无机材料工艺学

1、1、常用的表示陶瓷组成的方法有化学组成表示、实验式表示、化学式组成表示、配料比表示和矿物组成表示；2、根据硅酸盐水泥熟料矿物的水化特性，制造快凝快硬水泥要求硅酸三钙矿物含量高，而制造道路水泥时则要求铁铝酸四钙矿物相应多些，制造白水泥时需严格控制氧化铁和二氧化钛的含量；3、长石是制造传统无机非金属材料的重要熔剂原料，它是碱金属或碱土金属的铝硅酸盐，自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由钾长石、钠长石、钙长石和根长石四种简单的长石组合而成；4、玻璃熔制过程中的缺陷按其状态不同，可以分为三大类：气态夹杂物、晶态夹杂物和玻璃态夹杂物；5、日用陶瓷按所使用熔剂种类可分为长石质瓷、绢云母质瓷、骨灰瓷和滑石

2、瓷；6、宜兴紫砂陶瓷驰名中外，风格独特，“注茶越窑，暑月不便”，有各式茶具、酒具、餐具、文具、花盆和陈设工艺品。紫砂制品色泽主要呈紫红色，其主色调是由铁含量和化合物种类及钛的化合物来决定；7、根据孙观汉提出的单键能理论，无机玻璃中氧化物按照键强可分为网络形成体、网络改变体和网络中间体；8、硅酸盐水泥熟料主要由CaO、SiO2、AI2O3和Fe2O3四种氧化物组成，其总和含量通常在95%以上，主要有四种矿物硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙，此外还有少量游离氧化钙（f-CaO）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物及玻璃体；9、粘土是制造传统无机非金属材料制品所使用的一种主要原料，主要矿物可分为

3、高岭石、蒙脱石和伊利石；10、通常情况下，物料的强度决定破碎的难易程度，硬度决定粉磨的难易程度。11、有色光学玻璃按着色剂着色机理可分为离子着色、胶体着色和化合物着色的玻璃三大类；12、粘土按成因分类有一次粘土和二次粘土，按耐火度分类有为难熔粘土和易熔粘土，按可塑性分类有高塑性粘土和低塑性粘土；13、在常压下石英有七种结晶态和一个玻璃态，这些晶态分别为a-石英、3-石英、”-鳞石英、3-鳞石英、丫-鳞石英、a-方石英、3-方石英、熔融石英和石英玻璃；14、随磨机转速的变化，物料和研磨体可出现三种情况，分别为离心状态、倾斜状态和抛落状态；15、常用的造粒方法有三种，即普通造粒法、加压造粒法及喷雾

4、造粒法；16、陶瓷注浆过程的物理和化学过程有物理脱水过程和化学凝聚过程；17、陶瓷的注浆成型可分为基本注浆和强化注浆方法及特种注浆方法，基本注浆包括单面注浆和双面注浆，强化注浆有压力注浆、离心注浆、真空注浆、成组注浆和热浆注浆，热压铸方法作为特种注浆方法使用较多；18、可塑法成型有雕塑、印坯、手工拉坯、旋压成型、滚压成型、车坯成型、挤压成型、塑压成型法和注塑成型；游离氧化钙（f-CaO）:经高温煨烧仍未化合的氧化钙。方镁石指游离状态的MgO晶体。可塑性：当粘土与适量的水混练后形成泥团，此泥团在外力作用下产生变形但不开裂，当外力去掉以后，仍能保持其形状不变的性质；结合性：指粘土能够结合非塑性原料

5、而形成良好的可塑泥团，并且有一定干燥强度的能离子交换性：指粘土颗粒带有电荷，其来源是SiO4四面体中的S4+被Al3+取代而出现负电荷，为了保持粘土颗粒表面的电价平衡，粘土颗粒在水系统中则吸附其他异电荷离子；触变性：指粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低，泥浆的流动性会增加，静置后恢复原状；收缩：指粘土泥料在干燥时颗粒间的水分排出，颗粒互相靠拢，引起体积收缩，称为干燥收缩；烧结性能：指粘土在煨烧过程中，温度超过800900c以上时，低共熔物出现，并填充在固体颗粒之间，由于其表面张力的作用，使固体颗粒进一步靠拢，引起体积急剧收缩，气孔率下降，密度提高，并具有一定的强度；耐火度：粘土原料

