材料工藝報告

1、09107222 剡曉旭實驗一 注漿成型陶瓷工藝品實驗原理陶瓷制品結(jié)構(gòu)中晶相和玻璃相（或膠結(jié)物）的生成，需要一類能生成晶相的原料，如能生成莫來石晶相的高嶺土或粘土，能生成石英晶相的石英原料，能生成斜頑火輝石的滑石類原料；另一類是能生成玻璃相的所謂熔劑原料，如長石、滑石、鈣鎂的碳酸鹽等。而加工過程所需的工藝性能，則往往希望陶瓷原料具有能進(jìn)行塑性加工的可塑性原料，能減少干燥和燒成中收縮的非可塑性原料（也稱脊性原料）等。 將原料制備成漿料，注入石膏模具中，由于石膏模具的透氣性和吸水性，泥漿接觸模具以后，泥漿中的水分會被逐漸吸收，泥漿中的細(xì)小顆粒會隨著模具的形狀的均勻地排列成一個稠泥層，當(dāng)稠泥層達(dá)到預(yù)

2、期的厚度時，倒出泥漿，稠泥層中的水分被石膏模具繼續(xù)吸收，最終成型。 實驗原料及儀器原料及配比：鉀長石 27%、石英砂25%、紫木節(jié)22%（為其與焦寶石的總含量）、焦寶石(由于其與紫木節(jié)均為粘土，故其百分含量放入紫木節(jié)中）、滑石2%、無水碳酸鈉0.4%（添加劑）、自來水（料：水=1:1） （按料等于水重等于2kg計）儀器設(shè)備：電子天平、振動磨、球磨瓷瓶（帶鵝卵石）、空桶（陳腐料將用）、比重計、石膏模具（帶捆綁繩）、燒杯、小刀、燒結(jié)爐實驗過程（1）稱料：按配比稱料。（2）球磨（3）陳腐：陳腐一周。（4）測比重：用比重計測定漿料比重。（5）成型：將石膏模具組裝后捆綁緊，從注漿口注入攪拌好的料漿，等坯

3、體到達(dá)一定厚度后，將多 余的料漿倒出，放置4-8h。（6）脫模：當(dāng)濕坯具有一定強度后，解開模具捆綁繩，放平在桌子上，脫模。（7）干燥：自然干燥濕坯至坯體顏色發(fā)白且具有一定強度。（8）修坯：用小刀將坯體表面凹凸不平的部分修理平整。（9）燒成（10）缺陷分析實驗結(jié)果此實驗無需記錄實驗數(shù)據(jù)。實驗總結(jié)及原因分析實驗品造型完整坯體厚度正常，但是表面有很多沙眼和小氣孔，后來在燒成過程中碎裂，可能是原料比例不對；另有數(shù)組在干燥過程中發(fā)生碎裂，可能是因為石英用量不夠。石英在燒成前是瘠性原料，可對泥料的可塑性起調(diào)節(jié)作用，能降低坯體的干燥收縮，縮短干燥時間并防止坯體變形?；蚴钦惩粒ㄗ夏竟?jié)）用量不夠，粘土一般呈細(xì)分

4、散顆粒，同時具有結(jié)合性。這可在坯料中結(jié)合其它脊性原料并使坯料具有一定的干燥強度，有利于坯體的成形加工。實驗二 混凝土的制備實驗原理普通混凝土是由水泥、砂、石和水組成。在混凝土中，砂、石起骨架作用，稱為骨料；水泥與水形成水泥漿，水泥漿包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥漿起潤滑作用，賦予拌合物一定的和易性（流動性、粘聚性和保水性），以便于施工。水泥漿硬化后，將骨料膠結(jié)成一個實體。普通混凝土的微觀結(jié)構(gòu)：水泥和水形成水泥漿，包裹在砂粒表面并填充砂粒間的空隙而形成水泥漿；水泥砂漿又包裹石子，并填充石子間的空隙而形成混凝土拌合物；該拌合物經(jīng)過一定時間的凝結(jié)硬化，形成了堅硬的石狀材料即普通混凝土。實

