壓電陶瓷綜合試驗(yàn)

1、信息功能陶瓷材料綜合實(shí)驗(yàn)高春華黃新友江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院序言“信息功能陶瓷材料綜合實(shí)驗(yàn)”是為大學(xué)生“陶瓷工藝學(xué)”、“無(wú)機(jī)材料物理性能”、“電子元器件概論”和“無(wú)機(jī)材料研究方法”等課程及實(shí)驗(yàn)編寫的。本實(shí)驗(yàn)是由十個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)所組成的系列實(shí)驗(yàn)，包括材料工藝實(shí)驗(yàn)：配料與混合、可塑法成型工藝、主品相的固相法合成、硅碳棒電爐的使用、陶瓷的金屬化與封接、壓電陶瓷的極化等；材料性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)：差熱分析、陶瓷介電性能的測(cè)定、陶瓷壓電性能的測(cè)定、PTC熱敏陶瓷阻溫特性測(cè)定等，以及進(jìn)行信息功能陶瓷材料研究所需的基本技術(shù)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)此系列實(shí)驗(yàn)，能使學(xué)生全面掌握信息功能陶瓷材料的研究和生產(chǎn)的整套生產(chǎn)工藝過(guò)程。一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

2、信息功能陶瓷材料綜合實(shí)驗(yàn)，起著驗(yàn)證和鞏固基本理論的作用，并可培養(yǎng)學(xué)生掌握有關(guān)材料的基本研究方法，是加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的重要環(huán)節(jié)之一。而且，也能夠訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)操作技能，培養(yǎng)分析、綜合與處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力，能對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力越到重要的促進(jìn)作用。二實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)前應(yīng)該作好充分準(zhǔn)備，弄清實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求以及?shí)驗(yàn)條件和可能產(chǎn)生偏差的因素等。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)該操作準(zhǔn)確、觀察細(xì)心、正確地記錄有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的異?，F(xiàn)象及時(shí)記錄下來(lái)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性是分析與闡明實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并作出必要結(jié)論的關(guān)鍵所在，所以在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，都應(yīng)注意將實(shí)驗(yàn)誤差限制在盡可能小的范圍內(nèi)，因此，對(duì)每一實(shí)驗(yàn)的操

3、作、讀數(shù)、記錄都應(yīng)認(rèn)真對(duì)待，一絲不茍。三注意事項(xiàng)1 .自覺(jué)遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)則。2 .實(shí)驗(yàn)前應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)講義進(jìn)得充分準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)前經(jīng)老師提問(wèn)合格后，方可開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。3 .實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)肅認(rèn)真，保持實(shí)驗(yàn)室安靜。嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行，注意安全，愛(ài)護(hù)儀器。4 .實(shí)驗(yàn)時(shí)，每個(gè)學(xué)生都應(yīng)了解、掌握整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。5 .實(shí)驗(yàn)完畢，必須將實(shí)驗(yàn)記錄交教師檢查，合格者方可結(jié)束實(shí)驗(yàn)，不合格者重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。6 .每人必須認(rèn)真填寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告除包括必要的實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸硪酝猓€應(yīng)包括原始數(shù)據(jù)、計(jì)算方法、必要的數(shù)據(jù)表格與圖形，主要的實(shí)驗(yàn)過(guò)程等。另外，還應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作必要的討論，分析引起偏差的原因。書(shū)寫應(yīng)清楚整潔。7 .實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保

4、持實(shí)驗(yàn)臺(tái)整潔，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)整理儀器，作好室內(nèi)清潔衛(wèi)生。實(shí)驗(yàn)?zāi)夸泴?shí)驗(yàn)一配料與混合實(shí)驗(yàn)二主晶相的固相法合成實(shí)驗(yàn)三差熱分析實(shí)驗(yàn)四可塑法成型工藝實(shí)驗(yàn)五硅碳棒電爐的使用實(shí)驗(yàn)六陶瓷的金屬化與封接實(shí)驗(yàn)七壓電陶瓷的極化實(shí)驗(yàn)八陶瓷介電性能的測(cè)定實(shí)驗(yàn)九陶瓷壓電性能的測(cè)定實(shí)驗(yàn)十PTC熱敏陶瓷阻溫特性測(cè)定實(shí)驗(yàn)一配料與混合一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟練掌握配料配方的實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方案的制定方法、配料操作規(guī)程和配料計(jì)算方法2了解影響配料配方的復(fù)雜因素，針對(duì)生產(chǎn)工藝上出現(xiàn)的問(wèn)題提出配料配方的修改措施。3學(xué)會(huì)使用電子天平準(zhǔn)確稱量，掌握行星球磨機(jī)混合工藝，熟悉信息功能材料配料與混合的操作技能。二實(shí)驗(yàn)原理單獨(dú)一種原料，很難直接用來(lái)制造陶瓷，更

5、難以滿足產(chǎn)品的特定要求。通常都是采用多種原料互相配合，才能制造出符合特定要求的陶瓷產(chǎn)品。制定配料配方，尚缺乏完善方法，主要原因是原料成分多變，工藝制度不穩(wěn)，影響因素太多，以致對(duì)預(yù)期效果的預(yù)測(cè)沒(méi)有把握。根據(jù)理論計(jì)算或憑經(jīng)驗(yàn)摸索，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，在既定的各種條件下，均能找到成功配方，但條件一變則配方的性能也隨之而變。在擬定原料配方時(shí)，應(yīng)遵循幾條原則：A配料的組成應(yīng)滿足產(chǎn)品的性能和使用要求；B擬定配方時(shí)應(yīng)考慮生產(chǎn)工藝及設(shè)備要求；C考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性；D借鑒成熟配方；E弄清各原料在陶瓷材料中的作用。在陶瓷工藝中，配料對(duì)制品的性能和以后各道工序的影響很大，必須認(rèn)真進(jìn)行，否則將會(huì)帶來(lái)不可估量的影響。對(duì)信息功

6、能陶瓷材料通常采用細(xì)粉來(lái)進(jìn)行配料混合，不需要進(jìn)行磨細(xì)。就均勻混合要求來(lái)說(shuō)，必須引起高度重視。ND球磨機(jī)的工作原理是在一轉(zhuǎn)盤上裝有4個(gè)球磨罐，當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，球磨罐在繞轉(zhuǎn)盤軸公轉(zhuǎn)的同時(shí)以繞自身作行星式自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，罐中磨球在高速運(yùn)動(dòng)中研磨和混濁和樣品口|ND球磨機(jī)能用干、濕兩種方法粉碎和混合粒度不同、硬度各異的各種材料，最小粒度可磨至0.5微米。1配料計(jì)算在陶瓷生產(chǎn)中，常用的配料計(jì)算方法有兩種：一種是按化學(xué)計(jì)量式（ABO3形式，如Ca0.85Ba0.15）TiO3,其特點(diǎn)是A位置上和B位置上各元素右下角系數(shù)的和等于1）進(jìn)行計(jì)算：物質(zhì)的質(zhì)量（g）=該物質(zhì)的摩爾數(shù)3該物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為了配制任意質(zhì)量的料方，

7、先要計(jì)算出各種原料在配料中的質(zhì)量百分比。設(shè)各種原料的質(zhì)量分別為mi（i=1,2,n）;各原料的摩爾數(shù)分別為xi；各原料的摩爾質(zhì)量分別為Mi,則各原料的質(zhì)量（g）為：mi=xiMi知道了各種原料的質(zhì)量，應(yīng)可求出各原料質(zhì)量百分比。設(shè)質(zhì)量百分比為Ai,則Ai=mi/Emi3100%。應(yīng)當(dāng)指出：上面的計(jì)算是按純度為100%設(shè)想的。但一般原料都不可能有這樣高的純度，因此計(jì)算時(shí)，要根據(jù)原料的實(shí)際純度再換成實(shí)際的原料質(zhì)量。設(shè)實(shí)際的原料質(zhì)量為，純度口為P時(shí)，則：nrf=m/p另外，在配料稱量前，如果原料不是很干，則需要進(jìn)行烘干，或者扣除水分。在配方計(jì)算時(shí)，原料有氧化物（如MgO）,也有碳酸鹽（如MgCO3）以

