钙生成固溶体.熟料中P2O5含量0.1—0.15%为宜。过量,使C3S分解,降低水泥强度、延缓水泥凝结。

7)氟化物

促进碳酸盐分解过程;加速碱性长石、云母的分解过程;加强碱的氧化物的挥发;促进结晶SiO2

中Si—O键的断裂,有利于固相反应;使C3S在低于1200℃形成,熟料在1350℃左右烧成,熟料质量好,安定性合格。需急冷,防止C3S分解。

8)硫化物

对熟料形成有矿化作用,降低液相温度、液相粘度、表面张力,促进阿利特晶体的生长过程. 9)萤石—石膏复合作用

复合矿化剂。熟料在1300-1350℃下烧成,游离氧化钙含量低,阿利特含量高,形成早强产物,早强高.超过1400℃煅烧熟料,也可获得高质量水泥熟料.

有时出现闪凝或慢凝现象。复合矿化剂对窑衬腐蚀,对大气污染. 10)含碱氧化物

粘土质原料、煤灰。微量碱降低最低共熔温度和熟料烧成温度,增加液相量,起助熔作用。最佳量1%,要小于1.3%(Na2O计),过高,形成含碱矿物,减少C3S、增加游离氧化钙含量,影响水泥质量。

17. 什么是水泥粉磨?水泥的细度对水泥的性能有何影响?

水泥粉磨:将熟料、石膏和某些混合材料在磨机中磨成细粉。 影响:1。 水泥颗粒大小与水化的关系: 〈10μm水化最快;

3~30μm,水泥主要活性组分; 〉60μm,水化缓慢;

〉90μm,表面水化,只起微集料作用。

2. 比表面积相同,颗粒分布范围越窄,强度越高。过细,强度反而下降。 18. 硅酸盐水泥熟料尽管是多种矿物集合体,但主要氧化物只有四种,哪四种? 氧化钙,氧化硅,氧化铝,氧化铁。

19. 硅酸盐水泥熟料尽管是多种矿物集合体,但主要矿物组成只有四种,哪四种?

18

硅酸三钙(3CaO·SiO2,C3S),也称阿利特或A矿. 硅酸二钙(2CaO·SiO2,C2S),也称贝利特或B矿. 铝酸三钙(3CaO·Al2O3,C3A),也称中间相。

铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3,C4AF),也称才利特或C矿。 20. C3S含量的高低,对水泥性能有何影响?

水泥熟料中,适当提高C3S的含量,有利熟料质量,但C3S过高,熟料煅烧困难,熟料中游离CaO增加,使强度下降。

21. CaO含量的高低,对水泥性能有何影响?

一般来说,增加水泥熟料中的CaO含量,能增加水泥的强度,加速水泥的硬化过程。但不是CaO含量越多,质量越好。CaO含量过多,反应不完全,残留CaO会以游离CaO状态存在,而游离CaO水化极慢,会在水泥凝结后,在水泥制品中缓慢消解,发生体积膨胀,产生应力,降低强度,严重时甚至使整个结构破坏.因此,制备质量好的水泥,必须使熟料中的CaO呈化合状态,熟料中游离CaO含量越低越好,最好不超过1%。

22. 简述硅酸盐水泥加水后的水化过程。

加水后,C3A立即发生反应,C3S和C4AF也很快水化,而C2S则较慢。

23. 硅酸三钙(3CaO·SiO2,C3S)的特点及对水泥煅烧及性能的影响?

1)水化反应快、强度发展快、早强高且强度增进率较大。 2)28天或一年强度在四种矿物中均最高。 3)水化热较高,抗水性较差. 24. 硅酸二钙(2CaO·SiO2,C2S)的特点及对水泥煅烧及性能的影响?

1)水化较慢,28天水化20%左右. 2)凝结硬化缓慢、早期强度较低.

3)28天后仍能较快增长,一年后可赶上阿利特。 4)水化热小、抗水性较好。

25. 铝酸三钙(3CaO·Al2O3,C3A)的特点及对水泥煅烧及性能的影响?

1)水化迅速、放热量大、凝结很快、硬化也很快。

2)强度三天就大部分发挥出来了,早强较高但绝对值不高,以后几乎不增加甚至倒缩。 3)干缩变形大,抗硫酸盐性能差.

26. 铁铝酸四钙的特点及对水泥煅烧及性能的影响?

1)水化速度早期介于铝酸三钙和硅酸三钙,后期还能不断增长,类似于硅酸二钙。 2)抗冲击性能和抗硫酸盐性能好,水化热较铝酸三钙低。 3)铁铝酸四钙含量高时,熟料较难磨。 27. 硅率的含义及意义?

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。

特点:1)硅率越高,烧成温度越高。 2)硅率过低,易结块结圈。 3)通常,硅率控制在1.7~2.7. 28. 铝率的含义及意义?

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。 特点:1)铝率越高, C3A多,C4AF相对少,物料难烧. 2)铝率过低,烧结范围变窄,易结块。 3)通常,铝率控制在0。9—1.7. 29. 石灰饱和系数KH值的含义及意义?

石灰饱和系数(KH值):在水泥熟料中,CaO总是与Al2O3和Fe2O3饱和生成C3A、 C4AF,所

19

余下的CaO与SiO2饱和形成C3S所需CaO的比值称为石灰饱和系数。石灰饱和系数表示SiO2与CaO饱和形成C3S的程度。

意义:1)当石灰饱和系数等于1.0时,此时形成的矿物组成为C3S,C3A和C4AF,无C2S。 2)当石灰饱和系数等于0.667时,此时形成的矿物组成为C2S,C3A和C4AF,无C3S. 3)当石灰饱和系数升高,说明熟料中C3S相对含量增加,C2S相对含量减少。

4)为保证水泥熟料的质量,控制游离石灰的含量, 通常石灰饱和系数取0.82~0。94. 30. 水泥熟料中矿物组成与率值的一般规律是什么? 1)石灰饱和系数越高,则熟料中C3S/ C2S比值越高. 2)硅率越高,硅酸盐矿物越多,熔剂矿物越少。 3)铝率高,熟料中C3A/C4AF比会相应地高一些。 4)硅率一定时, C3S 越多, C2S越少。

5)硅率较低,即使石灰饱和系数高, C3S含量也不一定高。 31. 影响水泥水化速率的因素?

1)熟料矿物的水化速率:熟料组成,杂质的种类和数量。 2)细度与水灰比的影响:水灰比0。25—1。0 . 3)温度对水化速率的影响:温度上升,水化速度快. 4)外加剂的影响:有促凝剂,早强剂,缓凝剂等。 32. 水泥的凝结时间?影响水泥凝结时间的因素?

水泥的凝结时间:水泥从和水开始到失去流动性即可塑状态发展到固体状态所需的时间。 影响因素::

1)影响水泥水化速度的因素,也影响水泥的凝结时间。

2)铝酸三钙和硅酸二钙与凝结时间的关系最密切,水泥细度越细、水化环境温度提高,凝结时间缩短,水灰比增大,凝结变慢。

20

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容