5、驗原料及儀器水泥 1.07kg 、水 0.750.80 kg 、砂 1.93kg 、碎石 3.59kg（總量約為一個模具用量）儀器設(shè)備：臺秤、量筒、鐵鍬、鐵鏟、混凝土模具實驗過程（1）稱量：按上述配比稱量原料。（2）攪拌：將原料混合并攪拌均勻，攪拌過程中觀察觸變性。（3）成型：采用人工插搗成型?；炷涟韬衔飸?yīng)分兩層裝入試模，每層裝料厚度大致相等。插搗應(yīng)按螺旋方向從邊緣向中心均勻進(jìn)行，插搗底層時，搗棒到達(dá)試模表面；插搗上層時，搗棒應(yīng)穿入下層深度為2030mm，插搗時，搗棒保持豎直。插搗完后，刮除多余的混凝土，并抹平。（模具使用前要擰緊）（4）脫模及養(yǎng)護(hù)：從模具中取出試模，將試模浸入水中養(yǎng)護(hù)28天

6、（實際試驗中為21天）。清理模具并涂油防止氧化。（5）抗壓強度測試：A 將試樣擦拭干凈，測量尺寸，并檢查其外觀。根據(jù)尺寸計算試樣的承壓面積。B 將試樣放在試驗機的下壓板上，試樣的承壓面與成型時的頂面垂直。試樣的中心與試驗機下壓板中心對準(zhǔn)。C 開動試驗機，連續(xù)而均勻的加荷。D 結(jié)果處理 R=F/A =3FL/（2bhh） R為混凝土立方體試樣抗壓強度MPa，F(xiàn)為破壞載荷KN，A為試樣承壓面積，L為跨距mm，b為試模寬度mm，h為試模高度mm。實驗結(jié)果h = 39.90 mm， b = 41.68 mm， L = 100 mm， F = 1882.66 NR = 31.882660.1（20.04

7、1680.039900.03990）= 4255.88Pa = 4.256MPa 實驗總結(jié)及原因分析此次實驗使我們了解了混凝土的原料配比和制作工藝流程，充分體驗到了混凝土就地取材的方便性，明確了混凝土廣為人們使用的原因及其在建筑工程中的意義。抗壓強度測試中，所得數(shù)據(jù)4.256MPa比相關(guān)理論值小，主要原因有:原料選配時，所選碎石過大；養(yǎng)護(hù)時間為21天，比標(biāo)準(zhǔn)時間28天短；養(yǎng)護(hù)時的溫度和濕度不合適，使其硬化過程出現(xiàn)問題?；炷翉姸扰c其養(yǎng)護(hù)狀況密切相關(guān)。只有在連續(xù)不斷地濕潤養(yǎng)護(hù)下，混凝土的強度才隨齡期的增長而增長。而混凝土強度的增長依賴于水泥水化的作用，水泥水化后的產(chǎn)物是產(chǎn)生混凝土強度的主要因素。

8、而水泥的水化作用是一個漫長的過程，水泥顆粒的反應(yīng)起初從表面開始，然后由表及里地逐漸滲透，水化過程進(jìn)行得極為緩慢，而且時間越久，水化速度越慢，這就是混凝土澆筑后必須潤濕養(yǎng)護(hù)的原因。混凝土澆筑后，若不進(jìn)行潤濕養(yǎng)護(hù)，其表面就開始干燥，隨著齡期的增長，混凝土的強度就停止在低齡期上。由于試塊尺寸、形狀不同，會影響試件的抗壓強度值。試件尺寸愈小，測得的抗壓強度值愈大。因為混凝土立方試件在壓力機上受壓時，在沿加荷方向發(fā)生縱向變形的同時，也按泊松比效應(yīng)產(chǎn)生橫向變形。壓力機上下兩塊壓板(鋼板)的彈性模量比混凝土大515倍，而泊松比則不大于混凝土的兩倍。所以，在荷載下壓板的橫向應(yīng)變小于混凝土的橫向應(yīng)變(指都能自由

9、橫向變形的情況)，因而上下壓板與試件的上下表面之間產(chǎn)生的摩擦力對試件的橫向膨脹起著約束作用，對強度有提高的作用。愈接近試件的端面，這種約束作用就愈大。在距離端面大約3/2a(a為試件橫向尺寸)的范圍以外，約束作用才消失。試件破壞以后，其上下部分各呈一個較完整的棱錐體，就是這種約束作用的結(jié)果。通常稱這種作用為環(huán)箍效應(yīng)。如在壓板和試件表面間加潤滑劑，則環(huán)箍效應(yīng)大大減小，試件將出現(xiàn)直裂破壞，測出的強度也較低。立方體試件尺寸較大時，環(huán)箍效應(yīng)的相對作用較小，測得的立方抗壓強度因而偏低。反之，試件尺寸較小時，測得的抗壓強度就偏高。另一方面的原因是由于試件中的裂縫、孔隙等缺陷將減少受力面積和引起應(yīng)力集中，因