8、及其它化合物。其計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)一般根據(jù)所用原料化學(xué)分子式計(jì)算最為簡(jiǎn)便。只要把主成分按摩爾數(shù)計(jì)算配入配料中去即可。對(duì)于用鉛類氧化物配料，如果用PbO配料，則PbO為1摩爾，如果用Pb3O4時(shí)，PbO就是3摩爾。另一種是根據(jù)坯料預(yù)期的化學(xué)組成進(jìn)行計(jì)算。三儀器設(shè)備FA/JA型電子天平ND2-2L超級(jí)球磨機(jī)四實(shí)驗(yàn)步驟配料：1根據(jù)產(chǎn)品性能要求，確定所選用的原料。2根據(jù)上述計(jì)算方法進(jìn)行配料計(jì)算。3利用電子天平準(zhǔn)確稱取所需原料，注意大小料的稱量次序混合：（一）操作準(zhǔn)備：1球磨罐：通常四個(gè)球磨罐重量（罐+配球+試樣+輔料）應(yīng)基本一致，以保持運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，減小振動(dòng)引起的噪聲，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。若樣品不足，對(duì)稱使用（只裝兩

9、個(gè)罐）也可。2試樣：試樣直徑通常為1毫米以下，固體顆粒一般不超過(guò)3毫米，土壤允許至10毫米。3裝料最大容積（試樣+配料+輔料）為球磨罐容積的三分之二，余下的三分之一作為運(yùn)動(dòng)空間。4基本規(guī)則為了獲取最佳效果，轉(zhuǎn)速、球磨時(shí)間、配球（大小球合理搭配）及試樣大小、多少和添加輔料等參數(shù)要選擇恰當(dāng)?；旌铣Ｓ棉D(zhuǎn)速為180車t/分左右，球磨常用轉(zhuǎn)速為230轉(zhuǎn)/分左右。為了獲取最佳效果，通常大小球應(yīng)搭配用（大小球配比常為1:5或者1:6）,大球用來(lái)配重與砸碎樣品以及分散小球，小球用來(lái)混合及研磨樣品。濕球磨比干球磨可獲得更細(xì)的實(shí)驗(yàn)試樣。（二）操作步驟1將已裝好球、料的球磨罐正確安放在球磨機(jī)上，然后用V形反手針壓緊

10、，平把手鎖緊，再罩上安全罩（不罩安全罩，電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)）。2用航空晅逐接電源（交流220V10%,50HZ）和控制器。3在控制器上設(shè)定運(yùn)行方式后，啟動(dòng)電機(jī)。ND2-2L型超級(jí)行星式球磨機(jī)專用變頻器使用說(shuō)明功能碼表功能碼功能說(shuō)明F1運(yùn)行方向設(shè)定：0單向運(yùn)行1換向運(yùn)行F2定時(shí)方式設(shè)定：0連續(xù)運(yùn)行1定時(shí)運(yùn)行F3換向運(yùn)行周期設(shè)定：1-99分鐘F4被拖動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比設(shè)定：0.10200.00F5顯木方式：0顯小頻率1顯示轉(zhuǎn)速F6定時(shí)運(yùn)行時(shí)間設(shè)定：1999分鐘注：(1)在拖動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比設(shè)定為3.75的情況下，顯示的是大盤的實(shí)際轉(zhuǎn)速(每1HZ對(duì)應(yīng)大盤的轉(zhuǎn)速為8轉(zhuǎn)/分鐘)。(2)變頻器內(nèi)默認(rèn)值：上限頻率設(shè)定：40

11、Hz加速時(shí)間設(shè)定：10s減速時(shí)間設(shè)定：10sV/F補(bǔ)償曲線：4(3)運(yùn)行共有4種狀態(tài):F0=0F0=1F6=0連續(xù)單向連續(xù)換向F6=1定時(shí)單向定時(shí)換向(4)功能碼用“方式”鍵與”鍵選擇。(5)每次功能碼與功能選定后，均須按“設(shè)置”鍵才能確認(rèn)。(6)轉(zhuǎn)速(或頻率)用面板上的電位器調(diào)整(轉(zhuǎn)速最小勿低于40車t/分鐘)。4待轉(zhuǎn)盤停穩(wěn)后，卸去安全系數(shù)罩，先擰松平把手，再擰松V形把手，卸下把手，便可拿出球磨罐。五注意事項(xiàng)1稱量前必須仔細(xì)閱讀FA/JA型電子天平使用說(shuō)明書(shū)。2配料稱量時(shí)要準(zhǔn)確，要始終一致。2球磨機(jī)只適用于220V交流電網(wǎng)，不得使用其它電源。3球磨機(jī)在“啟動(dòng)”前，選擇最佳運(yùn)行方式，以提高研磨

12、效率并延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。六實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理；2配料的計(jì)算過(guò)程；3實(shí)驗(yàn)操作步驟；4本人的體會(huì)及對(duì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的意見(jiàn)。七思考題1配料中應(yīng)注意哪些問(wèn)題？2球磨時(shí)應(yīng)如何考慮加料次序？實(shí)驗(yàn)二主晶相的固相法合成一合成的目的和作用1 使各材料的M相化學(xué)充,均勻,生成組成固定的固溶體，以利于燒結(jié)時(shí)充分成瓷，結(jié)晶致密均勻，形成主晶相。因?yàn)楹铣珊蟮拇闪希偸翘沾刹牧系囊粋€(gè)主晶相。當(dāng)瓷料中某一種成分占的比例較少時(shí)，如果不事先合成而直接用“生料”成型進(jìn)行燒結(jié)，這種本來(lái)在瓷料中比例就較少的原料，在整個(gè)瓷料中占的比例就會(huì)顯得更少，混合均勻也就更加困難。這樣燒結(jié)出來(lái)的陶瓷，不僅主晶相分布均勻，而且在組成比例上也

13、不合適，陶瓷的最終性能就不能穩(wěn)定。2 排除原料中的二氧化碳和水分，減小瓷料的燒成收縮，以便于控制制品的外形尺寸。在合成過(guò)程中，隨著溫度的升高，某些原料發(fā)生分解，放出二氧化碳和氧氣，以及生成新的化合物。這時(shí)都伴隨有很大的體積變化，因而很容易引起制品變形、開(kāi)裂。如果事先合成，就可以充分排除二氧化化碳和水分，讓多晶轉(zhuǎn)變更充分完全，而得到致密均勻的制品，收縮率和尺寸也易控制。二合成原理主晶相的固相法合成是信息功能陶瓷材料制造過(guò)程中最重要的工序之一。對(duì)于錯(cuò)鈦酸鉛壓電陶瓷元件，經(jīng)球磨、混合后已壓實(shí)的坯件，通過(guò)合成這道工序，在一定條件下，可制出較為穩(wěn)定的錯(cuò)鈦酸鉛固溶體以及微量的極度不穩(wěn)定的游離氧化鉛、氧化錯(cuò)

14、、二氧化鈦。確定合成條件的原則有兩條：一是務(wù)必使配方各組分的固相反應(yīng)完全，游離氧化化物能達(dá)到最少極度限；二是要防止配方各組分的還原以及氧化化鉛的大量揮發(fā)。1低溫階段(室溫至200C)低溫階段實(shí)際上就是烘烤階段。這一階段主要是排除坯件中的水分及微量有機(jī)物，并無(wú)化學(xué)變化。坯件中的水分及有機(jī)物被排除后，取而代之的是空氣，所以氣孔率增加，相應(yīng)地透氣性隨之增大，坯件體積密度減小，且體積呈現(xiàn)微量收縮。這一系列的變化都是物理變化，沒(méi)有任何新化合物的生成。為使坯件中的殘余水分和有機(jī)揮發(fā)物得到徹底干燥和充分排除，必須通風(fēng)良好，爐門不能緊閉，容器不能密封。若坯件中含沙射影水分過(guò)多,且升溫速度太快，坯伯很可能崩裂成