6、抵抗高温作用不致熔化的能力。它反映了材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性；目：每平方英寸筛网上的空眼数目；陈腐：经过细磨后的坯料，包括可塑坯料、注浆坯料、干压坯料，陈放一段时间，使坯料水分均匀，性能提高的工艺；真空练泥：泥料在真空练泥机进行的真空处理；休止角：粉体堆积层的自由斜面与水平面所形成的最大角；一次烧成：经成型、干燥或施釉后的生坯，在烧成窑内一次烧成陶瓷产品；二次烧成：经过成型、干燥的生坯先在素烧窑内进行素烧，然后经检选、施釉等工序后再进行釉烧窑内进行釉烧。阐述无机材料生产工艺过程的共性与个性。请分别说明SiO2、A12O3、K2O、Na2O、CaOMgO、Fe2O3、TiO2在陶瓷中的

7、作用和影响？SiO2:主要成分，含量很高，直接影响瓷的强度及其它性能；A12O3：主要成分，提高机械强度、硬度、化学稳定性、热稳定性和白度等物理化学性能；K2O和Na2O:助熔作用，提高透明度；碱土金属氧化物(CaQMgO等)：助熔作用，可以提高热稳定性、机械强度、白度与透光度，并减弱铁、钛的着色。长石质和绢云母质瓷坯料组成的特点？长石质瓷由石英-方石英-莫来石-玻璃相构成，其相组成范围为玻璃相50%60%,莫来石晶相10%20%,残余石英8%12%,半安定方石英6%10%;绢云母质瓷的坯料由瓷石和高岭石组成。绢云母质瓷由“石英-方石英-莫来石-玻璃相”构成，具有长石质瓷的特征。为什么在熟料燃

8、烧中要严格控制游离氧化钙的含量？经高温煨烧的游离氧化钙结构比较致密，水化很慢，通常要在3天后才明显反应。水化生成氢氧化钙体积增加97.9%,在硬化的水泥浆体中造成局部膨胀应力，严重时引起安定性不良。另外，随着游离氧化钙含量的增加，硅酸盐水泥熟料中C3S含量减少，从而导致抗弯强度的降低，进而引起3天以后强度倒缩。阐述无机材料的组成设计和原料选用的原则和考虑因素？(1)利用积累的数据和经验(2)满足产品的物理化学性质和使用要求，成熟的工业产品的性能指标还要符合国家标准、行业和部门标准及企业的标准；(3)了解各种原料的化学成分、矿物组成、粒度等物理状态，了解原料各成分对产品性能的影响，尤其是含量较小

9、的原料和成分的影响；(4)满足生产工艺的要求(5)考虑原料来源、质量稳定性及价格因素：通常选来源丰富、质量稳定、运输方便、价格低廉，量材使用，物尽其用，充分利用废料等。球磨机粉碎物料的粉碎原理是什么？球磨机内装有研磨体（研磨介质）和物料，球磨机转动时使研磨体随之转动。研磨体一方面由于磨机带动顺着磨机筒壁向上移动，同时研磨体自己顺着磨机旋转方向自转。当研磨体转往磨机筒体上半部时，如果研磨体的惯性离心力小于研磨体的重力，研磨体以抛物线轨迹下落撞击磨机筒体内的物料使物料粉碎。研磨体在向上转动时对物料也有研磨作用。随球磨机转速的变化，物料出现那三种转动状态，对研磨效率有什么影响？随磨机转速的变化，物料