10、而降低強度。隨著試件尺寸增大，存在缺陷的機率也增大，故較大尺寸的試件測得的抗壓強度就偏低。編號塊距/m寬/mm高/mm破壞截荷/N抗壓強度/mpa10.141.1841.142097.214.51320.141.1240.101943.574.40730.142.8040.001034.292.26440.141.2040.082427.865.50050.140.7039.921810.714.18660.142.7440.081422.013.107實驗數(shù)據(jù)匯總表實驗三 干壓成型陶瓷片及其燒制實驗原理將長石、石英、紫木節(jié)、滑石混合的粉料制備成適宜的粒狀，將其在模型中處于較大壓力下壓成，壓力

11、為3.929.8MPa或更高。成型時，當(dāng)壓力加在坯料上時，顆粒狀粉料受到壓力，開始移動，互相靠攏，坯體收縮，并將空氣驅(qū)出。壓力繼續(xù)增大，顆粒繼續(xù)靠攏，同時產(chǎn)生形變，坯體繼續(xù)收縮。當(dāng)顆粒完全靠攏后壓力再大，坯體收縮很小。這是顆粒在高壓下可產(chǎn)生變形和破裂，由于顆粒的接觸面逐漸增大，故其摩擦力也增大。當(dāng)壓力與顆粒間的摩擦力平衡時，坯體變得到相應(yīng)壓力下的壓實狀態(tài)。燒結(jié)主要分為兩部分：注漿成型工藝品的燒結(jié) 干壓成型陶瓷片的燒結(jié)前者的經(jīng)驗燒結(jié)溫度為1150-1170，當(dāng)然，在帶實驗課之前十分有必要燒結(jié)一組小樣，取不同的燒結(jié)溫度，以摸索最佳燒結(jié)制度，畢竟每年所配的料漿或多或少有差異。設(shè)前者的最佳燒結(jié)溫度為T

12、，則干壓成型陶瓷片的燒結(jié)溫度取三個，T-30，T，T+30。每組壓三個片，分別置于三個溫度下燒結(jié)?？梢詫⑼瑹Y(jié)溫度的工藝品和陶瓷片放在同一個爐內(nèi)燒結(jié)，另外兩組分別放置。放置時要在爐膛中墊磚。給出注漿成型陶瓷工藝品的理論燒結(jié)曲線，學(xué)生根據(jù)此曲線自定另外兩個溫度陶瓷片的燒結(jié)曲線。需要學(xué)生在燒結(jié)過程中記錄溫度隨時間變化曲線。溫度低時每5min記錄一次溫度；溫度高時每10min記錄一次。實驗原料及儀器原料及配比：總量200g長石%石英%紫木節(jié)%202555203050203545252550253045253540302545303040303535 外加滑石 2%儀器設(shè)備：電子天平、大號托盤、噴壺、

13、游標(biāo)卡尺、手動壓片機、鋼模、抗壓強度試驗機實驗過程（1）稱料：各小組按總量30g算出各組分質(zhì)量。置于振動磨中混勻。（2）造粒：用噴壺向托盤上方間斷噴水，晃動托盤造粒。（3）稱量：稱量8g造好的粒于鋼模中。（每組壓3個）(4)成型：干壓成型。(5)標(biāo)記：用小刀在陶瓷片生坯上刻標(biāo)記，同時稱重，記錄質(zhì)量。測量直徑及厚度。(6)燒結(jié)：在1100、1150、1200下分別燒結(jié)。(7)測燒失率：稱量燒結(jié)后陶瓷片質(zhì)量 燒失率=（燒結(jié)前質(zhì)量燒結(jié)后質(zhì)量）燒結(jié)前質(zhì)量100%（8）測抗壓強度（9）測量樣品尺寸收縮，計算收縮率實驗結(jié)果陶瓷片標(biāo)號燒結(jié)前質(zhì)量g燒結(jié)后質(zhì)量g燒結(jié)前直徑mm燒結(jié)后直徑mm燒結(jié)前高度mm燒結(jié)后高

14、度mm抗壓強度MPa1號7.87.325.5024.8810.009.3610.48562號7.57.125.5025.009.019.0010.38683號7.87.425.5623.209.988.8412.0544 樣品1: 燒失率 = （7.87.3）7.8100% = 6.41% 體積收縮率 = （25.502）10.00 （24.882）9.36 （25.502） 10.00 = 10.90% 樣品2：燒失率 = （7.57.1）7.5100% = 5.33% 體積收縮率 = （25.502）9.01 （25.002）9.00 （25.502）9.01 100% = 3.99% 樣