15、2分解、化合反應(yīng)階段(200c至850C)(1)采用不同種類鉛的化合物時(shí)，合成固相反應(yīng)的最高溫度不相同。當(dāng)采用堿式碳酸鉛2PbCO32Pb(OH)2或碳酸鉛PbCO3時(shí)，600c以前是分解反應(yīng)階段，生成PbO:PbCO3-PbO+CO2T,2PbCO32Pb(OH)-PbO+CO2T+H2O620c開(kāi)始有形成鈦酸鉛PbTiO3的反應(yīng)，到770c或775c時(shí)產(chǎn)生共融液相，使反應(yīng)加劇，到850c時(shí)PZT固溶體反應(yīng)基本完成：PbO+TiO2-PbTiO3,PbTiO3+ZrO2+PbO-Pb(Zr,Ti)O3當(dāng)采用紅丹Pb3O4時(shí)，在627c左右脫氧，開(kāi)始有形成PbTiO3的反應(yīng)，至U650c時(shí)反應(yīng)

16、顯，液相在780c出現(xiàn)，促使PZT反應(yīng)加劇，至ij850c時(shí)反應(yīng)基本完成：Pb3OLPbO+O2TPbO+TiO2-PbTiO3PbTiO3+ZrO2+PbOPb(ZrTi)O3當(dāng)采用活性較差的氧化鉛PbO時(shí)，開(kāi)始形成PbTiO3的反應(yīng)溫度為670C,液相在810c出現(xiàn)，反應(yīng)到860c時(shí)結(jié)束：PbO+TiO2PbTiO3PbTiO3+ZrO2+PbOPb(ZrTi)O3(2)不同組分的反應(yīng)歷程不一樣。就鈦酸鉛PbTiO3而言，P4O3在627c脫氧后，生成有強(qiáng)烈反應(yīng)能力的活性PbO,立即與TiO2反應(yīng)，生成PbTiO3,到700c時(shí)反應(yīng)基本完成：Pb3O4-PbO+O2TPbO+TiO2PbT

17、iO3Pb3O4+TiO2fPbTiO3+O2TPb3O4在627c脫氧后新生成有強(qiáng)烈反應(yīng)能力的活性PbO,但是，它并不像PbTiO3那樣，立即與ZrO2作用，大量生成PbZrO3，而只是當(dāng)PbO、2。2與已合成的少量PbZrO3在790c附近生成三元共融點(diǎn)液相(即PbO、2。2和PbTiO3)時(shí)，才發(fā)生PbZrO3的合成反應(yīng)，至U900C時(shí)反應(yīng)完成：Pb3O4-PbO+O2TPbO+ZrO2-PbZrO3PbO+ZrO2+PbZrO3fPbZrO3Pb3O4在627c脫氧后新生成有強(qiáng)烈反應(yīng)能力的活性PbO,它先與TiO2反應(yīng)，形成PbTiO3；在840c液相出現(xiàn)，緊接著形成Pb(ZrTi)O

18、3固溶液體，至U850c時(shí)反應(yīng)基本完成：Pb3O4-PbO+O2TPbO+TiO2-PbTiO3PbO+ZrO2-PbZrO3PbTiO3+ZrO2+PbO-Pb(ZrTi)O33保溫階段(850c至900C)配方不同，保溫階段的溫度也有差異，一般在850c900c之間。這一階段，主要是繼續(xù)完成上階段尚未完成的化學(xué)反應(yīng)。固態(tài)物質(zhì)的化合反應(yīng)，不像液相物質(zhì)的化合反應(yīng)那么容易，必須有一定的反應(yīng)時(shí)間。因此，必須經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的保溫，使反應(yīng)更加充分和完全。三合成的工藝條件當(dāng)采用活性四氧化三鉛Pb3O4為原料，主晶相的固相合成工藝條件如下：1裝爐將坯件裝在增期內(nèi)，但坯件不能與塔期直接接觸，坯件之間，需要留一

19、定間隙(用碎墊板隔開(kāi))。堪蝸加蓋，但不密封，也留一定縫隙，以便于氣體和水分的逸出。每爐一次合成一批料粉較合適。2升溫速度和保溫時(shí)間500c以下時(shí)，升溫不能太快，以防坯件炸裂崩散，而不利于合成反應(yīng)。一般每10分鐘升溫40C(即240C/小時(shí))較合適。由500c時(shí)開(kāi)始，Pb3O4分解脫氧，升溫速度更應(yīng)緩慢，以保證充分的合成反應(yīng)時(shí)間，一般每10分鐘升溫20C(即120C/小時(shí))為宜。在700c下保溫1小時(shí)，以利生成PbTiO3；700c900c時(shí)，每10分鐘升溫20C,在900c下保溫23小時(shí)，使料粉反應(yīng)完全而且更加充分，生成Pb(ZrTi)O3保溫時(shí)間的長(zhǎng)短，可視坯件大小和數(shù)量來(lái)決定。3降溫速度達(dá)

20、到保溫時(shí)間后，關(guān)閉電爐電源，隨爐冷卻；爐溫下降到200c以下，坯件即可出爐。4爐內(nèi)氣氛的選擇以中性或氧化性氣氛為好；還原氣氛將導(dǎo)致料粉還原發(fā)黑，必須嚴(yán)加控制。5高溫爐的選擇選擇能達(dá)到900c左右的高溫箱式爐較合適。四儀器設(shè)備電阻爐；WT-100型溫度程序控制儀或TDW1溫控儀五瓷料要求經(jīng)過(guò)合成后的瓷料，應(yīng)符合中下列要求：1顏色正常，為淡黃色或淺黃色。2坯件應(yīng)有一定膨脹率（一般在820%范圍內(nèi)）。合成后的每個(gè)坯件應(yīng)有一定程度的崩裂，裂紋縱橫交叉。3游離林、鈦豆和量不能太高。凡合成正常的瓷料，其游離PbO含量不應(yīng)超過(guò)總料量的1%（重量），游離ZrO2和TiO2含量，均不應(yīng)超過(guò)總料時(shí)的運(yùn)（重量）。4

21、坯件應(yīng)結(jié)實(shí)，料粉不疏松。不允許坯件堅(jiān)硬或接近成瓷，以免降低反應(yīng)活性，造成燒結(jié)困難，也不允許料粉疏松而影響制品最終的電性能。六實(shí)驗(yàn)報(bào)告1實(shí)驗(yàn)的目的；主晶相合成的原理；2用于合成主晶相的原料描述；3合成的工藝條件；影響合成的因素分析；4合成爐的使用操作；5合成好的主晶相的情況記述。七思考題1確定合成條件有哪二條原則？2合成的主晶相容易出現(xiàn)哪些疵病，如何解決？實(shí)驗(yàn)三差熱分析一背景知識(shí)差熱分析方法能較精確的測(cè)定和記錄一些物質(zhì)在加熱過(guò)程中發(fā)生的失水、分解、相變、氧化還原、升華、熔融、晶格破壞和重建，以及物質(zhì)間的相互作用等一系列的物理化學(xué)現(xiàn)象，并借以判定物質(zhì)的組成及反應(yīng)機(jī)理。因此，差熱分析方法已廣泛用于地

22、質(zhì)、冶金、陶瓷、水泥、玻璃、耐火材料、石油、建材、高分子等各個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中。差熱分析方法與其它現(xiàn)代的測(cè)試方法配合，有利于材料研究工作的深化，目前已是材料科學(xué)研究中不可缺少的方法之一。二差熱分析的基本原理現(xiàn)代的差熱分析儀，采用集成電路等先進(jìn)技術(shù)，基本特征是采用示差熱電偶，以一端測(cè)溫、另一端記錄并測(cè)定試樣與參比物之間的溫度差，以達(dá)到了解試樣在升溫或降溫過(guò)程中的熱變化，以鑒定未知試樣。根據(jù)熱電偶的原理，把直徑相同、長(zhǎng)度相等的金屬絲A(例如鉗絲)兩段，與直徑A相同，長(zhǎng)度適中的金屬絲或合金絲B(例如鉗-銬合金線)一段，焊接成如圖所示的回路式Pt-PtRh差熱電偶。將兩焊點(diǎn)分別插入等量的試樣

