硅酸盐材料的考试题

1.以长石质瓷为例，论述普通硅酸盐陶瓷原料的种类，组成，结构.原料在陶瓷烧结中的相变特点，以及在陶瓷中的主要作用答案：陶瓷原料组成有Al2O3,SiO2,CaO,MgO,Na2O,K2O以及Fe2O3等，分为黏土类，石英类，长石类。黏土类包括高岭石，蒙脱石，蛇纹石等，黏土类矿物为层状结构（铝硅酸盐），其间可能含有吸附水，结构水等。石英，长石类为架装结构（硅酸盐）硅（铝）氧四面体在三维空间形成网状结构。粘土类：种类结构特点类型高岭石Al2O3.2SiO2.2H2O1:1层状结构，层间以氢键结合，晶格内较少离子置换高岭石类矿物多水高岭石Al2O3.2SiO2.nH2ON=4~6结构同高岭石，层间充满水（称层间水），层间以分子键结合蒙脱石Al2O3.4SiO2.nH2ON22:1层状结构，层间O-O连接力小，易形成层间水，【AlO6】中Al3+易置换蒙脱石类叶腊石Al2O3.4SiO2.H2O2：1层状结构，层间以氢键结合，晶格内无离子置换伊利石类白云母水化产物，结构与蒙脱石相似，层间嵌入K+，晶格结构牢固伊利石类石英类石英包括脉石英，石英砂，石英岩。脉石英的主要成分主要为SiO2，含有微量Fe2O3、Al2O3、CaO、P2O5及气、液包裹体杂质。特点:课本作用：石英和长石在课本上粘土：①坯体的成型是借助于粘土的可塑性，注坯泥浆则赖于粘土的细分散性而获得良好的悬浮性与稳定性，故配料中必须用一定量的粘土。②粘土是瓷坯组成中A12O3的主要来源，是坯体耐火性质的主要依靠。③粘土富有可塑性，在瓷坯中用以对一些非可塑性原料产生结合能力，使瓷坯在干燥过程中避免变形与开裂的缺陷，并产生了强度。同时因粘土的粒子很细，而非可塑性原料的粒子较粗，二者相混，可得堆积密度很高的坯体结构。④坯泥在加热到1000度以上时，由于脱水后粘土矿物――高岭石分解，而有莫来石结晶生成，并赋予坯体的强度。2.硅酸盐陶瓷配体的显微结构特点，及烧结过程中的物象组成变化规律显微结构：显微镜下观察的陶瓷相组成的种类，形状，大小，数量，分布及取向，各种杂质与显微缺陷的存在形式，分布及晶界特征，主要有晶体相（残留石英，莫来石），玻璃相（长石玻璃）和气相。3.简述硅酸盐陶瓷的力学性能与结构组成之间的关系课本机械强度：陶瓷材料的世纪强度远小于其理论强度，一般要低2个数量级，其原因在于世纪警惕中存在许多晶格缺陷和微裂纹格里菲斯微裂纹理论假设条件下的强度公式（课本）影响因素：半裂纹长度：材料中的裂纹数量，大小及其分布状态是影响材料强度的极其重要的因素，因此，控制裂纹的数量，大小，避免裂纹集中存在是提高材料强度的重要手段。弹性模量：E与材料的化学组成，键强及显微结构，气孔有关。断裂表面能：与材料的化学组成，键强，显微结构有关晶相：晶相种类及含量：对材料强度的影响，陶瓷中SiO2，莫来石晶相可以提高胚体机械强度，莫来石含量在一定范围内越高，强度越大断裂强度和晶粒直径的关系：（课本），晶粒越细，强度越高，因此控制晶粒生长尺寸对提高材料的额机械强度意义重大。晶体形貌的影响：烧结不好的普通陶瓷制品中，主晶相基本上由鳞片状一次莫来石构成，而烧结良好的陶瓷胚体中，主晶相构成中既有鳞片状一次莫来石，也有相当数量的针状，粒状二次莫来石，后者强度明显大于前者，粗大针状莫来石晶体的网状分布对提高制品强度极为有利4.