2023年318材料制備原理-課后作業(yè)地的題目

第1章 習(xí)題與思考題溶膠-凝膠合成1〕〕凝膠列出了主要內(nèi)容，依據(jù)具體狀況自己總結(jié)，下同：1、溶膠：是具有液體特征的膠體體系，是指微小的固體顆粒懸浮分散在液相中，不停地進展布朗運動的體系。分散粒子是固體或者大分子顆粒，分散粒子的尺寸在1~100nm之間，這些固體顆粒一般由103~109凝膠(Gel)：凝膠是具有固體特征的膠體體系，被分散的物質(zhì)形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)骨架，骨架孔隙中布滿液體或氣體，凝膠中分散相含量很低，一般在1%~3%之間。2、說明溶膠-凝膠法的原理及根本步驟。答：溶膠-凝膠法是一種興起的制備陶瓷、玻璃等無機材料的濕化學(xué)方法。其根本原理是：易于水解的金屬化合物(無機鹽或金屬醇鹽)在某種溶劑中與水發(fā)生反響，經(jīng)過水解與縮聚過程漸漸凝膠化，再經(jīng)枯燥燒結(jié)等后處理得到所需材料，根本反響有水解反響和聚合反響。這種方法可在低溫下制備純度高、粒徑分布均勻、化學(xué)活性高的單多組分混合物(分子級混合)，并可制備傳統(tǒng)方法不能或難以制備的產(chǎn)物，特別適用于制備非晶態(tài)材料。1nm左右的溶膠粒子(sol)，溶膠粒子進一步聚攏生長形成凝膠(gel)。有人也將溶膠-凝膠法稱為SSG法，即溶液-溶膠-凝膠法。3、簡述溶膠-凝膠制備陶瓷粉體材料的優(yōu)點。答：①制備工藝簡潔、無需昂貴的設(shè)備；②對多元組分體系，溶膠－凝膠法可大大增加其化學(xué)均勻性；③反響過程易掌握，可以調(diào)控凝膠的微觀構(gòu)造；④材料可摻雜的范圍較寬〔包括摻雜量及種類，化學(xué)計量準(zhǔn)確，易于改性；⑤產(chǎn)物純度高，燒結(jié)溫度低水熱與溶劑熱合成1〕2〕溶劑熱法。水熱法：是指在特制的密閉反響器〔高壓釜〕中，承受水溶液作為反響體系，通過對反響體系加熱、加壓，制造一個相對高溫、高壓的反響環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解，并且重結(jié)晶而進展無機合成與材料處理的一種有效方法。溶劑熱法：將水熱法中的水換成有機溶劑或非水溶媒〔例如：有機胺、醇、氨、四氯化碳或苯等類似于水熱法的原理，以制備在水溶液中無法長成，易氧化、易水解或?qū)λ舾械牟牧稀?、簡述水熱與溶劑熱合成存在的問題？答：〔1〕水熱條件下的晶體生長或材料合成需要能夠在高壓下容納高腐蝕性溶劑的反響器，需要能被規(guī)范操作以及在極端溫度壓強條件下牢靠的設(shè)備。由于反響條件的特別性，致使水熱反響相比較其他反響體系而言具有如下缺點：a無法觀看晶體生長和材料合成的過程，不直觀。b設(shè)備要求高耐高溫高壓的鋼材，耐腐蝕的內(nèi)襯、技術(shù)難度大溫壓掌握嚴(yán)格、本錢高。c安全性差，加熱時密閉反響釜中流體體積膨脹，能夠產(chǎn)生極大的壓強，存在極大的安全隱患。(2起到了肯定的指導(dǎo)作用。但是，迄今為止，幾乎全部的理論或模型都沒有完整給出晶體構(gòu)造、缺陷、生長形態(tài)與生長條件四者之間的關(guān)系，因此與制備晶體技術(shù)爭論有較大的距離，在實際應(yīng)用中存在很大的局限性。3、請畫出水熱與溶劑熱合成的一般工藝流程圖？答：化學(xué)氣相沉積法11〕2；3〕。化學(xué)氣相沉積:化學(xué)氣相沉積乃是通過化學(xué)反響的方式，利用加熱、等離子鼓勵或光輻射等各種能源，在反響器內(nèi)使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學(xué)物質(zhì)在氣相或氣固界面上經(jīng)化學(xué)反響形成固態(tài)沉積物的技術(shù)。簡潔來的材料，沉積到基片外表上。APCVD：所謂的APCVD，顧名思義，就是在壓力接近常壓下進展CVD反響的一種沉積方式。