23、和參比物的容器中，放置于電爐的均熱帶，熱電偶的兩端與信號(hào)放大系統(tǒng)和記錄儀相連接，構(gòu)成圖中所示的差熱分析示意圖。差熱分析原理圖(a)1-試樣支撐-測(cè)量系統(tǒng)；2-爐子；3-溫度程序控制；4-記錄儀；(b)差熱曲線在差熱分析中，由于參比物是熱中性體，在整個(gè)加熱過(guò)程中只是隨爐溫而升高溫度，衩測(cè)試樣則將產(chǎn)生熱變化，這時(shí)在熱電偶的兩個(gè)焊點(diǎn)間則形成溫度差，產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，其大小為：EAB=k/e2(Ti-T2)2ln(neA/meB)(1)式中Eab一由A、B兩種金屬絲組成閉合回路中的溫差電動(dòng)勢(shì)(eV);k波爾茲曼常數(shù)；e一電子電荷；Ti、T2一差熱電偶兩個(gè)焊點(diǎn)的溫度（K）;nEa金屬A中的自由電子數(shù)；me

24、B金屬B中的自由電子數(shù)。差熱分析的基本原理是由于試樣在加熱或冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的熱變化而導(dǎo)致試樣和參比物間產(chǎn)生的溫度差，這個(gè)溫度差由置于兩者中的熱電偶反映出來(lái)。根據(jù)公式（1）,差熱電偶的閉合回路中便有Eab產(chǎn)生，其大小主要決定于試樣本身的熱特性，通過(guò)信號(hào)放大系統(tǒng)和記錄本儀記下的差熱曲線，便能如實(shí)的反應(yīng)出試樣本身的特性。因此，對(duì)差熱曲線的判讀，有可能達(dá)到物相鑒定的目的。差熱曲線的縱軸表示溫度差（T）、橫軸表示溫度（T）或時(shí)間（t）。曲線向下是吸熱反應(yīng)，向上是放熱反應(yīng)。三差熱分析方法差熱分析實(shí)驗(yàn)主要包括：試樣和參比物的準(zhǔn)備及裝填；升溫速率的選擇；差熱淚盈出一電偶的選擇；試樣和參比物容器的判斷；記錄儀下

25、紙畫(huà)|選擇以及接通電源等具體操作，最后編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。準(zhǔn)備工作參比物：應(yīng)符合如下要求：（1）整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)無(wú)熱反應(yīng)；（2）比熱和導(dǎo)熱性能與試樣相近；（3）粒度與試樣相近（通過(guò)100300目篩的粉末）。常用的參比物為a-Al2O3（經(jīng)1720K煨燒過(guò)的高純氧化鋁粉，全部是a型氧化鋁晶體）。試樣（1）粉末試樣的粒度均通過(guò)100300目篩；（2）區(qū)研樣的導(dǎo)熱性能與參比物相近,常在試磋叵可適量的參比物使試樣稀釋。（3）盡可能使試樣與參比物有相近的裝填密度。升溫速度升溫速率的選擇主要依據(jù)試樣和試樣容器的熱容及導(dǎo)熱性能來(lái)確定。常用的升溫速率為110C/min。走紙速度為保證差熱曲線的幅度合適，記錄儀的走紙

26、速度應(yīng)與升溫速度相配合，升溫速度為10C/min,走紙速度為30cm/h為宜。試樣座和參比物座的分辨為使差熱記錄筆移動(dòng)的方向符合常駐帆，裝填表試樣前，心分辨試樣座和參比物座。方法是用熱物體接近熱淚因眶電加的某一焊點(diǎn),并將差熱量程置于100mV檔，如果輸出儀表的指針或差熱記錄筆移向左側(cè)，則接近熱端為參比物座；如果移向右側(cè)，接近熱端為試樣座。也可用棉花沾少量乙醇或乙醛，接觸某側(cè)熱電偶的焊點(diǎn)，若差熱記錄筆向左移動(dòng)，則接觸側(cè)為試樣座。差熱電偶的選擇中、低溫（1270K770K）差熱分析實(shí)驗(yàn)多采用饃銘-饃鋁熱電偶，高溫（1270K時(shí)）以Pt-Pt90Rh10熱電偶為宜。四儀器設(shè)備差熱分析儀五差熱分析實(shí)驗(yàn)

27、報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告記錄如下事項(xiàng)：(1)標(biāo)明使用物質(zhì)(試樣、參比物、稀釋劑)的名稱、組成、實(shí)驗(yàn)式、試樣質(zhì)量和稀釋方法；(2)標(biāo)明使用物質(zhì)的來(lái)源、經(jīng)歷、純度；(3)記錄升溫速率；(4)示出氣氛的壓力、組成、純度；注明其狀態(tài)(靜止或流動(dòng))。外接氣體要注明其壓力、溫度，使用的氣體不是常壓時(shí)，還應(yīng)記錄壓力的調(diào)節(jié)方法；(5)記錄試樣容器的大小、形狀、材料及試樣的裝填表方法；(6)差熱曲線縱軸表示試樣熱反應(yīng)的大小。相對(duì)于參比物的正溫差(T0)向上，負(fù)溫差(TV0)向下。橫軸表示某一時(shí)間或特定位置的溫度，時(shí)間或溫度從左向右表示增大。與上述記錄不同的方法應(yīng)加心說(shuō)明；(7)說(shuō)明中間反應(yīng)生成物和最終產(chǎn)物的鑒定方法；(8)

28、在可能的情況下應(yīng)說(shuō)明各種熱效應(yīng)產(chǎn)生的原因及根據(jù)；(9)注明差熱電偶的形狀、材料，測(cè)定T和T的溫差電偶的位置；(10)如實(shí)地再現(xiàn)全部的原始記錄。六思考題1如何對(duì)差熱分析的結(jié)果作出合理的解釋即如何判讀？2分析差熱曲線的影響因素。實(shí)驗(yàn)四可塑法成型工藝一基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康目伤芊ǔ尚褪抢媚嗔暇哂锌伤苄缘奶攸c(diǎn)，經(jīng)一定工藝處理泥料制成一定形狀的制品。它適合于成型具有回轉(zhuǎn)中心的圓形產(chǎn)品，在傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)中較為普遍采用。在信息功能陶瓷生產(chǎn)中，這種方法也是經(jīng)常應(yīng)用。根據(jù)可塑法成型的原理，又發(fā)展了擠壓成型和軋膜成型等。可塑法成型適合生產(chǎn)管、棒和薄片狀的制品。粘土或坯料的可塑性是塑性法成型最基本的工藝性能之一。可塑性

29、不但影響成型性能，而且影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在進(jìn)行壞料配方時(shí)，可塑性是必須考慮的重要性能。不同的成型方法對(duì)坯料的可塑性要求是不同的，原料種類、粉碎方法、粒徑大小及顆粒分布、含水率等都在不同程度上影響可塑性，因此，如何測(cè)定可塑性和控制可塑性應(yīng)成為信息功能陶瓷生產(chǎn)中一個(gè)很重要的問(wèn)題。1陶瓷成型前粉料預(yù)處理為使粉料更適合成型工藝的要求，在需要時(shí)，應(yīng)對(duì)已粉碎、混合好的原料，進(jìn)行某些處理。1）塑化傳統(tǒng)陶瓷材料中常含有粘土，粘土本身就是很好的塑化劑。信息功能陶瓷配料中有些難以成型的原料，對(duì)那些難以成型的原料，為提高其可塑性，需加入一些輔助材料：粘結(jié)劑：常用的有：聚乙烯醇、甲基纖維素、石蠟、聚乙二醇等。增