论述无气孔陶瓷的制备，显微结构的演变，性能及测试方法，并举例说明老师给的文章）制备：猪哟啊制备过程有颗粒研磨，成型，胚体干燥，烧结；要求颗粒磨细力度在10—50nm之间，形成的浆体颗粒分散均匀，气孔尺寸小于颗粒平均尺寸，密度达到64%，烧结压力大约1Mpa，烧结方法可采用热压烧结，热等静压（200Mpa）或微波和火花等离子体烧结。例如：BaTiO3无气孔陶瓷，原始颗粒力度在10-30nm，颗粒首先分散在有机溶剂中。通过精确的气氛控制，多步烧结和掺杂，得到晶粒尺寸小于100nm的BaTiO3陶瓷，甚至50nm。随着相对密度的增大，晶粒尺寸不断增大，开始烧结时，晶粒增长速率较慢，若相对密度达到92%的时候，孔道分离形成隔离气孔，晶粒增长速率增快。气孔不断通过质量传递排除。无气孔陶瓷透明度高，强度大，在激光医疗和电子器件领域有着优越的光学，力学，电学和其他性质（这一部分配上文章中的那个图）测试：磁共振成像，X射线断层摄影术（研究气孔变化），聚焦光学显微镜（探测晶界结构，观测亚微气孔），近场扫描光学显微镜，扫描声学显微镜，扫描电子显微镜，扫描近场声学显微镜（探测亚表面气孔，高压微米分辨率）5.硅酸盐玻璃的特征，结构理论，以及影响玻璃性质的主要因素硅酸盐玻璃的通性（课本+课本图，同一张PPT）结构理论（两种，课本）影响因素：课本6.硅酸盐玻璃的粘度，表面张力及其主要影响因素先介绍概念，再介绍性能的影响因素（课本）7.论述硅酸盐玻璃的组成及结构特点组成（课本）结构特点（两种结构理论的特点）8.硅酸盐玻璃的主要性能及影响因素粘度，表面张力及物理化学性能，各自的影响因素（课本）9.举例分析低膨胀透明微晶玻璃和透明陶瓷制备的主要因素微晶玻璃的组成，影响因素：组分，热处理工艺，成核剂，晶相种种类数量和晶粒大小。主要因素（课本上的）透明陶瓷：自己明天查阅文献找一下，王欢写的是Al2O3)以氧化铝透明陶瓷为例，主要影响因素有：原料纯度，掺加剂，胚体显微结构和工艺因素。1）当氧化铝含量99.9%，透光率80%，当他的含量99.999%,透光率90%。2）加入氧化镁掺加剂适量，可以抑制晶粒长大，提高透光度3）气孔存在会降低制品透光率，玻璃相含量增加，在一定程度上会增加透光度，多晶陶瓷晶相组成，晶界增多，透光率下降。4）工艺因素，如胚料细度，烧成温度，氛围，烧结方法，配方组成提高烧成温度可增加玻璃相含量，有利于提高透光度。但过烧时，气孔率增大，降低透光度。可用氢气气氛烧结，采用热压热等静压方法，有利于提高透光度。10.硅酸盐水泥孰料的化学组成，矿物组成及特特征，极其水化过程化学组成和矿物组成（课本）特性：（课本+下面的）铝酸三钙：形成固溶体和黑色中间相，水化快，凝结快，水化热高，早期强度高，抗硫酸盐强度高。铁铝酸四钙：不纯，形成固溶体c矿，水花速度在C3A，C3S之间，后期发展不如C3S，早期强度似C3A，后期能增长似C2S，水化热较C3A低。抗冲击性能和抗硫酸盐性能好。水化过程：课本上各个矿物的水化方程式11.硅酸盐水泥在水化过程中的热行为，矿物组成和微结构变化规律课本上的图水泥水化后的矿物组成为：二水石膏CSA，水化铝酸钙，钙矾石，氢氧化钙，水化硫铝酸钙，水化铁酸钙等。