LPCVD：低壓CVD的設(shè)計就是將反響氣體在反響器內(nèi)進展沉積反響時的操作力量，降低到大約100Torr(1Torr=133.332Pa)一下的一種CVD反響。利用在低壓下進展反響的特點，以LPCVD法來沉積的薄膜，將具備較佳的階梯掩蓋力量。自集中高溫合成1、名詞解釋：自集中高溫合成。自集中高溫合成〔nes，簡稱S，又稱為燃燒合成〔combustionsynthesis〕一種技術(shù)，當(dāng)反響物一旦被引燃，便會自動向尚未反響的區(qū)域傳播，直至反響完全，是制備無機化合物高溫材料的一種方法。2、同其它常規(guī)工藝方法相比，SHS技術(shù)具有的優(yōu)點是什么？答：S技術(shù)同其它常規(guī)工藝方法相比，具有以下九個方面的優(yōu)點〔〕〔〔由于S〔4〕不僅能生產(chǎn)粉末，假設(shè)同時施加壓力，還可以得到高密度的燃燒產(chǎn)品5〕產(chǎn)量高〔由于反響速度快〔6〕擴大生產(chǎn)規(guī)模簡潔，從試驗室走向工業(yè)生產(chǎn)所需的時間短，而且大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于試驗室生產(chǎn)的產(chǎn)品7〕能夠生產(chǎn)產(chǎn)品，例如立方氮化鉭8〕在燃燒過程中，材料經(jīng)受了很大的溫度變化，格外高的加熱和冷卻速率，使生成物中缺陷和非平衡相比較集中，因此某此產(chǎn)物比用傳統(tǒng)方法制造的產(chǎn)物史具有活性，更簡潔燒結(jié)〔〕可以制造某些非化學(xué)計量比的產(chǎn)品、中間產(chǎn)物以及亞穩(wěn)定相等。等離子體合成11〕2〕放電等離子體燒結(jié)3〕物質(zhì)的四態(tài)。等離子體：等離子體就是指電離程度較高、電離電荷相反、數(shù)量相等的氣體，放電等離子體燒結(jié)：也稱等離子活化燒結(jié)，是指利用脈沖電流產(chǎn)生的脈沖能，放電脈沖壓力和焦耳熱產(chǎn)生的瞬時高溫場實現(xiàn)致密化的快速燒結(jié)技術(shù)物質(zhì)的四態(tài)：是宇宙中物質(zhì)存在的四種狀態(tài)，包括固、液、氣、等離子體四種狀態(tài)。第2章 瓷制備原理作業(yè)題1、結(jié)合本課程學(xué)習(xí)狀況，請談?wù)勀壳皣鴥?nèi)特種陶瓷的進呈現(xiàn)狀以及今后的進展趨勢。答案要點：1〕談進呈現(xiàn)狀。我國的特種陶瓷是五六十年月為支撐我國“兩彈一星”的研制而進展起來的。通過國家從“六五”到“十一五”的科技攻關(guān)，以及“863”973”打算的重點支持，特種陶瓷從爭論開發(fā)到應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化都取得了很大的進展。經(jīng)過幾十年的進展，陶瓷基片、陶瓷電容器、陶瓷濾波器、壓電陶瓷、敏感陶瓷、磁性陶瓷、絕緣陶瓷、泡沫陶瓷等等，都已實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。目前特種陶瓷已形成了一個具有相當(dāng)規(guī)模的材料產(chǎn)業(yè)。據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截止2023年，我國共有規(guī)模以上特種陶瓷制造企業(yè)397家，實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值185億元，其中從事功能陶瓷的單位占70%，從事構(gòu)造陶瓷的單位占30%，主要分布在山東、江蘇、湖南、江西、遼寧、福建、上海、廣東等省市。有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2023年我國特種陶瓷產(chǎn)值到達400多億元，市場需求巨大。