10、和研磨体可出现三种情况。（1）磨机转速太快，研磨体与物料粘附筒体一起回转，称为周转状态”或离心状态”，研磨体对物料起不到冲击和研磨作用。（2）当磨机转速太慢，研磨体和物料因摩擦力的作用被筒体带到等于动摩擦角的高度时，研磨体和物料就下滑，称为倾斜状态”，对物料有研磨作用而没有冲击作用，粉磨效率不高。（3）当磨机转速适中时，研磨体提升到一定高度后抛落下来，称为抛落状态”，研磨体对物料有较大的冲击和研磨作用，粉磨效率高。影响球磨机粉磨效率的因素有哪些，请论述？1、粉磨物料的性质：粉磨物料的强度、硬度、脆性、韧性、粒度、易磨性、温度、水分含量；2、助磨剂：提高粉碎效率；3、粉磨产品细度：产品要求越细，

11、则磨机产量越低；4、设备和流程：设备规格越大产量越高，开路系统颗粒分布较宽，闭路系统与开路系统相比，由于细粉被及时筛出，产品粒度分布较窄；5、研磨体：研磨体的形状、大小、多少、级配、密度等对磨机产量有明显的影响；6、干法磨机通风：良好的通风可冷却磨内物料，改善易磨性，排出水蒸气，增加极细物料的流速，使之及时卸出磨机，利于提高粉磨效率和增加产量；7、干法磨水冷却：主要是磨内雾化喷水，可有效带出磨内热量，消除静电凝聚，有利于提高产量；8、磨机的操作：喂料量适当且均衡稳定是提高产量、质量的重要措施。先进的操作方法，完善的管理制度有利于提高产量和质量。对无机材料来说，如何区别易磨性和易碎性，各与哪些因

12、素有关？试举例说明。物料的易碎性与物料的强度、硬度、密度、结构的均匀性、含水量、粘性、裂痕、表面情况和形状有关。强度和硬度是表示物料抵抗外力的能力。强度和硬度大的物料粉碎困难，但是物料破碎难易程度的决定性因素是物料的强度。硬度大而强度小（即结构松弛而性脆）的物料比强度大而硬度稍小（即韧而稍软）的物料易于破碎。硬度大的物料粉磨很困难，而且粉磨过程设备的衬板和研磨体很容易磨损。为满足陶瓷成型的要求，坯料制备有什么要求？1、配方准确：为了保证产品的性能，坯料的组成需满足配方的要求，需准确称量；2、组分均匀：坯料中的各个组分包括主要原料、水分、添加剂等都应均匀混合，否则会使坯体或制品出现缺陷，降低产品

13、性能；3、细度合理：各组分的颗粒应达到一定细度，并具有合理的粒度分布，以保证产品的性能和后续工序的进行；4、气孔少：各种坯料中或多或少都含有一定的空气。这些空气的存在对产品品质和成型都有不利的影响，应尽量减少空气含量。可塑坯料制备有哪些工艺流程，举例说明？1、硬质、软质原料共同湿法细磨：法称重配料比较准确，湿法球磨细度较高且混合均匀，颗粒级配比较合理，微细颗粒较多，可塑性相对提高，但是硬、软质原料同时入球磨效率低，电耗多，干料进磨劳动强度大，且粉尘较多；2、湿法细碎、泥浆混合：硬质原料独自入球磨细碎（只加少量粘土入磨以提高效率）原料调成泥浆后，按体积比例与硬质原料磨成的泥浆配合，这种方案适合于

14、多种配方及大规模生产的工厂，但原料品种不能太多，浆池、浆泵数量需要多些；3、干粉细碎，调水湿润：这个方案采用雷蒙磨（环滚磨机）干法细碎，在双轴搅拌机中加水润湿到要求水分，省去压滤工序。试举例说明压制粉体造粒的方法和各自的特点？普通造粒法是将粉料加适量的水溶液，混合均匀然后过筛，由于粘结剂的粘聚作用及筛子的影响陶瓷压制成型后坯体密度和强度的因素有哪些？结合第三章配合料制备进行论述？振动或旋转作用，就得到粒度大小比较均匀的团粒。料；加压造粒法是将混合好粘结剂的粉料预压成块，粒。加压造粒法的优点是造出的团粒体积密度大，此法实验室中常用，适于制造少量试验然后再粉碎过筛，制备粒度和形状合格的团力学强度高

