材料工藝報(bào)告

1、09107222 剡曉旭實(shí)驗(yàn)一 注漿成型陶瓷工藝品實(shí)驗(yàn)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(lái)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(zhǎng)石、滑石、鈣鎂的碳酸鹽等。而加工過(guò)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(huì)被逐漸吸收，泥漿中的細(xì)小顆粒會(huì)隨著模具的形狀的均勻地排列成一個(gè)稠泥層，當(dāng)稠泥層達(dá)到預(yù)

2、期的厚度時(shí)，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(shí)驗(yàn)原料及儀器原料及配比：鉀長(zhǎng)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(wú)水碳酸鈉0.4%（添加劑）、自來(lái)水（料：水=1:1） （按料等于水重等于2kg計(jì)）儀器設(shè)備：電子天平、振動(dòng)磨、球磨瓷瓶（帶鵝卵石）、空桶（陳腐料將用）、比重計(jì)、石膏模具（帶捆綁繩）、燒杯、小刀、燒結(jié)爐實(shí)驗(yàn)過(guò)程（1）稱料：按配比稱料。（2）球磨（3）陳腐：陳腐一周。（4）測(cè)比重：用比重計(jì)測(cè)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果此實(shí)驗(yàn)無(wú)需記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)總結(jié)及原因分析實(shí)驗(yàn)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(lái)在燒成過(guò)程中碎裂，可能是原料比例不對(duì)；另有數(shù)組在干燥過(guò)程中發(fā)生碎裂，可能是因?yàn)槭⒂昧坎粔?。石英在燒成前是瘠性原料，可?duì)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(shí)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(shí)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(qiáng)度，有利于坯體的成形加工。實(shí)驗(yàn)二 混凝土的制備實(shí)驗(yàn)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(rùn)滑作用，賦予拌合物一定的和易性（流動(dòng)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(gè)實(shí)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(guò)一定時(shí)間的凝結(jié)硬化，形成了堅(jiān)硬的石狀材料即普通混凝土。實(shí)

5、驗(yàn)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(gè)模具用量）儀器設(shè)備：臺(tái)秤、量筒、鐵鍬、鐵鏟、混凝土模具實(shí)驗(yàn)過(guò)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(guò)程中觀察觸變性。（3）成型：采用人工插搗成型。混凝土拌合物應(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(shí)，搗棒到達(dá)試模表面；插搗上層時(shí)，搗棒應(yīng)穿入下層深度為2030mm，插搗時(shí)，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(shí)際試驗(yàn)中為21天）。清理模具并涂油防止氧化。（5）抗壓強(qiáng)度測(cè)試：A 將試樣擦拭干凈，測(cè)量尺寸，并檢查其外觀。根據(jù)尺寸計(jì)算試樣的承壓面積。B 將試樣放在試驗(yàn)機(jī)的下壓板上，試樣的承壓面與成型時(shí)的頂面垂直。試樣的中心與試驗(yàn)機(jī)下壓板中心對(duì)準(zhǔn)。C 開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，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(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)總結(jié)及原因分析此次實(shí)驗(yàn)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(yàn)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?？箟簭?qiáng)度測(cè)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(shí)，所選碎石過(guò)大；養(yǎng)護(hù)時(shí)間為21天，比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間28天短；養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫度和濕度不合適，使其硬化過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題。混凝土強(qiáng)度與其養(yǎng)護(hù)狀況密切相關(guān)。只有在連續(xù)不斷地濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)下，混凝土的強(qiáng)度才隨齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。而混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)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(qiáng)度的主要因素。

