特种陶瓷 小_特种陶瓷

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1、什么是陶瓷？这种由无机非金属材料作为基本组分组成的固体制品统称为陶瓷。以粘土、长石、石英为主要原料，经过粉碎、混炼、成型、锻烧等制作的产品

2、陶和瓷的重要区别？

坯体的孔隙度，即吸水率，取决于原料和烧结温度。

3、陶瓷材料的三个发展趋势？

复合化：利用加和及乘积效应，开发出单一材料中不存在的新功能获由于单一材料性能的综合功能材料。多功能化：将功能性与结构性相结合，如集低介电常数、高绝缘、高导热性、高机械强度、微型化于一体的基片材料。多功能材料的发展对促进产品向轻、小、薄的发展提供了基础。低维化：低维材料是低于三位材料的总称。零维的是超微粒子，包括团聚体、那你材料和亚微米材料；一维材料包括晶须、纤维、以及纳米丝和纳米管；二维材料主要为薄膜材料

4、陶瓷的分类？

传统陶瓷和先进陶瓷两大类。

5、结构陶瓷的分类？

氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷

6、先进陶瓷与传统陶瓷的区别？

在原料上：突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的界限，先进陶瓷一般以提纯的化合物为主要原料。在成分上：传统陶瓷的组成由黏土的成分决定，所以不同产地和炉窑的陶瓷有不同的质地，由于先进陶瓷的原料是纯化合物，因此成分由人工配比决定，其性质的优劣由原料的纯度和工艺决定。在制备工艺上：突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等手段。近些年来，还相继开发了多种“软化学”方法来制备先进陶瓷，如溶胶-凝胶（sol-gel）法、水热法、自组装法等。

在性能上：先进陶瓷具有不同的特殊性质和功能，如高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘以及在磁、电、光、声、生物工程各方面具有的特殊功能，从而使其在高温、机械、电子、计算机、宇航、医学工程等各方面得到广泛的应用。

7、陶瓷材料的结构组成是什么？

陶瓷材料的结构是由晶体、玻璃体和气孔所组成的。

8、陶瓷材料晶体结构可以分为哪两种？

其晶体结构可分为典型晶体结构和硅酸盐晶体结构。

9、钛酸钙结构属于什么晶系？ 立方晶系。

10、硅酸盐的基本结构单元式是什么？ Si和O组成的[SiO₄]⁴ˉ四面体。

11、根据 [SiO4]4-连接方式的不同。硅酸盐晶体可以分成哪五种结构？

孤岛状、组群状、链状、层状和骨架状。

12、硬度是材料抵抗局部压力而不产生变形的能力。

13、什么是陶瓷的塑性？为什么陶瓷材料一般是脆性材料？塑性形变是指外力除去后不能恢复的形变。材料受这种形变而不破坏的能力称为塑性。

①陶瓷多为离子键和共价键，具有明显的方向性，滑移系少；②大部分陶瓷的晶体结构复杂，满足滑移的条件困难；

③陶瓷中位错不易形成，位错运动困难，难以产生塑性形变。

14、陶瓷坯料分为哪三类？

注浆料；可塑料；压制粉料

15、陶瓷材料成型方法可分为哪三类？ 注浆成型、可塑成型和压制粉料成型。

16、由于注浆成型所用坯料含水量大，干燥和烧结时收缩较大，易开裂。为了提高注浆速度和坯体的质量，又发展了压力注浆、离心注浆和真空注浆。

17、什么是挤压成型？ 挤压成型是将真空炼制的泥料，放入挤压机内，通过挤压机的螺旋或活塞的挤压，经机嘴出来达到要求的形状。适合于挤制棒状、管状的坯体。

18、什么是等静压成型？有什么优点？

等静压成型是利用液体或气体能均匀地向各个方向传递压力的特性来实现均匀受压成型的方法。

等静压成型的优点有：(a)得到的生坯密度高；(b)不会在压制过程中使生坯内部产生很大的应力；(c)得到的生坯强度高；(d)可以采用较干的粉料进行成型；(e)对制品的尺寸和尺寸之间的比例没有很大限制。