2〕特種陶瓷產(chǎn)品的進展趨勢。在將來十年內(nèi)，特種陶瓷的進展?fàn)顩r將仍以功能陶瓷為主軸，同時帶動構(gòu)造陶瓷的進展。隨著能源開發(fā)、空間技術(shù)、電子技術(shù)、激光技術(shù)、光電子技術(shù)、紅外技術(shù)、傳感技術(shù)等技術(shù)的進展，對材料的構(gòu)造和功能特性將提出越來越高要求，開發(fā)和有效利用高性能、多功能材料引人矚目。陶瓷材料具有從脆性到超塑性、從絕緣到超導(dǎo)、從隔熱到導(dǎo)熱、從松軟到超硬以及耐高溫、耐腐蝕、質(zhì)量輕等特點，其性能變化范圍之大、材料組成之多是金屬材料和有機高分子材料無法相比，因而成為材料的進展重心。如今，在材料世界里，陶瓷材料與金屬材料、有機高分子材料形成三足鼎立之勢，同時它們又相互復(fù)合，取長補短，成為推動科學(xué)技術(shù)進展和人類社會進步的物質(zhì)根底。特種陶瓷雖然進展很快，但在相關(guān)技術(shù)上還有待完善和提升。為了更好地推動特種陶瓷的研發(fā)和應(yīng)用，實現(xiàn)商品化生產(chǎn)，今后的爭論與開發(fā)重點主要是(2)高性能陶瓷的特別成型、燒結(jié)、周密加工技術(shù)爭論。(3)特種陶瓷根底技術(shù)的爭論，包括材料設(shè)計、模擬仿真、燒結(jié)機理、檢測技術(shù)等。(4)特種陶瓷的薄膜化或非晶化技術(shù)爭論。(5)型功能陶瓷包括敏感陶瓷、疊層陶瓷、生物陶瓷與超導(dǎo)陶瓷的爭論。(6)(7)高性能工程陶瓷：包括陶瓷發(fā)動機、燃氣輪機、高溫密封閥、軸承、泵、風(fēng)機、煉鋼軋輥、噴管等的研制(8)多孔陶瓷特別(9)陶瓷與陶瓷或陶瓷纖維與其它材料的復(fù)合技術(shù)爭論。2、何謂粉體的粒度和粒度分布？答：粒度是顆粒在空間范圍所占大小的線性尺寸，這是全部顆粒的平均大小。應(yīng)的粒子占全部顆粒的百分含量；累積分布表示小于或大于某一粒徑的粒子占全部顆粒的百分含量。3、粉體的各種制備方法中，試比較機械粉碎法、固相法、液相法、氣相法的優(yōu)缺點。1um后三種方法與機械粉碎法相比，優(yōu)點是純度、粒度可控，均勻性好，顆粒微細，并且可以實現(xiàn)顆粒在分子級水平上的復(fù)合、均化。固相法：通常需要較簡單的設(shè)備，且不易掌握粉體顆粒，合成過程中反響較簡單。液相法：易掌握組成，能合成復(fù)合氧化物粉；添加微量成分很便利，可獲得良好的混合均勻性等。但是必需嚴(yán)格掌握操作條件，才能使生成的粉末保持溶液所具有的、在離子水平上的化學(xué)均勻性。氣相法：１〕金屬化合物原料具有揮發(fā)性，簡潔精制〔提純生成物的純度高；２〕生成顆粒的分散性良好；３〕只要掌握反響條件，易得到顆粒直徑分布范圍較窄的微細粉末；４〕簡潔掌握氣氛。4、什么是一次顆粒？二次顆粒？顆粒團聚緣由有哪幾種？團聚的顆粒。粉體顆粒發(fā)生團聚的緣由主要有以下五種：1〕分子間的范德華引力；2〕顆粒間的靜電引力；3〕吸附水分的毛細管力；4〕顆粒間的磁引力；5〕顆粒外表不平滑引起的機械糾纏力。5、陶瓷的成形方法有哪些？試分別表達其優(yōu)缺點？答：1〕注漿成型。適應(yīng)于制造大型的、外形簡單的、薄壁的產(chǎn)品。此法設(shè)備簡潔，對大小和外形簡單的制品都適用，但勞動強度大，占地面積大，生產(chǎn)周期長，不利于機械化和自動化操作，制品質(zhì)量差，產(chǎn)量低。2〕熱壓鑄成型。它是利用石蠟的熱流性特點，與坯料協(xié)作，使用金屬模具在壓力下進展成型的，冷凝后坯體能保持其外形。此法適合外形較簡單，精度要求高的中小型產(chǎn)品的生產(chǎn)。設(shè)備簡潔，操作便利，勞動強度不大，生產(chǎn)效率較高，模具磨損??；但利用此法工序比較簡單，耗能大，工期長等。3〕擠壓成型。一般是將真空練制的泥料，放入擠制機內(nèi)，這種擠制機一頭可以對泥料施加壓力，另一頭裝有機嘴即成型模具，通過更換機嘴，能擠出各種外形的坯體。