8、而水泥的水化作用是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)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(guò)程進(jìn)行得極為緩慢，而且時(shí)間越久，水化速度越慢，這就是混凝土澆筑后必須潤(rùn)濕養(yǎng)護(hù)的原因?；炷翝仓?，若不進(jìn)行潤(rùn)濕養(yǎng)護(hù)，其表面就開始干燥，隨著齡期的增長(zhǎng)，混凝土的強(qiáng)度就停止在低齡期上。由于試塊尺寸、形狀不同，會(huì)影響試件的抗壓強(qiáng)度值。試件尺寸愈小，測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值愈大。因?yàn)榛炷亮⒎皆嚰趬毫C(jī)上受壓時(shí)，在沿加荷方向發(fā)生縱向變形的同時(shí)，也按泊松比效應(yīng)產(chǎn)生橫向變形。壓力機(jī)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(duì)試件的橫向膨脹起著約束作用，對(duì)強(qiáng)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(gè)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(rùn)滑劑，則環(huán)箍效應(yīng)大大減小，試件將出現(xiàn)直裂破壞，測(cè)出的強(qiáng)度也較低。立方體試件尺寸較大時(shí)，環(huán)箍效應(yīng)的相對(duì)作用較小，測(cè)得的立方抗壓強(qiáng)度因而偏低。反之，試件尺寸較小時(shí)，測(cè)得的抗壓強(qiáng)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(qiáng)度。隨著試件尺寸增大，存在缺陷的機(jī)率也增大，故較大尺寸的試件測(cè)得的抗壓強(qiáng)度就偏低。編號(hào)塊距/m寬/mm高/mm破壞截荷/N抗壓強(qiáng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表實(shí)驗(yàn)三 干壓成型陶瓷片及其燒制實(shí)驗(yàn)原理將長(zhǎng)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(shí)，當(dāng)壓力加在坯料上時(shí)，顆粒狀粉料受到壓力，開始移動(dòng)，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(shí)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(shí)，坯體變得到相應(yīng)壓力下的壓實(shí)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(yàn)燒結(jié)溫度為1150-1170，當(dāng)然，在帶實(shí)驗(yàn)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(gè)，T-30，T，T+30。每組壓三個(gè)片，分別置于三個(gè)溫度下燒結(jié)。可以將同燒結(jié)溫度的工藝品和陶瓷片放在同一個(gè)爐內(nèi)燒結(jié)，另外兩組分別放置。放置時(shí)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(gè)溫度陶瓷片的燒結(jié)曲線。需要學(xué)生在燒結(jié)過(guò)程中記錄溫度隨時(shí)間變化曲線。溫度低時(shí)每5min記錄一次溫度；溫度高時(shí)每10min記錄一次。實(shí)驗(yàn)原料及儀器原料及配比：總量200g長(zhǎng)石%石英%紫木節(jié)%202555203050203545252550253045253540302545303040303535 外加滑石 2%儀器設(shè)備：電子天平、大號(hào)托盤、噴壺、

13、游標(biāo)卡尺、手動(dòng)壓片機(jī)、鋼模、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)過(guò)程（1）稱料：各小組按總量30g算出各組分質(zhì)量。置于振動(dòng)磨中混勻。（2）造粒：用噴壺向托盤上方間斷噴水，晃動(dòng)托盤造粒。（3）稱量：稱量8g造好的粒于鋼模中。（每組壓3個(gè)）(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(shí)稱重，記錄質(zhì)量。測(cè)量直徑及厚度。(6)燒結(jié)：在1100、1150、1200下分別燒結(jié)。(7)測(cè)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(cè)抗壓強(qiáng)度（9）測(cè)量樣品尺寸收縮，計(jì)算收縮率實(shí)驗(yàn)結(jié)果陶瓷片標(biāo)號(hào)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(qiáng)度MPa1號(hào)7.87.325.5024.8810.009.3610.48562號(hào)7.57.125.5025.009.019.0010.38683號(hào)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(shí)驗(yàn)總結(jié)及原因分析此實(shí)驗(yàn)讓我們掌握了造粒的方法和陶瓷片的壓制。造粒時(shí)可以通過(guò)噴霧的遠(yuǎn)近高低來(lái)調(diào)節(jié)造粒的粒徑大小，要隨時(shí)觀察造粒盤中的濕度，過(guò)干則效率低，要多次造粒，過(guò)濕則會(huì)使粉粒粘盤，降低了其利用率；壓制時(shí)用力要均勻，不宜過(guò)快，以防止用力或空氣流不穩(wěn)定造成的粉粒不緊實(shí)等問(wèn)題。對(duì)粉料加壓時(shí)，壓力是通過(guò)坯料顆粒的接觸來(lái)傳遞的。當(dāng)壓力由一個(gè)方向向下壓時(shí)，由于顆粒在傳遞壓力的過(guò)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(shí)是逐漸減小的。因此，粉料內(nèi)的壓強(qiáng)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(shí)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(shí)其均勻性也比壓力小時(shí)好些。但也不能為了提高坯體的致密度與均勻性而施加過(guò)大的壓力，因?yàn)樵趬簩?shí)的坯料中總有一部分殘余空氣，過(guò)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(shí)，被壓縮的空氣將膨脹，使坯體產(chǎn)生層裂。分析數(shù)據(jù)時(shí)，由于多組數(shù)據(jù)丟失和計(jì)算錯(cuò)誤，致使結(jié)果難以統(tǒng)計(jì)，無(wú)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(gè)陶瓷片，以作參考。 實(shí)驗(yàn)四 耐火材料的制

17、備實(shí)驗(yàn)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(guò)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(guò)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(jī)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(lái)。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(qiáng)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(guò)程。實(shí)驗(yàn)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(jì)）儀器設(shè)備：電子天平、手動(dòng)壓片機(jī)、鋼模實(shí)驗(yàn)過(guò)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(cè)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(cè)定體積密度、燒失率，測(cè)定氣孔率和吸水率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 原始重量M1=28.9g ， 燒成后重量M2=27.4g ，浸沒在水中時(shí)的重量M3=15.3g在水中煮半個(gè)小時(shí)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