15、品3：燒失率 = （7.87.4）7.8100% = 5.13% 體積收縮率 = （25.562）9.98 （23.202）8.84 （25.562）9.98 100% = 27.03%實驗總結(jié)及原因分析此實驗讓我們掌握了造粒的方法和陶瓷片的壓制。造粒時可以通過噴霧的遠(yuǎn)近高低來調(diào)節(jié)造粒的粒徑大小，要隨時觀察造粒盤中的濕度，過干則效率低，要多次造粒，過濕則會使粉粒粘盤，降低了其利用率；壓制時用力要均勻，不宜過快，以防止用力或空氣流不穩(wěn)定造成的粉粒不緊實等問題。對粉料加壓時，壓力是通過坯料顆粒的接觸來傳遞的。當(dāng)壓力由一個方向向下壓時，由于顆粒在傳遞壓力的過程中一部分能量消耗在克服顆粒的摩擦力和顆粒

16、與模壁間的摩擦力上，使壓力在往下傳遞時是逐漸減小的。因此，粉料內(nèi)的壓強分布是不均勻的。一般上層較致密，愈往下致密越差，在水平方向上靠近模腔的四周的密實度也與中心部位不同。這種差異還與坯體的高度和直徑有關(guān)。壓力越大，坯體越致密，同時其均勻性也比壓力小時好些。但也不能為了提高坯體的致密度與均勻性而施加過大的壓力，因為在壓實的坯料中總有一部分殘余空氣，過大的壓力將把這部分殘余空氣壓縮，當(dāng)壓完后除去壓力時，被壓縮的空氣將膨脹，使坯體產(chǎn)生層裂。分析數(shù)據(jù)時，由于多組數(shù)據(jù)丟失和計算錯誤，致使結(jié)果難以統(tǒng)計，無法制作曲線，得不出最佳配比。上述數(shù)據(jù)分析中的數(shù)據(jù)屬于一組的3個陶瓷片，以作參考。 實驗四 耐火材料的制

17、備實驗原理 將礬土石料、粘土細(xì)粉、水、紙漿干粉混合制備成粉料，壓成柱狀，再燒成。燒成過程中的物理化學(xué)變化。第一階段，坯體排除殘余水分階段（200攝氏度，水分排出階段應(yīng)緩慢升溫，以防止由于升溫過快，水分急劇蒸發(fā)，而造成開裂；第二階段，分解氧化階段（2001000攝氏度），粘土排除結(jié)合水，氫氧化鈣分解，石英晶形轉(zhuǎn)變，碳酸鹽和硫酸鹽分解，有機物氧化燃燒；第三階段，液相形成和耐火相合成階段（1000攝氏度）,隨著溫度的升高，液相生成量增加，粘度降低，耐火礦物開始形成，并溶解在液相中，然后又結(jié)晶出來。顆粒在液相表面張力作用下進(jìn)一步靠攏，而使坯體致密，體積收縮，強度增大，氣孔率降低；第四階段，燒結(jié)階段（最

18、高溫度，保溫階段），坯體中各種反應(yīng)趨于完全、充分，液相數(shù)量繼續(xù)增加，結(jié)晶進(jìn)一步進(jìn)行；第五階段，冷卻階段，發(fā)生耐火礦物相析晶，某些晶型的轉(zhuǎn)化，玻璃相的固化等過程。實驗原料及儀器礬土孰料31mm 36%、10mm 28%、180目 30%，粘土細(xì)粉 6%，水 45%，紙漿干粉（外加）2% （按總量1kg計）儀器設(shè)備：電子天平、手動壓片機、鋼模實驗過程（1）稱料：按上述配比稱料。（2）人工拌料：先手將31mm和10mm的礬土孰料混勻，加入紙漿干粉，拌勻。再加入預(yù)先混好的180目細(xì)粉混合物。（3）燒成（4）物性測試：觀察試樣斷面（顏色、顆粒分布均勻程度、顆粒結(jié)合是否牢固、氣孔形態(tài)等），測定體積密度、燒失率，測定氣孔率和吸水率。實驗結(jié)果 原始重量M1=28.9g ， 燒成后重量M2=27.4g ，浸沒在水中時的重量M3=15.3g在水中煮半個小時后的質(zhì)量M4=28.1g 密度 = M2（M2M3）= 2.26g/cm 燒失率 = （M1M2）M1100% = 5.19% 氣孔率 = （M4M2）M2密度100% = 5