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间阶段机理,而最终阶段机理通常采用孤立气孔模型来分析 7.液相烧结的三个阶段及机理。P167
LPS烧结致密化过程根据三种速率机理,传统上划分为三个明显的阶段1、2、3。随着密度增加,致密化机理逐渐从重排(阶段1)到溶解-沉淀(阶段2),最后的气孔(或气相)排出(阶段3)。
7. 常用特色烧结的方式及主要特点.P180 a. 热压烧结:
① 热压时,由于粉料处于热塑性状态,形变阻力小,易于塑性流动和致密化,因此,所需的成型压力仅为冷压法的1/10,可以成型大尺寸的Al2O3、BeO、BN和TiO2等产品。
② 由于同时加温、加压,有助于粉末颗粒的接触、扩散、流动等传质过程,降低烧结温度和缩短烧结时间,因而抑制了晶粒的长大。
③ 热压法容易获得接近理论密度、气孔率接近于零的烧结体,容易得到细晶粒的组织,容易实现晶体的取向效应和控制含有高蒸气压成分的系统的组成变化,因而容易得到具有良好力学性能、电学性能的产品。 ④ 能生产形状较复杂、尺寸较精确的产品。热压法的缺点是生产率低、成本高。 b.等静压烧结:
① 采用HIP烧结,陶瓷材料的致密化可以在比无压烧结或热压烧结低得多的温度下完成,可以有效地抑制材料在高温下发生很多不利的反应或变化,如晶粒异常长大和高温分解等;
② 通过HIP烧结工艺,能够在减少甚至无烧结添加剂的条件下,制备出微观结构均匀且几乎不含气孔的致密陶瓷烧结体,显著地改善材料的各种性能; ③ 通过HIP后处理工艺,可以减少乃至消除烧结体中的剩余气孔,愈合表面裂纹,从而提高陶瓷材料的密度、强度;
④ HIP工艺能够精确控制产品的尺寸与形状,而不必使用费用高的金刚石切割加工,理想条件下产品无形状改变。 c.放电等离子体烧结:
① 烧结温度低(比HP和HIP低200~300℃)、烧结时间短(只需3~10min,
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而HP和HIP需要120~300min)、单件能耗低; ② 烧结机理特殊,赋予材料新的结构与性能; ③ 烧结体密度高,晶粒细小,是一种近净成形技术; ④ 操作简单,不需要十分熟练的操作人员和特别的模套技术。 d.微波烧结:
(1) 微波与材料直接耦合导致整体加热由于微波的体积加热,得以实现材料中大区域的零梯度均匀加热,使材料内部热应力减小,从而减小开裂和变形倾向。同时由于微波能被材料直接吸收而转化为热能,所以能量利用率极高,比常规烧结节能80%以上。
(2) 微波烧结升温速度快,烧结时问短某些材料在温度高于临界温度后,其损耗因子迅速增大,导致升温极快。另外,微波的存在降低了活化能,加快了材料的烧结进程,缩短了烧结时间。
(3) 安全无污染微波烧结的快速烧结特点使得在烧结过程中作为烧结气氛的气体的使用量大大降低,这不仅降低了成本,也使烧结过程中废气、废热的排放量得到降低。
(4) 能实现空间选择性烧结对于多相混合材料,由于不同材料的介电损耗不同,产生的耗散功率不同,热效应也不同,可以利用这点来对复合材料进行选择性烧结,研究新的材料产品和获得更佳材料性能。 9.常见的间歇式窑炉和连续式窑炉的种类。
间歇式窑炉按其功能新颖性可分为电炉、高温倒焰窑、梭式窑和钟罩窑。 连续式窑炉按制品的输送方式可分为隧道窑、高温推板窑和辊道窑。 10.窑炉中常用的发热元件及工作温度。
炉温在1200℃以下,通常采用镍铬丝、铁铬钨丝;炉温为1350-1400℃时,采用硅碳棒;炉温为1600℃,可采用二硅化钼棒作为电热体。
11.烧成制度包括哪三大制度。
烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力制度
12.温度制度包括的参数及烧成曲线的四部分内容及控制。 温度制度包括升温速度、烧成温度、保温时间及冷却速度等参数