此法污染小，操作易于自動化，可連續(xù)生產(chǎn)，效率高。但擠嘴構(gòu)造簡單，加工精度要求高，此外，由于參加的溶劑和結(jié)合劑較多，因此坯體在枯燥和燒成時收縮較大，性能受到影響。4〕軋膜成型。適宜生產(chǎn)1mm以下的薄片狀制品。承受此法成形的坯體枯燥和燒結(jié)時，橫向收縮大，易消滅變形和開裂。5〕干壓成型。將粉料加少量結(jié)合劑，然后將造粒后的粉料置于鋼模中，在壓力機上加壓形成肯定外形的坯體。優(yōu)點：1〕具有工藝簡潔，操作便利，周期短，效率高，便于實行自動化生產(chǎn)；2〕其成型的坯體密度大，尺寸準(zhǔn)確，收縮小，機械強度高等。缺點：1〕對大型坯體生產(chǎn)有困難，模具磨損大、加工簡單、本錢高；2〕加壓只能上下加壓，壓力分布不均，致密度不均，收縮不均，會產(chǎn)生開裂、分層等現(xiàn)象。6)等靜壓成型。又叫靜水壓成型，它是利用液體介質(zhì)不行壓縮性和均勻傳遞壓力性的一種成型方法。利用等靜壓成型，1〕2〕3〕由于坯體各向受壓力均勻，其密度高而且均勻，燒成收縮小，因而不易變形4〕5〕可以少用或不用粘接劑。但此設(shè)備價格昂貴也限制了它的大規(guī)模的應(yīng)用。7〕帶式成型法?？煞譃榱餮臃ā不蚪泄纹ā澈捅∑瑪D壓法兩種。前者成型用的坯料為料漿狀，后者為泥團狀。一般承受流延法。流延法適合制備小于0.2mm以下，外表光滑度好、超薄型的制品。流延法成型設(shè)備并不簡單，且工藝穩(wěn)定，可連續(xù)操作，便于生產(chǎn)自動化，生產(chǎn)效率高。但利用此成型法粘結(jié)劑含量高，因而收縮率較大。6、名詞解釋1〕燒結(jié)；2〕固相燒結(jié)和液相燒結(jié)；3)燒成溫度；4)熱壓燒結(jié)；5)等靜壓燒結(jié)；6燒結(jié)：是一種利用熱能使粉末坯體致密化的技術(shù)。其具體的定義是指多孔狀陶瓷坯體在高溫條件下，外表積減小、孔隙率降低、機械性能提高的致密化過程。2〕固相燒結(jié)和液相燒結(jié)：在燒結(jié)溫度下，粉末坯體在固態(tài)狀況下到達致密化過程稱為固相燒結(jié)；同樣，粉末坯體在燒結(jié)過程中有液相存在的燒結(jié)過程稱為液相燒結(jié)。燒成溫度：是指陶瓷坯體燒成時獲得最優(yōu)性質(zhì)時的相應(yīng)溫度，即操作時的止火溫度。熱壓燒結(jié)：是在燒結(jié)過程中同時對坯料施加壓力，加速了致密化的過程。等靜壓燒結(jié)：是將粉末壓坯或裝入包套的粉料裝入高壓容器中，使粉料經(jīng)受高溫順均衡壓力的作用，被燒結(jié)成致密件。微波燒結(jié)：是利用微波具有的特別波段與材料的根本微小構(gòu)造耦合而產(chǎn)生熱量，材料在電磁場中的介質(zhì)損耗使材料整體加熱至燒結(jié)溫度而實現(xiàn)致密化的方法。第3章 構(gòu)造陶瓷的制備作業(yè)題1Al2O3Al2O3粉為什么要預(yù)燒？答：預(yù)燒的目的：1〕使γ-Al2O3全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3，削減燒成收縮。由于工業(yè)Al2O3中含有γ-Al2O3，它在1200℃以上將不行逆轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3，同時伴有14%左右的體積收縮。為消退這種Al2O3進展預(yù)燒。2〕排解Al2O3原料中的Na