19、什么是烧结？

烧结是生坯在高温下致密化过程和现象的总称。随着温度的上升和时间的延长，固体颗粒相互键连，晶粒长大，空隙减少，体积收缩，密度增加，最后成为坚硬的具有某种显微结构的多晶烧结体，这个工艺过程称为烧结。20、粉体的表面能大于多晶烧结体的晶界能，这就是陶瓷烧结的驱动力。

21、陶瓷粉体在一定压力和温度下进行烧结，称为热压烧结。热压烧结与常压烧结相比，烧结温度低，烧结体中气孔率低，由于在较低温度下烧结，防止了晶粒长大，烧结体致密，具有较高的强度。

22、99瓷的主晶相是什么？说明氧化镁掺杂量对99瓷烧结性能影响的微观机制。

主晶相是Al2O3

MgO的作用与其加入量有关：

当加入量不超过MgO在Al2O3中的固溶度（

2MgO →2MgAl '+2O0x+V0••

生成氧空位，有利于氧的固相扩散传质，从而促进烧结

当MgO的加入量大于固溶度时，未溶解部分与Al2O3反应：

MgO +Al2O3→MgO•Al2O3(尖晶石)尖晶石是新的化合物。尖晶石颗粒分布于Al2O3主晶相的晶界上,阻碍晶界移动（称之为钉扎晶界），从而阻碍由于晶界移动过快导致的气孔进入晶粒内部的情形发生。气孔在晶界上通过晶界扩散更容易排除。钉扎晶界的结果还可以细化晶粒。

23、α-Al2O3的性质的性能是怎样的？

33、致密氮化硅制备工艺有如下几种：

热压烧结；无压（常①硬度高。莫氏硬度为9，具有优良的抗磨性能；②抗弯强度压）烧结；气压烧结；反应烧结重烧结；热等静压烧结。高。普通多晶烧结体的抗弯强度可达250MPa, 热压产品的抗弯

34、通过何种途径可获得致密的高性能AlN陶瓷？ 强度可达500MPa。强度可保持到900 ℃以上温度；③熔点高。AlN自扩散系数小,烧结非常困难。通过以下三种途径： 熔点达2050 ℃，抗高温腐蚀；④优良的化学稳定性；⑤与人(1)使用超细粉；(2)热压或等静压；(3)引入烧结助剂。体亲和性好。用作人工骨头、人工关节等生物植入体；⑥绝缘

35、六方晶型的氮化硼(h-BN)具有什么结构？ 性能好；⑦特殊的光学特性。对红外线、可见光透明。类似石墨的结构，其内部由平坦网状结构以ABABAB双层序

24、列举降低氧化铝陶瓷烧结温度可能采取的措施，说明其原列有规律地堆叠而成，层面内原子以不易破坏的共价键相结合，因。层间则以弱的范德华力结合，所以层面间易滑移。MgO作为助烧剂的作用机制

37、SiC陶瓷较氧化物陶瓷难以烧结的原因何在？可以采用哪MgO的作用与其加入量有关： 些措施促进SiC陶瓷的烧结？阐明其机理。

当加入量不超过MgO在Al2O3中的固溶度（

2MgO →2MgAl '+2O0x+V0•• 在2100oC的高温下，C和Si的自扩散系数也仅为1.5 × 10-10

32生成氧空位，有利于氧的固相扩散传质，从而促进烧结 和2.5 × 10 cm/s。所以，SiC很难烧结，必须借助添加剂、当MgO的加入量大于固溶度时，未溶解部分与Al2O3反应：

外部压力或渗硅反应才能实现

SiC颗粒之间的紧密结合。MgO +Al2O3→MgO•Al2O3(尖晶石)SiC陶瓷的烧结工艺主要有无压烧结、热压烧结、热等静压烧SiO ₂助燃机制是由相图可以知道SiO ₂与Al2O3之间在1595℃结和反应烧结等。可以形成液相。①热压烧结，通过在SiC粉中加入少量的Al或Fe，成功地实