最后附图（照相+课本上的水化含量曲线图）12.气硬性胶凝材料的主要种类，结构特点及其应用性能，举例分为石膏石灰，水玻璃石膏矿物组成为CaSO4.2H2O，CaSO4.1/2H2O，CaSO4，单斜晶系，层状结构凝结硬化过程：CaSO4.0.5H2O+1.5H2O——CaSO4.2H2O半水石膏溶解度（8g/L）二水石膏（2g/L），二水石膏沉淀结晶生长表观密度小，凝结块，孔隙率大，强度较低应用：墙板，天花板，艺术装饰品，水泥调凝剂石灰：生石灰CaO，熟石灰粉，Ca(OH)2，石灰浆：Ca(OH)2.H2OCaO+H2O——Ca(OH)2+Q可分为干燥硬化，碳化硬化（CaCO3，提高耐久性）应用：配制建筑矿浆，无熟料水泥，碳化水泥板水玻璃：硅酸盐钾水玻璃（K2.mSiO2）硅酸盐钠水玻璃（Na2O.nSiO2）水玻璃吸CO2形成无定形SiO2凝胶，逐渐干燥硬化，凝结硬化后粒结能力强，不燃，耐高温，耐酸应用：涂刷材料表面，配制防水剂，土壤加固，制备气凝胶SiO2，矿浆13.矿物聚合材料组成结构和性能之间的关系，举例结构组成（课本）性能：与普通硅酸盐水泥相比，抗压强度增加，耐酸性增加，含水率和吸水率增加。举例：课本上的三个离子举一个就可以。说明一下他的性能变化就可以。14.硅酸钙保温材料的物相组成，结构，工艺极其应用硅酸钙保温材料的概念（课本）、物相组成和结构（课本分类中可以看到），工艺（三种方法+制备硬硅钙石型保温材料的方法）应用（课本）15.举例说明多孔陶瓷的主要性能和应用具有一下特性：化学稳定性好，适用各种腐蚀环境的多孔陶瓷孔道分布较均匀，适于成型烧结耐热性好，耐高温，耐腐蚀，具有高度开口内连的气孔率具有均匀透过性，吸收能量的性能具有高的比表面积，良好的抗热冲击性，可控的低阻流体流动具有低密度，低质量，低热传导率的性能具有良好的机械强度和刚度，及变温下的高强度由白刚玉制成的耐碱多孔陶瓷，吸水率大30%，气孔率达50%，热稳定性（850度—冷水）6次，耐酸耐碱度达到95%，抗折强度达到37.57%应用：多孔陶瓷作为一种性能优异，前景广阔的新型陶瓷材料，应用广泛，大量用于环保化工，石油冶金，医药及生物等领域，作为过滤分离，吸声，隔热，生物陶瓷及催化剂等1）催化剂载体多孔陶瓷比表面积高，具有良好的吸附性能和活性，作为催化剂载体，可有效增加催化剂与反应物的接触面积，提高转化效率2）废气处理多孔陶瓷耐热，不污等，机械性能高，可加工成型，成本低，因而可用于汽车尾气处理和有害气体处理3）过滤和分离气孔陶瓷过滤面积大，耐高温耐磨损，强度高，可用于水的净化处理，浊类，有机溶液，煤气等的分离，可有效的分离流体中的放射性物质4）吸声材料多空结构会分散声波能量，进而吸声。要求多孔陶瓷孔径小，气孔率高于60%及较高的机械强度，可用于地铁隧道等隔音要求高的场所。5）隔热材料多孔陶瓷气孔率高，因而热导率低，可用于保温隔热材料，其内部气孔抽成真空，可用于超能隔热材料，用于高级保温，如保温集中箱，航天飞机外壳等6）生物工程材料由于生物相容性好，强化性能稳定，无毒副作用，因而被用于制作生物材料16.矿物粉体填料的主要种类，结构和性能特点及其应用情况，并举例课本的种类表格，以及各个种类分别得结构，最后的应用课本