30、塑劑：常用的有：甘油、仁廳I酯、草酸、水玻璃、乙酸二甘醇、粘土等。溶劑：能溶解粘結(jié)劑、增塑劑，并能和物料構(gòu)成可塑物質(zhì)的液體，如：水、乙醇、丙酮、苯、醋酸乙脂等。選擇塑化劑要根據(jù)成型方法、物料性質(zhì)、制品性能要求、添加劑的價(jià)格以及燒結(jié)時(shí)是否容易排除等條件，來(lái)選擇添加劑及其加入量。2）造粒粉末越細(xì)小，其燒結(jié)性能越良好；但粉末太細(xì)小由于其松裝比重小、流動(dòng)性差、裝模容積大；會(huì)造成成型困難，燒結(jié)收縮嚴(yán)重，成品尺寸難以控制等麻煩。為增強(qiáng)粉末的流動(dòng)性、增大粉末的堆積密度，特別是采用模壓成型號(hào)時(shí)，有必要對(duì)粉末進(jìn)行造粒處理。2粉料可塑法成型方法主要有擠制成型和軋膜成型等。1） 擠制法成型的優(yōu)點(diǎn)是：連續(xù)生產(chǎn)，效率高

31、，污染小，易于自動(dòng)化操作。其缺點(diǎn)是：擠嘴結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求高，用料多，不宜作小批量生產(chǎn)。且只能用以擠制橫截面形狀相同的產(chǎn)品。由于用于擠制法成型號(hào)中這泥料，含有較多的溶劑和膠料，故這種坯體在干燥或燒結(jié)過(guò)程中的收縮，都比干壓成型的坯件要大，其致密度與抗電壓強(qiáng)度也略有遜色。2）軋膜成型方法這也是一種非常成熟的薄瓷坯成型工藝，大量地用以軋制瓷片電容及獨(dú)石電容、電路基片、壓電陶瓷等瓷坯。軋膜成型的特點(diǎn)，是練泥與成型同時(shí)進(jìn)行。為使泥料高度均勻、粘合劑與粉粒之間有充分完滿的接觸，必須保持足夠的混練工作量。不宜過(guò)早將輻調(diào)近，急于獲取薄片坯體。軋膜工藝通常用來(lái)軋制1mm以下的坯片，最常見(jiàn)的是0.15mm左右

32、，技術(shù)熟練和粉料良好時(shí)，也可軋制0.05mm左右的超薄片。通常厚度越小，則要求粉粒越細(xì)越圓潤(rùn)，含粘合劑量越多，軋輻精度越高。本實(shí)驗(yàn)要求了解幾種可塑性的測(cè)定原理和測(cè)定方法，以及掌握可塑法成型工藝過(guò)程中的軋膜成型。二實(shí)驗(yàn)原理具有一定細(xì)度和分散度的粘土或配合料，加適量水或粘合劑調(diào)和均勻，加工練制成為含水率或粘結(jié)劑一定的塑性配合料，在外力作用下能塑造在任意行，在外力解除后能保持快形不變,這種性能稱為可塑性?？伤苄耘c調(diào)和水量與顆粒周圍形成的水膜厚度有一定的關(guān)系。一定厚度的水化膜會(huì)使顆粒相互聯(lián)系，開(kāi)成舸第構(gòu),加大附著力。水膜還能降低顆粒間的內(nèi)摩擦力，使質(zhì)點(diǎn)能沿著重碼面相互附動(dòng),從而產(chǎn)生可塑性而易于塑造各種

33、形狀，但加入水量過(guò)多則會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)而去可塑性；當(dāng)加入水量過(guò)少則連續(xù)水膜破裂，內(nèi)摩擦力增加,質(zhì)點(diǎn)難于滑動(dòng)，甚至不能滑動(dòng)而失去可塑性。干燥的物料是沒(méi)有可塑性的，砂子加水調(diào)和也是沒(méi)有可塑性，由此可見(jiàn)，液體和粘土礦物結(jié)構(gòu)是粘土具有可塑性的必要條件，而適量的液體(水)則是另一個(gè)重要條件和充足條件。測(cè)定可塑性一般有直接法和間接法。前者是以塑性泥料在壓力、張力、剪力、扭力作用下的變形程度來(lái)表示，例如可塑性指數(shù)法是測(cè)定塑性泥料對(duì)形態(tài)變化的抵抗力；事塑性指|標(biāo)叵%是應(yīng)力-應(yīng)變的關(guān)系。后者是把飽水率、風(fēng)干收縮率、粘度、吸濕水分與可塑性聯(lián)系起來(lái)，例如飽水率，在正常工作稠度下高嶺土內(nèi)的含水量越高則可塑性越好；粘土圓錐體

34、在達(dá)到破裂時(shí)的浸透時(shí)間越長(zhǎng)則可塑性越好；粘土懸浮液從恩氏粘度計(jì)中流出的速度(厘米3/秒)越小則可塑性越好；風(fēng)干收縮率越大則可塑性越好；吸濕水分()越大則可塑性越好。由此可見(jiàn)，粘土或坯料的可塑性是多種性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。要想用一個(gè)測(cè)定值反這許多性質(zhì)全部表達(dá)出來(lái)，到目前為止還沒(méi)有找到更完善測(cè)定方法，只是在測(cè)定個(gè)別性能后，近似地對(duì)可塑性加以推斷和定量，例如可塑性指數(shù)法和可塑性指標(biāo)法只是從某一個(gè)方面說(shuō)明可塑性，而實(shí)際上是有局限性的?？伤苄灾笖?shù)值為液限與塑限之差，液限就是使泥料具有可塑性時(shí)的最高含水量；塑限則是泥料具有可塑性時(shí)的最低含水量。可塑性指標(biāo)是用一定大小的泥料在受壓力到出現(xiàn)裂紋時(shí)所產(chǎn)生的變形大小與變

35、形力的乘積，用以表示粘土或坯料的可塑性。圓柱體壓縮法是用一種近似恒定的速率從軸線方向壓縮圓柱形試樣，同時(shí)能指示各壓縮階段的壓縮應(yīng)力，從而求出壓縮應(yīng)力與壓縮應(yīng)變的關(guān)系。張力、剪力比塑性測(cè)定法是使泥段通過(guò)擠壓錐型口表示剪力和通過(guò)拉伸表示張力，再用張力和剪力的比值來(lái)表示可塑性的一種測(cè)定方法。生產(chǎn)實(shí)踐證明，粘土顆粒的分散度，非粘土礦物雜質(zhì)的含量、粘土礦物的組成形式、可溶性雜質(zhì)的存在等是影響天然粘土可塑性的主要因素。從影響粘土可塑性的因素可知增塑或減塑的措施是什么，從粘土的可塑性可判斷同一礦區(qū)所產(chǎn)粘土的質(zhì)量是否穩(wěn)定。三儀器設(shè)備C3385-150型雙輻軋膜機(jī)1主要技術(shù)數(shù)據(jù)：軋輻尺寸：0853150(mm)

36、電動(dòng)機(jī)功率：2.2(KW),1420r/min軋膜間隙：0-5(mm)減速機(jī)速比：60:1軋輻轉(zhuǎn)速：9(r/min)電源：3N50HZ380V外型尺寸(Lbh)：1100360031200(mm)2雙輻軋膜機(jī)原理圖3面板控制布線圖代號(hào)名稱型號(hào)數(shù)據(jù)L1L2L3指示燈36VQA2QA3帶燈按鈕LA19380V5ABK變壓器入380V出12V24V36VRD1RD2RD3保險(xiǎn)10ATA停止按鈕LA19380V5AJ1J2交流接觸器CJ10-10XK06-001-1826四操作步驟1了解設(shè)備結(jié)構(gòu)雙輻軋膜機(jī)主要由電機(jī)、減速器、思膜機(jī)構(gòu)及機(jī)架等組成。工作原理是電氣控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，由電機(jī)通過(guò)三角帶傳到減速