25、Al2O3陶瓷最常用的成型方法有哪些？ 现了SiC陶瓷的致密化；②热等静压烧结，通过HIP烧结的方干压成型、注浆成型、挤压成型、注射成型、流延成型、热压法，在2000oC和138MPa压力下，可成功实现无添加剂SiC陶成型与热等静压成型以及近几年新开发的压滤成型、离心注浆瓷的致密烧结；③无压烧结，由于B固溶到SiC中，使晶界能成型、直接凝固注模成型等。降低，同时C把SiC粒子表面的SiO2还原除去，提高了表面

26、通过什么方法可改善氧化铝的透光性？ 能，因此，B和C的添加为SiC的致密化创造了热力学方面的①提高密度，以减少气孔；②限制气孔的尺寸，使其不与透过有利条件；④反应烧结，利用坯体中添加的C与从外部渗入的光干涉；③限制晶粒尺寸（减少晶粒尺寸），从而限制缺陷尺寸；Si发生反应，生成SiC并与原料中的SiC颗粒相结合，从而实④提高材料的纯度，以减少玻璃相和杂质相。现SiC的烧结。

具体措施：采用高纯、细的Al2O3粉为原料（一般用硫酸铝氨

38、碳化硼(B4C)陶瓷是一种仅次于金刚石和立方氮化硼的超热分解法生产的高纯Al2O3粉体为原料），掺杂MgO（0.5wt%），硬材料。在氢气氛下烧结。

39、多孔陶瓷的制备方法有哪些？

机械成孔法、颗粒堆积

27、制备透明氧化铝时，掺杂MgO（0.5wt%）和在氢气氛下法、添加造孔剂法、发泡法、模板复制法等；此外还有溶胶－烧结的用意与机制是什么？ 凝胶法、冷冻干燥法、表面活性剂自组装法等。MgO作为助烧剂的作用机制 40、什么是电介质陶瓷？

电介质陶瓷即是指电阻率大于108MgO的作用与其加入量有关：（8次方）Ωm的陶瓷材料，能承受较强的电场而不被击穿。当加入量不超过MgO在Al2O3中的固溶度（

41、电介质陶瓷评价其特性主要指标有（体积电阻率）、（介电固溶反应：

2MgO →2MgAl '+2O0x+V0•• 常数）和（介电损耗）等参数。生成氧空位，有利于氧的固相扩散传质，从而促进烧结

42、什么是导电陶瓷？

在一定条件（温度、压力等）下具当MgO的加入量大于固溶度时，未溶解部分与Al2O3反应： 有电子（或空穴）电导或离子电导的陶瓷叫导电陶瓷。MgO +Al2O3→MgO•Al2O3(尖晶石)

43、什么是压电效应？

在没有对称中心的晶体上施加压尖晶石是新的化合物。尖晶石颗粒分布于Al2O3主晶相的晶界力、张力或切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时上，阻碍晶界移动（称之为钉扎晶界），从而阻碍由于晶界移动在晶体两端将出现正负电荷。反之，当在晶体上施加电场引起过快导致的气孔进入晶粒内部的情形发生。气孔在晶界上通过极化时，则将产生与电场强度成比例的变形或机械应力。正、晶界扩散更容易排除。钉扎晶界的结果还可以细化晶粒。逆效应统称为压电效应。氢气氛下烧结的用意：

44、什么是压电陶瓷的极化？

还原气氛或原子尺寸大小的气氛对烧结更有利。还原气氛的影压电陶瓷必须经过极化后才有压电性。极化就是在直流电场作响机理是增加了氧空位，促进了扩散过程。用下使电畴沿电场方向取向。