15、，能满足各种大件和异形制品的成型要求，是生产上常用的造粒法。但是产量小，劳动强度高，不能适应大量生产；喷雾干燥造粒法是用喷雾器将制好的料浆喷入造粒塔进行雾化，这时进入塔内的雾滴与从另一路进入塔内的热空气会合或相遇而进行干燥，雾滴中的水分受热空气的干燥作用，即在塔内蒸发而成为干料，然后经旋风分离器吸入料斗，装袋备用。喷雾干燥造粒法得到的球状团粒流动性好。这种造粒法是现代化大规模生产所采用的，其优点是产量大，可以连续生产，劳动强度也大为降低，并为自动化成型工艺创造了良好条件。画出可塑泥团的应力-应变曲线，并解释图中各参数的意义？L应力；£-形变；by-弹性的极限值，称为流动极限（或称流限

16、、屈服值）；&假塑性变形；sy可塑泥团在超过弹性极限的应力作用下变形，应力撤去后回复部分形变；bP-强度极限；£p-最大变形量。两个参数对成型过程有实际的意义，即屈服值W和最大变形量平。成型性能好的泥团应该有一个足够高的屈服值，以防偶然的外力引起变形；而且应有足够高的变形量，使得成型过程中变形虽大，但不致出现裂纹。但这两个囹应变£图黏土泥团的应力-应变曲线参数并不是孤立的，一般可以近似地用屈服值和最大变形量的乘积来评价泥团的成型性能。这也是直接评价可塑性的方法。对于一定的泥团来说，在合适的水分下，这个乘积达到最大值也就具有最好的成型能力。影响泥浆流变性能的因素是什么

17、？2、3、4、5、6、泥浆的浓度：不同浓度的可塑粘土泥浆在浓度增加时，要获得同一剪切速率则所需施加的应力增大；固相的颗粒大小：对于高浓度高岭土（粘土）泥浆来说，其流变性能是颗粒分布的函数;电解质的加入：向泥浆中加入电解质是控制其流动性和稳定性的有效方法；陈腐：在陈放过程中黏度和屈服值会逐渐加大；有机物质：胶体腐殖质是一系列酸性的高分子聚合物，腐殖质会降低粘土泥浆的黏度，增加其流动性；可溶性盐类：粘土中的可溶性盐类通常为碱金属与碱土金属的氯化物、硫酸盐等，这些盐类一般都会提高泥浆的黏度。1、粉料装模时自由堆积的孔隙率V0愈小，则坯体成型后的孔隙率V也愈小，密度和强度就越大；2、增加压力p,可使坯

18、体孔隙率V减小，而且它们呈指数关系，则可使成型后坯体的密度和强度增加；3、延长加压时间t,也可降低坯体气孔率，但会降低生产率；4、减少颗粒间内摩擦力小也可使坯体孔隙率降低，增加成型坯体的密度和强度；5、坯体形状、尺寸及粉料性质都会影响坯体的密度大小和其均匀性。浮法成型过程对浮抛介质是如何考虑的？1、金属在1050c的密度大于2500kg/m3,使玻璃液能漂浮在金属液上；2、熔点应低于600C,沸点高于1050C,1000c的蒸汽压应尽可能低，13.33Pa。使在玻璃成型的温度范围内呈液态，并避免挥发。3、容易还原，在还原气氛中能以单质金属液存在。4、在1000c左右温度下，不与玻璃发生化学反应

19、。陶瓷坯体在烧成过程中发生了哪些物理化学变化，具体各是怎样？陶瓷坯体在烧成过程中会发生一系列的物理化学变化，一般可将其烧成过程划分为四至五个阶段。粘土、长石、石英为主要配料原料的普通陶瓷的烧成过程四个阶段：低温阶段、氧化分解阶段、高温阶段、冷却阶段。1、低温阶段（室温300C）：坯体在此阶段主要是排除干燥时未能排除的残留水分，不发生化学变化；2、氧化分解阶段（300950C）:坯体中所含有机物、碳酸盐以及铁质化合物等大都在此阶段进行氧化或分解。此外，还有晶型转变、结构水排除，以及一些物理变化；3、高温阶段（950c至最高烧成温度）：A、在1050c以前，继续上述尚未完成的氧化分解反应；B、硫酸

