第11章陶瓷材料思考题

1、第第11章章 陶瓷材料思考题陶瓷材料思考题思考题思考题1、简述传统陶瓷与先进陶瓷的区别？、简述传统陶瓷与先进陶瓷的区别？2、先进陶瓷是如何分类的？、先进陶瓷是如何分类的？3、陶瓷粉体的化学制备方法有哪些？、陶瓷粉体的化学制备方法有哪些？4、简述陶瓷的主要成形方法。、简述陶瓷的主要成形方法。 5、陶瓷烧结的推动力？简述陶瓷烧结的基本过程。、陶瓷烧结的推动力？简述陶瓷烧结的基本过程。 6、什么是氧化锆陶瓷的相变增韧？、什么是氧化锆陶瓷的相变增韧？7、非氧化物陶瓷的共同特点是什么？、非氧化物陶瓷的共同特点是什么？8、为什么金属通常具有良好的塑性，而陶瓷却是脆性的？、为什么金属通常具有良好的塑性，而陶

2、瓷却是脆性的？ 9、解释超导材料的临界温度、临界磁场、临界电流。、解释超导材料的临界温度、临界磁场、临界电流。 10、简述陶瓷与玻璃在结构和性能上的差异。、简述陶瓷与玻璃在结构和性能上的差异。11、什么是钢化玻璃？对玻璃进行钢化的主要方法有哪些？、什么是钢化玻璃？对玻璃进行钢化的主要方法有哪些？12、膜过滤材料主要分为哪几类？各有何特点？、膜过滤材料主要分为哪几类？各有何特点？1、简述传统陶瓷与先进陶瓷的区别？、简述传统陶瓷与先进陶瓷的区别？传统陶瓷：是指由硅酸盐矿物原料经细碎、传统陶瓷：是指由硅酸盐矿物原料经细碎、混合、成型、烧成、彩绘等工序而获得的具有坚混合、成型、烧成、彩绘等工序而获得的

3、具有坚硬结构的硅酸盐制品。可分为陶器、炻器、瓷器。硬结构的硅酸盐制品。可分为陶器、炻器、瓷器。先进陶瓷：是伴随现代工业技术的发展而出先进陶瓷：是伴随现代工业技术的发展而出现的各种新型陶瓷的总称。在原料、工艺方面有现的各种新型陶瓷的总称。在原料、工艺方面有别于传统陶瓷，通常采用高纯、超细原料，通过别于传统陶瓷，通常采用高纯、超细原料，通过组成和结构设计并采用精确的化学计量和新型制组成和结构设计并采用精确的化学计量和新型制备技术制成性能优异的陶瓷材料。先进陶瓷也被备技术制成性能优异的陶瓷材料。先进陶瓷也被称之为称之为“特种陶瓷特种陶瓷”等。可分为结构陶瓷、功能陶等。可分为结构陶瓷、功能陶瓷、陶瓷基

4、复合材料。瓷、陶瓷基复合材料。返回2、先进陶瓷是如何分类的？、先进陶瓷是如何分类的？（1）按特性。可分为结构陶瓷、功能陶瓷、）按特性。可分为结构陶瓷、功能陶瓷、陶瓷基复合材料。陶瓷基复合材料。（2）按材质。可分为氧化物陶瓷、非氧化物）按材质。可分为氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷。陶瓷。（3）按用途。可分为电子陶瓷、热陶瓷、耐）按用途。可分为电子陶瓷、热陶瓷、耐磨陶瓷、光陶瓷、敏感陶瓷、核陶瓷、化学陶瓷、磨陶瓷、光陶瓷、敏感陶瓷、核陶瓷、化学陶瓷、高温结构陶瓷、生物结构陶瓷、陶瓷基复合材料。高温结构陶瓷、生物结构陶瓷、陶瓷基复合材料。返回3、陶瓷粉体的化学制备方法有哪些？、陶瓷粉体的化学制备方法有哪些

5、？（1）沉淀法：金属盐溶液与沉淀剂中的）沉淀法：金属盐溶液与沉淀剂中的OH反应生成氢氧化物沉淀，分离脱水后可获得纳米反应生成氢氧化物沉淀，分离脱水后可获得纳米级氧化物陶瓷粉末。分为直接沉淀法、均匀沉淀级氧化物陶瓷粉末。分为直接沉淀法、均匀沉淀法和共沉淀法，是制备氧化物陶瓷纳米粉末的常法和共沉淀法，是制备氧化物陶瓷纳米粉末的常用方法。用方法。（2）溶胶凝胶法：金属有机或无机化合物）溶胶凝胶法：金属有机或无机化合物经过溶液溶胶凝胶过程，再将凝胶干燥后进经过溶液溶胶凝胶过程，再将凝胶干燥后进行煅烧，获得氧化物或非氧化物超细粉末的方法。行煅烧，获得氧化物或非氧化物超细粉末的方法。按产生溶胶凝胶过程的机