37、器，由減速器減速輸出給予軋輻機(jī)構(gòu)，通過(guò)齒輪帶動(dòng)雙輻轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到軋膜目的，軋膜薄厚可由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，范圍在0-5mm之間，軋輻轉(zhuǎn)速是9r/min。2使用前的檢查使用前的應(yīng)檢查各部件是否有松動(dòng)現(xiàn)象，按油尺要求給予減速器加注齒輪用機(jī)油，并給而由孔加油,將雙輻間隙調(diào)到最大處，啟動(dòng)電機(jī)檢查各部潤(rùn)滑情況，并用酒精棉球清洗雙輻工作面，保持清潔。隨后，同時(shí)調(diào)整兩個(gè)調(diào)節(jié)手柄，逐步調(diào)整軋輻之間的間隙，加料運(yùn)行，檢查出料厚度，并緩慢調(diào)整間隙至要求。3粗軋：將磨細(xì)過(guò)篩好的粉料，拌以有機(jī)粘合劑（如聚乙烯醇等）和溶劑（如水等），置于兩輻軸之間進(jìn)行混煉，使粉料、粘合劑和溶劑等成分充分混濁合均勻4精軋：逐步調(diào)近軋輻間距，多

38、次折迭，900轉(zhuǎn)向，反復(fù)軋練，以達(dá)到必須的均勻度、致密度、光潔度和厚度為止。由于軋輻的工作方式，使坯料只在厚度方向和前進(jìn)方向受到碾壓，在寬度方向缺乏足夠的壓力。因而對(duì)膠體分子和粉粒都具有一定的定向作用。使坯體的機(jī)械強(qiáng)度與致密度，都具有各向異性，使坯片容易從縱向撕裂、燒結(jié)時(shí)橫向收縮較大。故在輻軋過(guò)程中必須不斷將坯片作90。倒向，否則不能將各向異性減至最小。盡管如此多次倒轉(zhuǎn)，其最后一次精軋留下的定向作用仍是無(wú)法消除的，這是軋膜帔型號(hào)巾內(nèi)在矛盾。5軋好的坯片，宜在保持一定濕度的環(huán)境中儲(chǔ)存，防止干燥脆化，以得進(jìn)行匚/沖切工藝。6停機(jī)后應(yīng)將軋輻調(diào)至到最大間隙處，并清洗軋輻及機(jī)械各部位，不留殘?jiān)?。注意事?xiàng)

39、：空機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，絕不可將雙輻無(wú)間隙和壓緊運(yùn)轉(zhuǎn)，不可將其它硬雜質(zhì)料混入輻中，以免損傷輻面！五實(shí)驗(yàn)報(bào)告1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?；提高可塑性的方法；軋膜成型的操作步驟；2可塑法成型的幾種方法的比較；3測(cè)定粘土可塑性指標(biāo)和可塑性指數(shù)的原理；4成型操作步驟中相應(yīng)要注意的問(wèn)題，心得體會(huì)，5提出對(duì)實(shí)驗(yàn)安排的改進(jìn)意見(jiàn)。六思考題1影響軋膜成型質(zhì)量的因素有哪些?2瓷料如何進(jìn)行增塑？實(shí)驗(yàn)五硅碳棒電爐的使用一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握硅碳棒電爐的具體使用方法；2了解確定燒成制度的依據(jù)和原則；3學(xué)會(huì)如何確定最佳燒結(jié)制度。二燒結(jié)機(jī)制燒結(jié)的實(shí)質(zhì)是粉坯在適當(dāng)?shù)臍夥障卤患訜帷⑼ㄟ^(guò)一系列的物理、化學(xué)變化，使粉粒間的粘結(jié)發(fā)生質(zhì)的變化，坯塊強(qiáng)度和密度迅速增加，

40、其他物理、化學(xué)性能也得到明顯的改善。燒結(jié)的目的一方面是為了在高溫狀態(tài)下使在合成過(guò)程中尚未完全起化學(xué)反應(yīng)的少部分氧化物繼續(xù)完成化學(xué)反應(yīng)，力求全部生成錯(cuò)鈦酸鉛等化合物；另一方面是為了在高溫條件下使錯(cuò)鈦酸鉛等化合物由松散顆粒狀態(tài)溶固結(jié)合成一體，生成無(wú)數(shù)小晶粒，并通過(guò)結(jié)晶，使晶粒生長(zhǎng)成為均勻、致密、具有某種顯微組織結(jié)構(gòu)和一定機(jī)械強(qiáng)度、物理性能，以及一定形狀的錯(cuò)鈦酸系多晶陶瓷元件。通過(guò)燒結(jié)，制品的壓電性能和物理電氣性能就已基本確定。燒結(jié)機(jī)制可歸納為：1粘性流動(dòng)；2蒸發(fā)與凝聚；3體積擴(kuò)散；4表面擴(kuò)散；5晶界擴(kuò)散；6塑性流動(dòng)等。燒結(jié)是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)變化過(guò)程；是多種機(jī)制作用的結(jié)果。坯體在升溫過(guò)程中相繼會(huì)

41、發(fā)生下列物理、化學(xué)變化：1蒸氣吸附水：（室溫100C）除去坯體在干燥時(shí)未完全脫去的水分。2粉料中結(jié)晶水排除：（300-700C）3分解反應(yīng)：（300-950C）坯料中碳酸鹽等分解、排除二氧化化碳等氣體。4碳、有機(jī)物的氧化：（450-800C）燃燒過(guò)程，排除大量氣體。5晶型轉(zhuǎn)變：（550-1300）石英、氧化鋁等的相轉(zhuǎn)變。6燒結(jié)前期：經(jīng)蒸發(fā)、分解、燃燒反應(yīng)后，坯體變得更不致密，氣孔可達(dá)百分之幾十。在表面能減少的推動(dòng)力作用下，物質(zhì)通過(guò)不同的擴(kuò)散途徑向顆粒接觸點(diǎn)（頸部）和氣孔部位填充，使頸部不斷長(zhǎng)大，逐步減少氣孔體積；細(xì)小顆粒間形成晶界，并不斷長(zhǎng)大，使坯體變得致密化。在這很長(zhǎng)的過(guò)程中，連通的氣孔不斷

42、縮小，晶粒逐漸長(zhǎng)大，直至氣孔不再連通，形成孤立的氣孔，分布在晶粒相交位置，此時(shí)坯體密度可達(dá)理論密度的90%。7燒結(jié)后期：晶界上的物質(zhì)繼續(xù)向氣孔擴(kuò)散、填充，使孤立的氣孔逐漸變小，一般氣孔隨晶界一起移動(dòng)，直至排出，使燒結(jié)坯體致密化。如再繼續(xù)在高溫下燒結(jié)，只有晶粒長(zhǎng)大過(guò)程了。如果在燒結(jié)后期，溫度升得太快，坯體內(nèi)封閉氣孔來(lái)不及擴(kuò)散、排出，只是隨溫度上升而膨脹，這樣，會(huì)造成制品的的密度反而會(huì)下降。某些材料在燒結(jié)時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部液相，加快了燒結(jié)的過(guò)程，可得到更致密的制品。8降溫階段：冷卻時(shí)某些材料會(huì)發(fā)生相變，因而控制冷卻制度，也可以控制制品的相組成：如要獲得合適相組成的部分穩(wěn)定的氧化錨固體電解質(zhì)，冷卻階段的溫

43、度控制是很重要的。坯體燒結(jié)后在宏觀上的變化是：體積收縮、致密度提高、強(qiáng)度增加。因此可以用坯體的收縮率（線收縮率）、氣孔率、體積密度與理論密度之比值、機(jī)械強(qiáng)度等指標(biāo)來(lái)衡量坯體的燒結(jié)程度。相同的坯體在不同的燒成制度下燒結(jié)，會(huì)得到生燒、正火、過(guò)燒等不同的結(jié)果；不同的升溫速度也會(huì)得到不同的制品。可以從坯體在不同的燒結(jié)制度下得到的制品的密度變化來(lái)確定最佳燒結(jié)制度（可獲得最大密度制品的燒結(jié)制度為最佳）。坯體在燒結(jié)過(guò)程的不同階段會(huì)放出大量氣體，如果在這一階段升溫太快，會(huì)引起強(qiáng)烈反應(yīng)；急速排出的大量氣體會(huì)使坯體開(kāi)裂、起泡，造成損壞；因此，當(dāng)溫度上升到這些溫度段時(shí)，應(yīng)緩慢升溫，或長(zhǎng)時(shí)間保溫，減緩反應(yīng)速度。同樣某