20、盐的分解和高价铁的还原与分解；C、形成大量液相和莫来石晶体：高岭石脱水后形成的偏高岭石形成了Al-Si尖晶石（2Al2O3?3SiQ）,尖晶石相继续受热，便从1000c开始转变为莫来石和方石英；D、新相的重结晶和坯体的瓷化；4、冷却阶段（烧成温度常温）：坯体在冷却阶段发生的物理化学变化主要有：液相析晶，液相过冷为玻璃相，残余石英发生晶型转变。长石质瓷坯体的显微结构特征，各物相的主要作用是什么？长石质瓷坯体由下列几个组分构成：玻璃相为40%-65%,莫来石晶体为10%-30%,残余石英（含方石英）为10%-25%,以及少量气孔。1、莫来石：莫来石是普通陶瓷的主晶相，是陶坯内部的骨架。莫来石的种类

21、、大小、分布等诸因素对瓷坯的强度有显著的影响。并且对瓷坯的其他性能也有影响。粘土团粒中形成的莫来石分为发育较差的鳞片状莫来石和发育得较好、排列整齐的人字形莫来石，玻璃相中析出的莫来石为细针状，交织成网；2、玻璃相：玻璃相的高温的黏度决定着瓷坯抵御高温变形的能力；冷却后，玻璃相的力学强度对瓷坯的力学强度起主要作用；玻璃相的量对陶瓷坯体的致密性有重要的作用；3、气孔：气孔在瓷坯中的多少、大小、形状、分布、位置对瓷坯的强度、透光性、致密性、介电性能、热传导性能、吸湿膨胀性等都有较为明显的作用；4、石英：合理的石英颗粒能大大提高瓷坯的强度。同时石英能使瓷坯的透光度和白度得到改善。陶瓷烧成过程烧结助剂的

22、作用？1、烧结助剂与结晶相形成固溶体，增加晶格缺陷，促进晶格扩散，使坯体致密，减少气孔；2、烧结助剂与结晶相在晶界上形成化合物，阻止晶界移动，抑制晶粒长大。3、烧结助剂与瓷坯中某些组分形成低共熔物，促进烧结。分析工艺因素对陶瓷显微结构的影响？1、陶瓷原料与配比：CaO是陶瓷坯体中的常见组分之一，石灰石（方解石、大理石）、硅灰石等原料都含CaO,但是，不同的原料会形成不同的显微结构；2、原料粉末的特征：A、颗粒大小：加工后的原料颗粒粒度对瓷坯的显微结构形成有重要影响，对晶相、气相、液相都有影响，它对晶相的大小影响最强；B、粒度分布：粒度分布会影响陶瓷坯体的最终致密度；C、颗粒形状：原料颗粒的形状

23、对结构形成的影响也表现在坯体烧结后的密度上。球星结构的颗粒在烧结过程中，颗粒易于运动，有利于致密化；片状结构，易造成颗粒在坯体中成取向排列，成型时不致密。3、烧结助剂：加入烧结助剂，有利于烧结的进行；4、烧成制度：烧成温度：烧成制度温度对瓷坯的密度、晶粒大小及相的分布等有影响；烧成气氛：陶瓷坯体烧成的气氛是影响产品结构和性能的重要因素之一；压力：陶瓷烧结过程中是否加压对陶瓷的晶体大小、均匀程度、致密度等有很大影响。试说明烧成制度对陶瓷产品性能的影响？1、烧成温度：烧成温度的高低，直接影响晶粒尺寸、液相的组成和数量以及气孔的形貌和数量；2、保温时间：在实践生产中，适当降低烧成温度，延长保温时间，