6、制，可分为传统胶体按产生溶胶凝胶过程的机制，可分为传统胶体型、无机聚合物型和络合物型。型、无机聚合物型和络合物型。返回（3）水热法：在高温、高压水）水热法：在高温、高压水(或溶剂或溶剂)中进行有中进行有关化学反应来合成超细粉末的方法，水热反应包括：水关化学反应来合成超细粉末的方法，水热反应包括：水热氧化、水热沉淀、水热合成、水热还原、水热分解和热氧化、水热沉淀、水热合成、水热还原、水热分解和水热结晶水热结晶（4）热分解法：将金属盐直接加热分解来制备超）热分解法：将金属盐直接加热分解来制备超细粉的方法，如果是将金属盐溶液经喷雾后热分解，则细粉的方法，如果是将金属盐溶液经喷雾后热分解，则称为喷雾热

7、分解法。称为喷雾热分解法。（5）溶剂蒸发法：通过溶剂的挥发使溶质浓度增）溶剂蒸发法：通过溶剂的挥发使溶质浓度增大，获得过饱和溶液，来制备超细粉的方法。分冷冻干大，获得过饱和溶液，来制备超细粉的方法。分冷冻干燥法、喷雾干燥法、喷雾热分解法和喷雾反应法。燥法、喷雾干燥法、喷雾热分解法和喷雾反应法。3、陶瓷粉体的化学制备方法有哪些？、陶瓷粉体的化学制备方法有哪些？返回（6）高温自蔓延燃烧法：利用金属与碳或氮）高温自蔓延燃烧法：利用金属与碳或氮反应时的放热来加热物料，使合成反应自发进行反应时的放热来加热物料，使合成反应自发进行直至完成，主要用于合成碳化物和氮化物粉末。直至完成，主要用于合成碳化物和氮化

8、物粉末。 （7）化学气相沉积法：气相反应物在高温下）化学气相沉积法：气相反应物在高温下进行反应合成纳米粉末的方法，根据加热方式不进行反应合成纳米粉末的方法，根据加热方式不同，可分为热同，可分为热CVD、激光、激光CVD、等离子体、等离子体CVD。3、陶瓷粉体的化学制备方法有哪些？、陶瓷粉体的化学制备方法有哪些？返回从气态成型从气态成型：气相沉积（：气相沉积（PVDPVD、CVDCVD）。）。从液态成型从液态成型：注浆、热压铸、凝胶注模、熔铸、流：注浆、热压铸、凝胶注模、熔铸、流延、无模喷墨、喷丝等。延、无模喷墨、喷丝等。可塑态成型可塑态成型：挤压、旋压、拉坯、车坯、注塑、轧：挤压、旋压、拉坯、

9、车坯、注塑、轧模等。模等。从固态成型从固态成型：模压、等静压、热压、热等静压等。：模压、等静压、热压、热等静压等。4、简述陶瓷的主要成形方法。、简述陶瓷的主要成形方法。 返回4、简述陶瓷的主要成形方法。、简述陶瓷的主要成形方法。 （1）注浆成型：通过溶剂（水）和粘结剂（粘）注浆成型：通过溶剂（水）和粘结剂（粘土）使陶瓷粉末形成浆体，倒入具有产品形状的石土）使陶瓷粉末形成浆体，倒入具有产品形状的石膏模内，当浆体外层的水分被多孔的石膏模吸收后，膏模内，当浆体外层的水分被多孔的石膏模吸收后，倒出剩余浆体，将得到的中空壳体从铸模中取出，倒出剩余浆体，将得到的中空壳体从铸模中取出，经干燥、烧成得到制品。

10、经干燥、烧成得到制品。（2）流延成型：浆体浇注到通过一个刮刀的运）流延成型：浆体浇注到通过一个刮刀的运动带上，通过刮刀与带之间的距离精密地控制膜的动带上，通过刮刀与带之间的距离精密地控制膜的厚度，经干燥、固化后从上剥下成为生坯带的薄膜厚度，经干燥、固化后从上剥下成为生坯带的薄膜 ，然后根据成品的尺寸和形状需要对生坯带作冲切、然后根据成品的尺寸和形状需要对生坯带作冲切、层合等加工处理，制成待烧结的毛坯成品。层合等加工处理，制成待烧结的毛坯成品。返回（3）热压铸成形：将无可塑性的瘠性陶瓷粉）热压铸成形：将无可塑性的瘠性陶瓷粉料与热石蜡液均匀混合形成可流动的浆料，在一料与热石蜡液均匀混合形成可流动的

