陶瓷工艺学及答案(3)

2019-05-27 16:46

原因:其一是它本身不具有多晶转变,没有多晶转变时所带来的体积效应;其二是透辉石本身不含有机物和结构水等挥发组分,故可快速升温; 其三是透辉石是瘠性材料,干燥收缩和烧成收缩都较小;其四是透辉石的膨胀系数不大,且随温度的升高而呈线性变化,也有利于快速烧成;其五是从透辉石中引入钙、镁 组分,构成了硅-铝-钙-镁为主要成分的低共熔体系,可大为降低烧成温度。

34. 含锂的矿物有哪两种,各自的理论化学式。Li作为熔剂引入陶瓷有什么优点? 答:锂辉石:锂辉石的化学式为Li2O·Al2O3·4SiO2,晶体结构式为LiAl(SiO3)2

锂云母 :其化学式为LiF.KF.Al2O3.3SiO2,晶体结构式K(Li,Al)3[(Al,Si) Si3O10](F, OH)2,化学组成不定。 优点:非常强的熔剂化作用,能显著降低材料的烧结和熔融温度。其表面张力小,故可降低釉的成熟温度、增强釉的高温流动性。

35. 常见的碳酸盐矿物有哪几类,各自的化学通式,如何用热分析的方法区分它 们?

答: 方解石其理论组成为CaCO3,菱镁矿的化学通式是MgCO3,白云石是CaCO3和MgCO3的复盐,化学通式为CaMg(CO3)2 36. 列举常见的工业氧化物、碳化物、氮化物、硼化物原料。 答:氧化物类原料:氧化铝(Al2O3)、 氧化镁(MgO)、氧化铍(BeO)、氧化锆(ZrO2)

碳化物: 碳化硅、碳化硼 氮化物: 氮化硅、氮化铝 硼化物:TiB2、ZrB2、CaB6

37. 常见的工业氧化铝有哪三种类型,各自的特点。刚玉指的是哪种氧化铝? 答:α-Al2O3,β-Al2O3 和γ-Al2O3。

α-Al2O3在自然界中以天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物存在。具有熔点高、硬度大、耐化学腐蚀、优良的介电性能,是氧化铝各种晶型中最稳定的,所以用α-Al2O3为原料制造的陶瓷材料,其力学性能、高温性能、介电性能及耐化学腐蚀性能都是非常优越的。

β-Al2O3,β-Al2O3不是纯的Al2O3,发现时认为它是Al2O3的一种晶型,并命名为β-氧化铝,一直沿用到现在,后来才知道它含有钠,是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物的总称。钠β-Al2O3是最具实用价值的一种变体,它属于六方晶系。由于Na+可在晶格内迁移、扩散和进行离子交换,所以β-Al2O3具有较高的离子导电能力和松弛极化现象,可作为钠硫电池的导电隔膜材料。 β-Al2O3是一种不稳定的化合物,在加热时会分解出Na2O(或RO)和α-Al2O3,而Na2O则挥发逸出。

γ-Al2O3,γ-Al2O3是氧化铝的一种低温晶型,等轴晶系,尖晶石型结构,晶体结构中氧原子呈立方密堆积,铝原子填充在间隙中。由于晶格松散,堆积密度小,因此密度也较小。 γ-Al2O3是一种白色松散粉状的晶体,是由许多微晶组成的多孔球状集合体,空隙率达50%,故吸附力强。γ-Al2O3不存在于自然界中,只能用

人工方法制取。在高温下不稳定,在950~1500℃范围内不可逆地转化为稳定型的α-Al2O3,同时发生体积收缩。因此,实际生产中常需要预烧,其目的主要是使γ-Al2O3全部转变为α-Al2O3,从而减少陶瓷坯体的烧成收缩。

注:对于工业氧化铝,通常要加入适当的添加剂,如氟化物或硼酸(H3BO3)等,加入量一般为0.3%~3%(质量分数),预烧质量与预烧温度有关,预烧温度偏低,则不能完全转变成α-Al2O3,且电性能降低;若预烧温度过高,粉料发生烧结,不易粉碎,且活性降低。

38. 氧化镁容易吸潮水化,如何获得高密度、活性较高的氧化镁?

答:要得到活性较大的MgO,在1000℃以上煅烧,煅烧温度在1700~1800℃之间,则得到死烧MgO。一般的煅烧温度为1400℃。 由氢氧化镁制取的MgO,体积密度最大。要获得高纯度、高密度的MgO,先用蒸馏水将MgO水化为氢氧化镁,再高温煅烧,磨细。

39. 大规模集成电路有考虑用氧化铍作为基板,是利用了它哪几种物理性能?氧化铍生产中应该采取安全保护措施,原因是什么?

答:BeO具有与金属相近的导热系数,约为309.34W/(m·K),是α-Al2O3的15~20倍。BeO具有好的高温电绝缘性能,介电常数高,介质损耗小,BeO热膨胀系数不大。但机械强度不大,仅氧

化铝的1/4。 BeO有剧毒,操作时必须注意防护。 40. 氧化锆的晶型转变关系式,3Y-PSZ、8Y-SZ分别指什么? 答:3Y-PSZ,3%mol的氧化钇部分稳定二氧化锆 8Y-SZ,8%mol的氧化钇完全稳定二氧化锆 ;2Al+N2=2AlN

41. α-SiC、β-SiC、6H-SiC、15R-SiC在晶体结构上的差异,列举几种SiC的合成方法及反应式 答:表1-26

二氧化硅碳热还原法:SiO2+3C=SiC+2CO 气相沉积法:

42. 碳化硼的显著特点?列举三种合成方法和反应式

答:具有高熔点、低密度、高导热、高硬度:硬度仅次于金刚石和立方BN,超过SiC的50%;高耐磨性:刚玉的1~2倍,热膨胀系数低,因此具有很好的热稳定性。在1000℃时能抵抗空气的腐蚀,更高温度易氧化;具有高的抗酸性与抗碱性,耐大多数金属腐蚀

碳化硼可以吸收大量的中子而不会形成任何放射性同位素,因此它在核能发电场里它是很理想的中子吸收剂 。

B4C原料粉末的主要合成方法有:硼碳元素直接合成法、硼酐碳热还原法、镁热法、BN+碳还原法、BCl3的固相碳化和气相沉积.

43. β-Si3N4和α-Si3N4的结构差异?为什么氮化硅陶瓷的抗氧化性好?列举氮化硅的三种合成方法和反应式 表1-28

答:α-Si3N4(颗粒状)和β-Si3N4(长柱或针状),两者均属六方晶系,由[SiN4]共顶点构成三维结构。 α相由两层不同且由变形的非六方环层重叠而成,内部应变大,自由能较高;

β相结构对称性高,由几乎完全对称的6个[SiN4]四面体组成的六方环层在c轴方向重叠而成。 氮化硅与氧反应形成SiO2的表面保护膜,阻碍Si3N4的继续氧化

44. 列举AlN的三种合成方法和反应式,为什么AlN陶瓷不能在潮

答:(1)铝和氮(或氨)直接反应法工业上常采用该法:

碳热还原法Al2O3和C的混合粉末在N2或NH3气氛中加热:

(3)铝的卤化物(AlCl3、AlBr3)和氨反应法:


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