28、氧化锆存在哪三种稳定的多型体？

45、什么是陶瓷的半导化？ 单斜相（m-ZrO2）、立方相（c-ZrO2）和四方相（t-ZrO2）。就是指在禁带中形成附加能级：施主能级或受主能级。这些施

29、为什么ZrO2陶瓷一定要掺杂？常用哪些掺杂剂？说明氧主能级多数是靠近导带底的，而受主能级多数是靠近价带顶的。化钙和氧化钇掺杂的ZrO2陶瓷的导电机制。它们的电离能一般比较小，在室温下就可以受到热激发产生导通过掺杂，使材料在烧结或使用温度范围内只有一个相稳定，电载流子，从而形成半导体。或者为立方相，或者为四方相，或者为单斜相。通常是将高温

46、什么是热敏陶瓷？的立方相或者四方相稳定至室温。由于氧化锆的的三种不同晶热敏陶瓷是一类电阻率随温度发生明显变化的材料，用于制作形间存在密度差，升降温过程伴随这相变，产生较大的体积变温度传感器、线路温度补偿及稳频的元件-------热敏电阻。化。如四方氧化锆与单斜氧化锆之间的转变伴随有7％~9％的47、说明粉末干压成型中出现密度不均匀现象的原因及减缓该体积变化。现象可能采取的措施。

加热时，单斜相向四方相转变，体积收缩；冷却时，四方相向干压成型时，粉料各组分分布不均匀，体积密度不高，流动性单斜相转变，体积膨胀；这种相变造成的体积变化很大，产生不好，团粒大小不一，水份不均匀，就容易造成密度不均匀现很大的内应力，容易使材料开裂破坏。象。采取的措施为：对于大型、壁厚、形状复杂的产品，开始掺杂物通常有氧化钇(Y2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)。加压宜慢，中间宜快，后期宜慢，这样有利于气体排出和压力为了稳定ZrO2，由于稳定剂的金属离子会与Zr 4+进行不等价的传递。

置换，产生氧离子缺位。以Ca2+为例，当Ca2+取代了Zr 4+

48、陶瓷基复合材料使材料的韧性大大改善，同时其强度、模之后，使正电荷减少了+2价，于是在Ca2+周围必须失掉一个量有了提高。

在正常位置上的O2-离子，才能保持晶格中的电中性，于是便

49、什么是热等静压烧结？

产生一个氧空位。同样，用Y3+取代Zr4+使正电荷少了+1价。采用高温高压气体作为压力传递介质，对制品进行的烧结，它所以在两个钇离子周围存在一个氧空位。从而保持了稳定ZrO2具有各向均匀受压特点，因此适合于形状复杂的制品。

晶格的电中性。因此在稳定的ZrO2晶格内存在大量的氧空位，51、微波加热是把能量直接作用到预制体上。能量效率很高，使ZrO2陶瓷称为导电陶瓷。加热均匀，再加上辐射与对流，在样品表面上有热量损失，产30、ZrO2陶瓷通常掺有氧化钇，其目的何在？氧化钇掺杂氧生了（反向）热梯度。

化锆陶瓷时生成点缺陷，写出其反应式；详细说明掺杂有氧化

52、纳米陶瓷粉体合成主要有（气相法）（液相法）（固相法）钇的氧化锆陶瓷在力学性能、电学性能方面的特点及原因。等方法。

为了避免相变，通过掺杂，使材料在烧结或使用温度范围只有

53、与传统陶瓷相比，先进陶瓷一般以（人工合成或提炼处理一个相稳定，或者为立方相，或者为四方相，或者为单斜相。过的化工原料）为主要原料。通常是将高温的立方相或者四方相稳定至室温。

基于该目的的掺杂物通常有氧化钇(Y2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)。

用Y3+取代Zr4+使正电荷少了+1价，在两个钇离子周围存在一个氧空位。从而保持了稳定ZrO2晶格的电中性。因此在稳定的ZrO2晶格内存在大量的氧空位，使ZrO2陶瓷称为导电陶瓷。

31、莫来石陶瓷是主晶相为莫来石(3Al2O3·2SiO2)的一类陶瓷的总称。

32、莫来石的结构：莫来石晶体是由硅氧四面体与铝氧四面体有规则地连接成双链式的硅铝氧结构团，由六配位的铝离子把一条条双链连接起来，构成了莫来石的整体结构。