11、浆料，在一定压力下注入金属模具中成型，冷却待蜡浆凝固定压力下注入金属模具中成型，冷却待蜡浆凝固后脱模取出成型好的坯体。坯体经适当修整，埋后脱模取出成型好的坯体。坯体经适当修整，埋入吸附剂中加热进行脱蜡处理，然后再脱蜡坯体入吸附剂中加热进行脱蜡处理，然后再脱蜡坯体烧结成最终制品。烧结成最终制品。（4）挤制成形：将炼好并通过真空除气的泥）挤制成形：将炼好并通过真空除气的泥料，置于挤制筒内，在压力的作用下，通过机嘴料，置于挤制筒内，在压力的作用下，通过机嘴挤出各种形状的坯件。挤出各种形状的坯件。4、简述陶瓷的主要成形方法。、简述陶瓷的主要成形方法。 返回（5）模压成形：将粉料加入少量的粘结剂进）模压

12、成形：将粉料加入少量的粘结剂进行造粒，然后将造粒后的粒料置于钢模中，在压行造粒，然后将造粒后的粒料置于钢模中，在压力机上压成一定形状的坯体的方法。力机上压成一定形状的坯体的方法。（6）等静压成形：将预压好的坯料包封在弹）等静压成形：将预压好的坯料包封在弹性的塑料或橡胶模具内，然后置于高压容器中，性的塑料或橡胶模具内，然后置于高压容器中，利用液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的利用液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质从各个方向对试样进行均匀加压的方法。性质从各个方向对试样进行均匀加压的方法。4、简述陶瓷的主要成形方法。、简述陶瓷的主要成形方法。 返回5、陶瓷烧结的推动力？简述陶瓷烧结的基

13、本过、陶瓷烧结的推动力？简述陶瓷烧结的基本过程。程。 陶瓷烧结的推动力是粉体的表面能降低和系陶瓷烧结的推动力是粉体的表面能降低和系统自由能降低。统自由能降低。基本过程：在陶瓷的生坯中，颗粒之间点接基本过程：在陶瓷的生坯中，颗粒之间点接触。温度升高，物质通过不同的扩散途径向颗粒触。温度升高，物质通过不同的扩散途径向颗粒间的颈部和气孔部位填充，使颈部渐渐长大，细间的颈部和气孔部位填充，使颈部渐渐长大，细小的颗粒之间开始形成晶界，并不断扩大晶界面小的颗粒之间开始形成晶界，并不断扩大晶界面积，直至气孔之间不再连通，形成孤立的气孔分积，直至气孔之间不再连通，形成孤立的气孔分布于晶粒相交的位置。孤立的气孔

14、扩散到晶界上布于晶粒相交的位置。孤立的气孔扩散到晶界上消除，同时晶粒继续均匀长大。消除，同时晶粒继续均匀长大。返回6、什么是氧化锆陶瓷的相变增韧？、什么是氧化锆陶瓷的相变增韧？ZrO2的晶型转变：的晶型转变：单斜单斜 ZrO2 为低温稳定晶型，加热到约为低温稳定晶型，加热到约 1200时转变成四方时转变成四方 ZrO2 。单斜相转变成四方相时有。单斜相转变成四方相时有 7.7%的体积收缩。冷却过程中，温度低于的体积收缩。冷却过程中，温度低于 1000时，时，四方相又逆向地转变成单斜相，在这一转变时体积四方相又逆向地转变成单斜相，在这一转变时体积增大、密度下降，其密度分别为：增大、密度下降，其密

15、度分别为：m-ZrO2 为为 5.56 g/cm3 ， t-ZrO2 为为 6.10 g/cm3, c-ZrO2 为为 6.27 g/cm3 。返回6、什么是氧化锆陶瓷的相变增韧？、什么是氧化锆陶瓷的相变增韧？当部分稳定的氧化锆，存在于陶瓷基体中时即存在当部分稳定的氧化锆，存在于陶瓷基体中时即存在 t -ZrO2m-ZrO2 的可逆相变特性，晶体结构的转变伴随着的可逆相变特性，晶体结构的转变伴随着 3-5%的体积膨胀。的体积膨胀。 ZrO2 颗粒弥散在其它陶瓷颗粒弥散在其它陶瓷(包括包括 ZrO2本身本身)基体中，由于基体中，由于二者具有不同的热膨胀系数，烧结完成后，在冷却过程中，二者具有不同