24、有利于提高产品品质，降低烧结损失率。保温时间直接关系到晶体的形成率和晶花的大小、现状；3、升、降温速率：烧结过程（包括冷却过程）中的升降温速率时候恰当，较直观地是看其制品在烧成过程中体积热胀冷缩带来的影响（有无变形、开裂）。另外，升降温速度对制品的微观结构形成及最终产品的性能也有不可忽视的影响；4、烧成气氛：气氛会影响陶瓷坯体高温下的物化反应速度、体积变化、晶粒尺寸及气孔大小，甚至相组成等。水泥熟料煨烧过程碳酸钙分解反应的特点，分析影响碳酸盐分解的因素？碳酸钙的分解过程包括两个传热过程（热气流向颗粒表面传热，热量以传导方式由表面向分解面的传热过程）、一个化学反应（碳酸钙分解为二氧化碳）、两个传

25、质过程（分解放出二氧化碳气体穿过分解层向表面扩散和表面二氧化碳向大气扩散）。影响碳酸钙分解反应的因素：1、石灰石的结构和物理性质：结构致密、质点排列整齐、晶粒粗大、晶体缺陷少的石灰石质地坚硬，分解反应困难；2、生料细度：生料细度细，颗粒均匀，粗粒少，而且生料的比表面积增加，使传热和传质速度加快，有利于分解反应；3、反应条件：提高反应温度，分解反应的速度加快同时促进二氧化碳扩散速度加快，加强通风，及时地排出反应生成的二氧化碳气体，则可加速分解反应；4、生料悬浮分散程度：悬浮分散性好，可提高换热面积，减少传质阻力，迅速提高分解速度；5、粘土质组分的性质：粘土质原料的主导矿物是活性大的高岭土，由于其

26、容易和分解产物CaO直接进行固相反应生成低钙碳化物，从而可加速碳酸钙的分解速度。熟料冷却的作用是什么？1、提高熟料的质量：慢冷时3-CS转化为丫-2S,同时体积膨胀约10%,结果使熟料“粉化”，因丫-宽几乎没有水硬性，会使熟料质量下降；快冷并固溶一些离子等可以避免3型向丫型转化，从而获得较高的水硬性。2、改善熟料的易磨性：急冷熟料的玻璃体含量较高，同时造成熟料产生内应力，而且熟料矿物晶体较小，所以快冷可显著改善熟料的易磨性；3、回收余热：有利于窑内燃料的燃烧，提高窑的热效率；4、有利于熟料的输送、储存和粉磨：为防止水泥粉磨时，磨内温度过高而造成水泥的“假凝”现象，并影响粉磨设备的正常运转，必须

27、将熟料冷却到较低的温度。影响玻璃熔制的因素有那些？1、玻璃的化学组成：熔制速率、熔化温度、挥发、堪竭、设备、耐火材料等；2、配合料的物理状态：原料的选择影响配合料分层、挥发、熔化等，配合料的颗粒组成影响均化、熔融速率、时间、澄清等，配合料中碎玻璃的引入量促进熔化，配合料的均匀度影响熔体质量和熔制速率；4、加料方式；5、熔窑熔制制度：A、熔制温度制度：温度越高，反应越强烈，二氧化硅成分溶解越快，澄清、均化也越容易；B、熔制气氛性质和压力制度：对配合料组分的分解、熔体澄清过程、氧化还原反应有重要影响；6、加速剂和澄清剂的应用；7、耐火材料或增蜗：耐火材料的耐火度、荷重软化、抗侵蚀性对所熔制的材料的质量与产量有显著影响。湖南醴陵为中国陶瓷的重要产地，某瓷坯化学组成为：SiQAI2O3Fe2O3CaOMgOK2ONmO灼减量69.6720.200.450.320.232.690.555.80若使用以下原料（其示性矿物组成（）如下表所示），试计算坯料配方。原料高岭石(A14S40io(OH)8)钾长石（KA1S3O8）石英（SQ）高岭土原料长石原料96.781.96100.01.26石英原料4.495.61）首先将瓷坯的化学组成表示为示性矿物组成。其中，Ca、Mg、Na都纳入钾长