44、些晶型轉(zhuǎn)變也伴隨或多或少的體積變化，也要注意控制溫度，減緩變化的速度。另外，燒結(jié)初期應(yīng)該注意保溫，使物質(zhì)的擴(kuò)散進(jìn)行得更充分，可得到更致密的燒結(jié)體。三確定燒結(jié)條件的依據(jù)1相圖：相圖是確定燒結(jié)條件的主要基礎(chǔ)；2差熱分析：差熱分析的數(shù)據(jù)也是作為確定燒結(jié)條件的依據(jù)之一。但在較高溫度下的真實(shí)情況需要依靠燒成收縮曲線來(lái)確定燒結(jié)條件；3燒成收縮曲線：它是確定燒結(jié)條件下的最好依據(jù)。根據(jù)燒成收縮曲線可以在燒結(jié)前確定出成型坯件的放大數(shù)值、在燒結(jié)過(guò)程控中的升溫速度及在這個(gè)溫度下的合適保溫時(shí)間。曲線還可示出燒成溫度的范圍。4體積密度：它是衡量坯件致密度高低和結(jié)晶成瓷狀況的重要手段。四確定燒結(jié)條件的原則燒結(jié)條件具體應(yīng)遵

45、循下列三條基本原則：1燒成溫度的確定：主要取決于配方的化學(xué)組成、坯件的形狀尺寸和成型方法以及升溫速度的快慢、保溫時(shí)間的長(zhǎng)短。2升溫速度和保溫時(shí)間的確定：升溫速度與燒成溫度和保溫時(shí)間也有密切關(guān)系。當(dāng)升溫速度快（大于300C/小時(shí)）時(shí)，燒成溫度就宜偏上限，保溫時(shí)間也不宜增長(zhǎng)；當(dāng)升溫速度較慢時(shí)，燒成溫度就宜偏下限，保溫時(shí)間可適當(dāng)增長(zhǎng)。3降溫速度和冷卻方式的確定：主要取決于坯件的形狀、尺寸和高溫爐的構(gòu)造。保溫結(jié)束后，一般中小型坯件都可采用停電隨電爐自然降溫冷卻的方式。但為了防止坯件在降溫冷藏卻過(guò)程中產(chǎn)生還原發(fā)黑，可在降溫冷卻過(guò)程中把爐門稍微敞開(kāi)一點(diǎn)，加速自然冷卻，使?fàn)t內(nèi)具有一定的氧化氣氛。五儀器設(shè)備硅

46、碳棒高溫電爐ZK-1可控硅電壓調(diào)整器六燒結(jié)步驟根據(jù)所確定的最佳燒結(jié)條件進(jìn)行燒結(jié)，操作步驟可分為升溫、冷卻三個(gè)階段。為了嚴(yán)格執(zhí)行燒結(jié)條件，控制燒結(jié)質(zhì)量，必須作好下列幾點(diǎn)：1）每隔10分鐘觀察、調(diào)整、記錄一次爐溫，并在接近最佳節(jié)燒成溫度和保溫期間，反復(fù)校正、核對(duì)爐溫，防止燒成溫度過(guò)高或偏低。2）每次裝爐之前，仔細(xì)檢查高溫爐內(nèi)硅碳棒發(fā)熱均勻程度和熱電偶保護(hù)管有無(wú)坡?lián)p，熱匚偶插入爐內(nèi)長(zhǎng)度是否合適，高溫爐的散熱、保溫狀況等。3）裝期之前，仔細(xì)檢查堪竭、堪期蓋的密封狀況。硅碳棒電爐的升溫操作可分為三個(gè)步驟：即手動(dòng)升溫預(yù)熱；參數(shù)和程序設(shè)置；手、自動(dòng)切換。若是未作修改的重復(fù)使用，只需進(jìn)行、二項(xiàng)操作。在電爐升溫

47、時(shí)應(yīng)事先檢查：電氣鑰匙處于“豎直”（關(guān)閉）狀態(tài)，電壓調(diào)整器的電源開(kāi)關(guān)在“關(guān)”狀態(tài)，手動(dòng)電位器的旋鈕在“零”（向上旋于端部）狀態(tài)，工作選擇開(kāi)關(guān)在“手動(dòng)”狀態(tài)。（一）手動(dòng)升溫預(yù)熱操作1將現(xiàn)場(chǎng)配電板的斷路器推至“合”狀態(tài)，此時(shí)電源向電爐及控制柜送電。2順時(shí)針旋動(dòng)電氣鑰匙90。，紅色“停止”指示燈點(diǎn)亮，控制柜受電工作。3按動(dòng)紅色按鈕，紅色指示燈熄滅，綠色“工作”指示燈點(diǎn)亮，主回路受電工作。4向左撥動(dòng)電壓調(diào)整器的電源開(kāi)關(guān)，電壓調(diào)整器的工作指示燈點(diǎn)亮，向下旋動(dòng)“手動(dòng)”調(diào)節(jié)旋鈕，緩慢調(diào)節(jié)使電流表示值上升至30-40A處。這樣，手動(dòng)操作完成，電爐開(kāi)始開(kāi)始升溫、烤爐和預(yù)熱，預(yù)熱溫度可達(dá)300C,預(yù)熱時(shí)間約需2小

48、時(shí)。（二）參數(shù)、程序設(shè)置操作高溫電爐使用的溫度控制儀具有人工智能調(diào)節(jié)，控制狀態(tài)自適應(yīng)。它的工作方式可分為五個(gè)狀態(tài)，分別是：參數(shù)設(shè)置狀態(tài)；程序設(shè)置狀態(tài)；程序運(yùn)行狀態(tài)；程序暫停狀態(tài)；停止準(zhǔn)備狀態(tài)。參數(shù)、程序設(shè)置的操作必須在儀表進(jìn)入、兩個(gè)狀態(tài)時(shí)才能進(jìn)行，設(shè)置過(guò)程一般在電爐的烤爐、預(yù)熱時(shí)進(jìn)行。儀表得電后自動(dòng)進(jìn)入停止準(zhǔn)備狀態(tài)，此時(shí)PV|顯示實(shí)際溫度,SV交替顯示STOP。1 .按住口待IPV顯示HIAL時(shí)，儀表已進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)。用H配合口|（光標(biāo)移動(dòng)）就可以方便地寫入各個(gè)控制參數(shù)。依次按動(dòng)口就能把所有的參數(shù)分別設(shè)置寫入。參數(shù)設(shè)置停止時(shí)，儀表將自動(dòng)回到停止準(zhǔn)備狀態(tài)，儀表口蘇設(shè)置寫入的控制參數(shù)。2 .將匚

49、|一按即放二次，再按待儀表PV|顯示C01時(shí)，儀表已進(jìn)入程序設(shè)置狀態(tài)。此時(shí)，用B，E配合口可以方便地寫入程序設(shè)置數(shù)值，依次按動(dòng),就能把所需的程序編排數(shù)值全部設(shè)置寫入。儀表升溫程序的編排采用溫度1一時(shí)間1-溫度2一時(shí)間2,一溫度30一時(shí)間30的格式，其定義為第一點(diǎn)溫度，第一段時(shí)間，第二點(diǎn)溫度，第二段時(shí)間，。例如要實(shí)現(xiàn)一個(gè)從200c開(kāi)始，1小時(shí)后線性升溫至500C,保溫半小時(shí)后自動(dòng)關(guān)爐的試驗(yàn)升溫曲線，需寫入的程序數(shù)值為：C01=200T01=60（從200c開(kāi)始，60分鐘升至500C）C02=500T02=30（在500c處保溫30分鐘）C03=500T03=-121（-121是關(guān)爐停止的專用字符