16、的热膨胀系数，烧结完成后，在冷却过程中，ZrO2 颗粒周围则有不同的受力情况，当它受到基体的压抑，颗粒周围则有不同的受力情况，当它受到基体的压抑，ZrO2的相转变也将受到压制。的相转变也将受到压制。ZrO2 还有另外一个特性，其相还有另外一个特性，其相变温度随着颗粒尺寸的降低而下降，一直可降到室温或室温变温度随着颗粒尺寸的降低而下降，一直可降到室温或室温以下。当基体对以下。当基体对ZrO2 有足够的压应力，而有足够的压应力，而 ZrO2 的颗粒度又的颗粒度又足够小，则其相变温度可降至室温以下，这样在室温时足够小，则其相变温度可降至室温以下，这样在室温时 ZrO2 仍可保持四方相。当材料受到外应

17、力时，基体对仍可保持四方相。当材料受到外应力时，基体对 ZrO2 的压抑的压抑作用得到松弛，作用得到松弛，ZrO2 颗粒即发生四方相到单斜相的转变，并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，达到增强断裂韧性的效果，这就是增强断裂韧性的效果，这就是 ZrO2的相变增韧。的相变增韧。 返回补充：晶型转变补充：晶型转变晶型转变又称多晶转变。同种物质由于环境晶型转变又称多晶转变。同种物质由于环境温度变化，材料中晶体结构发生相应变化的现象温度变化，材料中晶体结构发生相应变化的现象。分为可逆和不可逆转变两大类。分

18、为可逆和不可逆转变两大类。由于不同晶型比重不同，内部质点排列不同由于不同晶型比重不同，内部质点排列不同，因此晶型转变时伴有，因此晶型转变时伴有体积变化体积变化、导电率变化和、导电率变化和比热容变化等现象发生，对材料生产工艺和使用比热容变化等现象发生，对材料生产工艺和使用有重要影响。有重要影响。返回补充：晶型转变补充：晶型转变-氧化铝氧化铝-Al2O3的密度小，且高温下不稳定，加热到的密度小，且高温下不稳定，加热到 11001200时缓慢转变为时缓慢转变为-Al2O3 ，到，到 1450时一转变过程时一转变过程才全部完成，由才全部完成，由-Al2O3 向向-Al2O3 转变时放热转变时放热 32

19、.8kJ/mol，体积收缩体积收缩 14.3%。-Al2O3是所有是所有 Al2O3变体中结构最紧密、活性最低、电变体中结构最紧密、活性最低、电学性质最好的晶相，在所有温度下都是稳定的，其它变体当温学性质最好的晶相，在所有温度下都是稳定的，其它变体当温度达到度达到 10001600时都不可逆地转变为时都不可逆地转变为-Al2O3。需要对需要对-Al2O3原料煅烧。原料煅烧。返回补充：晶型转变补充：晶型转变-二氧化硅二氧化硅返回7、非氧化物陶瓷的共同特点是什么？、非氧化物陶瓷的共同特点是什么？（1）非氧化物陶瓷原料在自然界很少存在，需）非氧化物陶瓷原料在自然界很少存在，需要人工来合成原料，然后再

20、按陶瓷工艺来做成陶瓷制要人工来合成原料，然后再按陶瓷工艺来做成陶瓷制品。品。（2）由于非氧化物标注生成自由焓一般大于相）由于非氧化物标注生成自由焓一般大于相应的氧化物标注生成自由焓，在原料的合成和陶瓷烧应的氧化物标注生成自由焓，在原料的合成和陶瓷烧结时，易生成氧化物，因此必须在保护下气体中进行结时，易生成氧化物，因此必须在保护下气体中进行烧结，在高温氧化环境下，非氧化物陶瓷易于在表面烧结，在高温氧化环境下，非氧化物陶瓷易于在表面氧化生成一层氧化物膜。氧化生成一层氧化物膜。（3）非氧化物一般是以键性很强共价键键合，）非氧化物一般是以键性很强共价键键合，故非氧化物陶瓷比相应的氧化物陶瓷更难熔和难烧

21、结。故非氧化物陶瓷比相应的氧化物陶瓷更难熔和难烧结。（4）硬度高、强度好、热导率高。）硬度高、强度好、热导率高。返回8、为什么金属通常具有良好的塑性，而陶瓷却、为什么金属通常具有良好的塑性，而陶瓷却是脆性的？是脆性的？ 金属材料是以金属键键合，金属键没有方向性，金属材料是以金属键键合，金属键没有方向性，存在较多的滑移系，单晶体产生塑性变形的原因是原存在较多的滑移系，单晶体产生塑性变形的原因是原子的滑移位错。多晶体的塑性变形中，除了各晶粒内子的滑移位错。多晶体的塑性变形中，除了各晶粒内部的变形（晶内变形）外，各晶粒之间也存着变形部的变形（晶内变形）外，各晶粒之间也存着变形（称为晶间变形）。多晶体