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烧成曲线中包括各阶段的升温速度、烧成温度(止火温度)与保温时间的确定、冷却速度
13.气氛制度的控制要点。
坯体水分蒸发期(室温~300℃)对气氛没有特殊要求。
在氧化分解与晶型转变期(300~950℃),为使坯体氧化分解充分,要求采用氧化气氛。
在玻璃化成瓷期(950℃~烧成温度),陶器、炻器均采用氧化气氛烧成,而瓷器的烧成可分为两种气氛。
14. 隧道窑中压力制度的控制方法及要点。
窑头压力最好控制在 0~-30Pa。若窑头负压过大,窑头密封不好,会吸入过风,增大预热带前段上下温差。预热带中部压力一般控制在 -10~-40Pa,遇热带末端为 0~-30Pa。
15. .为什么南方瓷区,一般采用还原焰烧瓷而北方瓷区一般采用氧化焰烧瓷? 北方制瓷原料大多采用二次高岭土与耐火黏土,含铁较少而有机物含量较多,坯体黏性和吸附性较强,适宜于氧化气氛烧成。南方制瓷原料多采用原生高岭土与瓷石,含铁较多而有机物含量较少,坯体黏性和吸附性较小,适宜于还原气氛烧成。
第6章 陶瓷的加工及改性 1.名词解释:釉的熔融温度范围
答:把釉随着温度的升高,从开始出现液相的始熔温度到完全成为液相的流淌温度之间的温度区域范围称为釉的熔融温度范围。
2. 釉的作用。
① 釉能够降低瓷体的表面粗糙度,可满足电子薄膜电路对表面粗糙度的要求。 ② 釉可提高瓷件的力学性能和热学性能,玻璃状釉层附着在瓷件的表面,可以
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弥补表面的空隙和微裂纹,提高材料的抗弯及抗热冲击性,施以深色的釉,如黑釉等,可以提高瓷件的散热能力。
③ 提高瓷件的电性能,如压电、介电和绝缘性能。
④ 改善瓷体的化学性能,平整光滑的釉面不易沾附脏污、尘埃,施釉可以阻碍液体对瓷体的透过,提高其化学稳定性。
⑤ 釉使瓷件具有一定的粘合能力,在高温的作用下,通过釉层的作用使瓷件与瓷件之间,瓷件与金属之间形成牢固的结合。
⑥ 釉可以增加瓷器的美感,艺术釉还能够增加陶瓷制品的艺术附加值,提高其艺术欣赏价值。
3. 铅釉、石灰釉、长石釉、镁质釉的成分特点
答:按釉中主要助熔物划分,习惯以主要熔剂的名称命名釉料,如铅釉、石灰釉、长石釉等。 ①铅釉:包括
PbO-SiO2、PbO-SiO2-Al2O3、PbO-R2O-RO-SiO2-Al2O3、
PbO-B2O3-SiO2-Al2O3系统的釉料。铅釉的成熟温度一般较低,熔融范围较宽。釉面具有较强的光泽度,弹性好、釉层清澈透明。这些特点主要是因为铅釉的折射率比较高、高温黏度和表面张力较小,流动性比较大的原因。
② 石灰釉:主要熔剂为CaO,不含或少含其它碱性氧化物。其特点为:透明性好、光泽好、硬度大,但熔融温度范围窄,在还原焰下容易烟熏。
③ 长石釉:以长石中的氧化钾和氧化钠为主助熔剂。其特征为:光泽好、硬度大、烧成温度范围较宽,也是透明釉。 ④ 镁质釉:主要以MgO为助熔剂的釉。 4.釉坯的膨胀系数适应性。
(1) 坯、釉膨胀系数互不适应时的两种表现 当α釉>α坯时,冷却时釉层会受到坯体所给予的拉伸应力作用,即在釉层中产生张应力。当此张应力超过釉层的抗张应力极限时,釉层被拉断形成釉裂。当α釉< α坯时,冷却时坯层收缩大于釉层,使釉层受到压应力作用,当此压应力超过一定极限时,即发生釉层的剥落现象,即剥釉。
(2) 膨胀系数的选择确定 对于有釉面的陶瓷制品,一般希望釉的膨胀系数比坯体的略小(两者差值为1.0×10-6/℃左右较佳)。
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5.基本施釉方法有哪些?
答:基本的施釉方法有浸釉、喷釉、浇釉和刷釉四种。
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