50、）程序參數(shù)設(shè)置停止時(shí)，儀表將自動(dòng)回到停止準(zhǔn)備狀態(tài)。（三）手動(dòng)-自動(dòng)切換操作當(dāng)儀表處于停至準(zhǔn)備狀態(tài)時(shí)，并且巨|中顯示預(yù)熱溫度接近第一點(diǎn)溫度時(shí)，就可以進(jìn)行手動(dòng)-自動(dòng)切換操作，即烤爐、預(yù)熱結(jié)束，程序曲線開(kāi)始執(zhí)行。操作過(guò)程：1按下RUN/HOLD鍵，RUN指示燈點(diǎn)亮，OUT指示燈點(diǎn)亮，MA|表上有輸出。2將電壓調(diào)整器上的工作選擇開(kāi)關(guān)撥向右面“自動(dòng)”方向，此時(shí)調(diào)整器開(kāi)始執(zhí)行程序工作信號(hào)，二、四顯示新的工作狀態(tài)。程序升溫開(kāi)始后，IPV|顯示實(shí)際溫度，sv顯示理論溫度，在剛切換時(shí)輸出和巨|有時(shí)會(huì)有一些波動(dòng)，經(jīng)過(guò)人工智能環(huán)節(jié)調(diào)整后，就將趨于穩(wěn)定和平緩。然后根據(jù)給定的升溫曲線，進(jìn)行溫度擬合。自動(dòng)地執(zhí)行整個(gè)升溫曲

51、線，直至給定升溫曲線的結(jié)束。若進(jìn)入RUN一段時(shí)間后控制效果不夠理想，則可啟動(dòng)“自適應(yīng)”功能運(yùn)行。操作為：按動(dòng)口鍵，使應(yīng)出現(xiàn)“AT”顯示即可。此時(shí)，儀表執(zhí)行2-3次沖擊式試探調(diào)整后，根據(jù)產(chǎn)生的輸出振蕩和溫度振蕩自動(dòng)整定出一組新的控制參數(shù)進(jìn)行更為完善的控制。四注意事項(xiàng)1務(wù)必正確使用電爐，以延長(zhǎng)使用壽命。2嚴(yán)禁爐溫超過(guò)額定的最高溫度。短時(shí)間最高可達(dá)1350C,長(zhǎng)時(shí)間只能達(dá)到1300Co3硅碳棒應(yīng)盡量妨止與氧氣、水蒸汽、堿、堿土金屬、石棉、硼化物等直接接觸。4爐溫在300c以上，不應(yīng)打開(kāi)爐門，更不允許冷空氣對(duì)流，否則，將嚴(yán)重?fù)p壞爐膛。五實(shí)驗(yàn)報(bào)告1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?坯件在燒結(jié)過(guò)程中可能發(fā)生的物理、化學(xué)反應(yīng)的類

52、型各相應(yīng)的溫度段，設(shè)置的燒結(jié)制度（每段的升溫速度和保溫時(shí)間）；3硅碳棒爐的操作要點(diǎn)；4影響燒結(jié)的主要因素；5實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果。六思考題1如何確定燒結(jié)制度？2怎樣正確使用高溫爐子？3如何判斷燒結(jié)質(zhì)量？4常見(jiàn)燒結(jié)疵病及防治措施。實(shí)驗(yàn)六陶瓷的金屬化與封接一實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮突疽髮?shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解陶瓷的金屬化與封接過(guò)程中的物理化學(xué)變化；2掌握被銀的具體操作方法；二實(shí)驗(yàn)原理隨著信息功能陶瓷技術(shù)的不斷發(fā)展，有時(shí)需要將陶瓷與金屬、陶瓷與陶瓷牢固地封接在一起，由于陶瓷材料表面結(jié)構(gòu)與金屬材料表面結(jié)構(gòu)不同，焊料往往不能潤(rùn)濕陶瓷表面，也不能與之作用而形成牢固的粘接，因而陶瓷與金屬的封接是一種特殊的工藝方法，即金

53、屬化的方法：先在陶瓷表面牢畫(huà)!附一層金屬薄膜，從而實(shí)現(xiàn)陶瓷與金屬的焊接。另外，用特制的玻璃焊料可直接實(shí)現(xiàn)陶瓷與陶瓷的焊接。陶瓷的金屬化與封接是在瓷件工作部位的表面化上，涂覆一層具有高導(dǎo)電率、接合牢固的一層金屬薄膜作為電極。用這種方法將陶瓷和金屬件焊接到一起時(shí)，其主要工藝流程如淀積金屬薄層下：加熱焊料使陶瓷與金屬焊封其中，最關(guān)鍵的工藝是陶瓷表面的金屬化。可作為金屬薄膜電極的材料很多，除銀以外，銅、金、饃、錫等均具有良好的導(dǎo)電性能。目前，在國(guó)內(nèi)外以采用銀電極最為普遍。整個(gè)被銀過(guò)程，包括涂銀和燒銀兩個(gè)階段。在整個(gè)過(guò)程中，銀漿隨著溫度的升高，發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化。主要可分成以下幾個(gè)階段：1膠合劑揮

54、發(fā)分解階段(90325C)銀漿中的膠合劑熔化、且全部分解，直至除凈?；瘜W(xué)反應(yīng)式為：Ag2CO3-Ag2O+CO2TAg2O-2Ag+O即Ag2CO3-2Ag+CO2T+OC10H16+28Ag2O-10CO2T+56Ag+8H2O2碳酸銀或氧化銀還原為金屬銀階段(410600C)碳酸銀或氧化銀開(kāi)始還原為金屬銀Ago在520c開(kāi)始中，還原出來(lái)的金屬銀與助熔劑形成膠狀混合物，滲入到制品表面，至600c還原作用基本結(jié)束。化學(xué)反應(yīng)式為：C10H16+28Ag2O-10CO2T+56Ag+8H2。28Ag2CO3+C10H16f56Ag+38CO2T+8H2O3助熔劑轉(zhuǎn)變?yōu)槟z體狀階段(520600C)助

55、熔劑硼酸鉛和氧化鈉開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w狀態(tài)，同金屬銀一起，開(kāi)始滲入制品表面?；瘜W(xué)反應(yīng)式為：28Bi2O3+3C10H16-56Bi+30CO2,+24H2O7Pb（BO2）2+C10H16-7Pb+10CO2T+8H2O+I4B4金屬銀與制品表面牢固結(jié)合階段（600c以上）還原出來(lái)的金屬銀Ag、鉛Pb和Bi,在600c開(kāi)始滲入制品表面，但不牢固。800c是燒滲銀層所需的下限溫度，850c是燒滲銀野所需的上限溫度。在850c銀層的滲透效果最好，機(jī)械化抗張強(qiáng)度可達(dá)到最大值。但對(duì)于錯(cuò)鈦酸鉛壓志陶瓷元件來(lái)說(shuō),由于其抗還原性較差，為防止三氧化二鈦的產(chǎn)生，一般只燒滲到700左右較為理想。電極的作用有二：1）是為極化創(chuàng)造條件。因?yàn)閷?duì)于信息功能陶瓷中的錯(cuò)鈦酸鉛等瓷件來(lái)說(shuō)，本身是強(qiáng)絕緣體，不導(dǎo)電。極慳化時(shí)要施加高壓電場(chǎng)，若無(wú)電極，就不容易得到充分極化，也不能在瓷件表面積聚電荷而具有壓電效應(yīng)；2）是起傳遞電荷的作用。經(jīng)過(guò)極化的壓電陶瓷元件，受到力的作用后，機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，呈現(xiàn)正壓電效應(yīng)。電荷的傳遞，全憑電極來(lái)完成。制品涂覆銀層后，應(yīng)達(dá)到下列基本要求：1）必須完整均勻、無(wú)堆積不平、流竄花紋、明顯鱗皮、越泡開(kāi)BOt底脫落等。2）應(yīng)光亮潔白，導(dǎo)電率高，無(wú)任何其它金屬