O，提高原料的純度。22、名詞解釋：相變增韌，微裂紋增韌。答：1〕相變增韌。ZrO2顆粒彌散在其它陶瓷基體中，當(dāng)基體對ZrO2顆粒有足夠的正應(yīng)力，而ZrO2的顆粒度又足夠小，則其相變溫度可降至室溫以下，這樣在室溫時ZrO2仍可以保持四方相。當(dāng)材料受到外應(yīng)力時，基體對ZrO2的壓抑作用得到松弛，ZrO2顆粒即發(fā)生四方相到單斜相的轉(zhuǎn)變，并在基體中引起微裂紋，從而吸取了主裂紋擴展的能量，到達增加斷裂韌性的效果，這就是ZrO2的相變增韌。微裂紋增韌。局部穩(wěn)定ZrO2由ZrO2相變導(dǎo)致的微裂紋，都將起著分散主裂紋尖端能量的作用。從而提高了斷裂能，稱為微裂紋增韌。3、BeO答：BeO粉末及其蒸氣對人體有毒害，會引起呼吸道疾病、慢性鈹肺以及皮膚潰瘍等疾病。因此在生產(chǎn)BeO陶瓷時，要實行嚴(yán)格的保護措施：1〕生產(chǎn)時，應(yīng)使BeO原料呈潮濕狀態(tài)，或者是容器及粉末帶靜電，可防止BeO粉塵產(chǎn)生和飛揚。2〕各工序加強抽風(fēng)除塵，凈化生產(chǎn)場地的空氣。各工序均承受密封裝置及處于負壓狀態(tài)，可防止粉塵逸出。3〕操作人員必需戴口罩和橡皮手套，防止直接接觸和粉塵的侵入，上下班應(yīng)換衣、洗澡。4〕通風(fēng)系統(tǒng)必需有過濾措施，防止BeO粉塵集中，對污水和廢渣進展特地的存放和處理。4、與氧化物陶瓷比較，非氧化物陶瓷有何特點？答：非氧化物陶瓷在以下三方面不同于氧化物陶瓷：1〕非氧化物在自然界中很少存在，需要人工來合成原料，然后再按陶瓷工藝來做成陶瓷制品；2〕在原料的合成和陶瓷燒結(jié)時，易生成氧化物，因此必須在保護性氣體〔如N2、Ar等〕中進展；3〕氧化物原子間的化學(xué)鍵主要是離子鍵，而非氧化物一般是鍵性很強的共價鍵，因此，非氧化物陶瓷一般比氧化物難熔和難燒結(jié)。5、以下縮寫分別代表什么？PSZ，ZTA，TZP，SPS，PTC。答：PSZ代表局部穩(wěn)定氧化鋯；ZTATZP代表四方氧化鋯多晶體；SPS代表放電等離子燒結(jié)法；PTC何異同？答：典型碳化物陶瓷材料有碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)、碳化鈦(TiC)、碳化鋯(ZrC)、碳化釩(VC)、碳化鉭(TaC)、碳化鎢(WC)和碳化鉬(Mo2C)等。3000HfC和TaC的熔點分別為3887℃和3877℃。SiC有多種晶型，低溫型為立方相β-SiC，2100℃向高溫型α-SiC轉(zhuǎn)變。SiC沒有熔點，2300℃開頭升華，2700℃以上分解為Si蒸氣和石墨。第4章 功能陶瓷的制備作業(yè)題1、常用的壓電陶瓷的性能參數(shù)有哪些？舉例說明壓電陶瓷的應(yīng)用？1〕彈性常數(shù)；2〕機械品質(zhì)因素；3〕壓電性、壓電常數(shù)與壓電方程；4〕機電耦合系數(shù)。置；2〕振蕩器，壓電音叉，壓電音片等用作周密儀器中的時間和頻率標(biāo)準(zhǔn)信號源；3〕拾聲器，送話器，受話器，揚聲器，蜂鳴器等聲頻范圍的電聲器件，超聲切割，焊接，清洗，攪20KHz4〕探測地質(zhì)構(gòu)造，油井故實程度，疾病診斷等各掌握開關(guān)，污染檢測用振動計以及流速計，流量計等；測量物體角速度及掌握飛行器航向的于電光和聲光調(diào)制的光閥、光閘，光變頻器和光偏轉(zhuǎn)器，聲開關(guān)等；光信息存儲器，光記憶器等；鐵電顯示器，聲光顯示器等；8〕其它，如壓電繼電器等。2、什么是超導(dǎo)體？超導(dǎo)體的主要類型有哪些？答：超導(dǎo)體，是指當(dāng)某種物質(zhì)冷卻到低溫時電阻突然變?yōu)榱?，同時物質(zhì)內(nèi)部失去磁通成為完或化合物超導(dǎo)體、氧化物超導(dǎo)體〔即陶瓷超導(dǎo)體。2〕從低溫處理方法來分，可分為液氦溫區(qū)超導(dǎo)體K，液氫溫區(qū)超導(dǎo)體K，液氮溫區(qū)超導(dǎo)體K〕和常溫超導(dǎo)體。3、簡述說明超導(dǎo)陶瓷的應(yīng)用？離的輸送極大的電流和功率。②超導(dǎo)線圈。能制成超導(dǎo)儲能線圈，用其制成的儲能設(shè)備可以長期無損耗地儲存能量，而且直接儲存電磁能。③超導(dǎo)發(fā)電機。由于超導(dǎo)陶瓷的電阻為零，因而沒