22、的塑性变形是晶内变形和（称为晶间变形）。多晶体的塑性变形是晶内变形和晶间变形的总和。而通常使金属晶体变形所需的切应晶间变形的总和。而通常使金属晶体变形所需的切应力都比较小，所以金属具有良好的塑形。力都比较小，所以金属具有良好的塑形。陶瓷材料是以共价键与离子键混合键合，具有方陶瓷材料是以共价键与离子键混合键合，具有方向性，只能形成较少的滑移系，难以发生变形，而陶向性，只能形成较少的滑移系，难以发生变形，而陶瓷材料本身存在微裂纹，在裂纹尖端处易导致应力集瓷材料本身存在微裂纹，在裂纹尖端处易导致应力集中，当受到较大应力下，裂纹扩展，直至断裂，表现中，当受到较大应力下，裂纹扩展，直至断裂，表现出脆性。

23、出脆性。返回9、解释超导材料的临界温度、临界磁场、临界、解释超导材料的临界温度、临界磁场、临界电流。电流。临界温度临界温度Tc：材料出现超导特性的最高温度：材料出现超导特性的最高温度临界磁场临界磁场Hc：破坏超导态的最小磁场强度：破坏超导态的最小磁场强度 Hc=Hc0(1-T2/Tc2) (TTc)临界电流临界电流Ic：超导态允许流动的最大电流：超导态允许流动的最大电流Ic=1/2aHc返回10、简述陶瓷与玻璃在结构和性能上的差异。、简述陶瓷与玻璃在结构和性能上的差异。结构上，陶瓷是晶体（多晶），其相的组成结构上，陶瓷是晶体（多晶），其相的组成包括晶相、玻璃相和气孔相，而玻璃非晶体，是包括晶相

24、、玻璃相和气孔相，而玻璃非晶体，是由单一玻璃相构成，热力学上是一种亚稳态，动由单一玻璃相构成，热力学上是一种亚稳态，动力学上，玻璃熔体冷却时黏度迅速增加，抑制晶力学上，玻璃熔体冷却时黏度迅速增加，抑制晶核形成和长大，使其难以转变成晶体；玻璃是加核形成和长大，使其难以转变成晶体；玻璃是加热到高温后快速冷却，因此液态下无序的原子排热到高温后快速冷却，因此液态下无序的原子排列被保存了下来，表现为介稳性。而陶瓷是正常列被保存了下来，表现为介稳性。而陶瓷是正常冷却下得到的结晶体，原子排列是有序的冷却下得到的结晶体，原子排列是有序的。返回性能上，玻璃：性能上，玻璃：1.各向同性，均质玻璃在各各向同性，均质

25、玻璃在各个方向的性质如折射率、硬度、弹性模量等性能个方向的性质如折射率、硬度、弹性模量等性能相同。相同。2.介稳性：当熔体冷却成玻璃体时，它能介稳性：当熔体冷却成玻璃体时，它能在较低温度下保留高温时的结构而不变化。在较低温度下保留高温时的结构而不变化。3.可可逆渐变性：熔融态向玻璃态转化是可逆和渐变的逆渐变性：熔融态向玻璃态转化是可逆和渐变的。4.连续性：熔融态向玻璃态转变时物理化学性连续性：熔融态向玻璃态转变时物理化学性质随温度变化是连续的。绝大多数陶瓷呈各向异质随温度变化是连续的。绝大多数陶瓷呈各向异性，不透明，具有不可燃烧性、高耐热性、高化性，不透明，具有不可燃烧性、高耐热性、高化学稳定性、不老化性、高的硬度和良好的抗压能学稳定性、不老化性、高的硬度和良好的抗压能力，但脆性很高，抗热震性较低，不易加工。热力，但脆性很高，抗热震性较低，不易加工。热膨胀系数小，导电率低。膨胀系数小，导电率低。10、简述陶瓷与玻璃在结构和性能上的差异。、简述陶瓷与玻璃在结构和性能上的差异。返回11、什么是钢化玻璃？对玻璃进行钢化的主要方、什么是钢化玻璃？对玻璃进行钢化的主要方法有哪些？法有哪些？平板玻璃经过再处理，在玻璃表面形成压应平板玻璃经过再处理，在玻璃表面形成