无机材料概论.pdf

1 玻璃：1.名词解释：桥氧、非桥氧、配位数。桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧离子，即起“桥梁”作用的氧离子。非桥氧：仅与一个成网离子相键连，而不被两个成网多面体所共的氧离子则为非桥氧。配位数：直接同中心离子（或原子）配位的原子数目叫中心离子（或原子）的配位数。2.了解硅酸盐结构形态与桥氧与非桥氧之间的关系。在无机非金属材料中，硅酸盐晶体结构有一个共同的特点，即均具有SiO4四面体，并遵循由此导出的硅酸盐结构定律。PO4四面体， BO4四面体， BO3三角体， AlO4四面体， AlO6八面体。硅酸盐矿物的晶体结构中，最基本的结构单元是Si-O 络阴离子。除硅灰石膏结构中 Si4+具有 6次配位，形成 Si-O6配位八面体而属于六氧硅酸盐外，其他所有硅酸盐矿物都属于四氧硅酸盐。其 Si4+具有 4 次配位，形成Si-O4 配位四面体。这样的硅氧四面体在结构中可以孤立地存在，彼此间由其他金属阳离子来连接。但硅氧四面体间经常还可通过共用角顶上的O2-( 称为桥氧 ) 而相互连接，从而构成四面体群、环、链、层和架等不同连接形式的所谓硅氧骨干。硅氧骨干与硅氧骨干之间再借助于其他金属阳离子来连接。3.无机非金属材料与其它材料相比在结构性能上有哪些特点？1）具有比金属键和纯共价键稳定的离子键和混合键脆性。2）比金属的晶体结构复杂，没有自由电子。3）熔点高，硬度高，脆性大，透明度高，导电性低，抗化学腐蚀能力强。4）绝大多数是绝缘体，导热系数低，受热变形小。4.什么是玻璃态物质的四个通性？解释之。1）各向同性玻璃体的任何方向具有相同性质。就是说， 玻璃态物质各个方向的硬度、弹性模量、 热膨胀系数、热传导系数、折射率、导电率等都是相同的。2）介稳性玻璃处于介稳状态，就是说，从熔体冷却或其他方法形成玻璃时，系统所含的内能并不处于最低值。当玻璃从液态向固态转化时，玻璃的内能大于同组成晶体的内能，玻璃的体积大于同组成晶体的体积。从热力学的观点看，玻璃态是不稳定的，但从动力学的观点看，它又是稳定的。3）性质变化的连续性和渐变性在玻璃形成范围内，成分可以连续变化。因此在大部分情况下，玻璃的一些物理性质是玻璃中所含各氧化物特定的部分性质之和。4）没有固定的熔点玻璃在固态和熔融态间的转化是可逆的，没有固定的熔点。它由液态到固态是一个连续渐变的过程。5.Tg-Tf玻璃转变温度区域的含义，及对玻璃结构、性质的研究有何意义？1）TgTf区域称为玻璃转变温度范围。Tg转变温度（转变点） ，Tf软化温度（软化点） 。2）在转变温度区域内的任一温度，玻璃熔体有对应于该温度的平衡结构，温度越低，粘度越大，达到平衡结构的速度越慢，需要的时间越长。3）固态玻璃的性质是相对的，并不是一个常数。它与TgTf区域的玻璃冷却速度有关。冷却速度越快，玻璃结构偏离平衡结构的程度越大，导致玻璃结构疏松，使玻璃密度、折射率等性质下降，冷却速度减慢，密度、折射率等性质上升。4）在Tg温度以下或Tf温度以上，一般认为，冷却速度对玻璃结构性能影响不大。5）研究这一温度区域内的玻璃转变，对玻璃的退火、分相、析晶、封接、成型等具有重要的实用意义。6.解释玻璃态结构的晶子学说和无规则网络学说，概括并比较其结构特点。无规则网络学说：原子在玻璃中和在晶体中的作用是相同的，应形成连续的、三维空间的网络，2 但在玻璃中是不规则的，非周期性的，因而玻璃的内能大于晶体的内能，而晶体的结构是规则的、周期性的。晶子学说： 在玻璃中存在着有规则排列的微小区域，这种有规则排列的微小区域与晶体的晶格相比又是极度变形的，他是相对的，距晶子中心的距离越远，不规则程度越显著。无规则网络学说着重说明了玻璃结构的连续性，无序性和均匀性，而晶子学说则比较强调玻璃的微观不均匀性和有序性。当前比较统一的看法是：玻璃结构具有近程有序，远程无序的特点。7.石英玻璃具有哪些结构、性能特点？生产方法？一般采用无规则网络学说的模型描述石英玻璃。SiO4是熔融石英和结晶态石英的基本机构单元。它的正负电荷重心重合，不带极性。并以顶角相连。Si-O 键是极性共价键。其键能非常大。性能：石英玻璃粘度大，机械强度高，热膨胀系数小，耐热耐化学稳定性好。生产方法：间隙法、连熔法、气炼法。8.氧化钙加入玻璃中一般来说会削弱玻璃的结构，但在钠硅玻璃中加入氧化钙反而加强了玻璃的结构，这是为什么？石英玻璃中， 加入 R2O 使氧的比值增加，玻璃中的氧不可能由两个硅原子所共用，开始出现一个硅原子键合的氧原子，即非桥氧，使硅氧网络发生断裂，结果使玻璃结构减弱、疏松，导致玻璃的物理化学性能下降，如粘度、膨胀系数等。而钠硅玻璃中加入CaO 时，使玻璃的结构和性质发生明显的变化，主要表现在结构的加强，一系列物理化学性能变好，成为各种实用的钠硅玻璃的基础。钙的这种特殊作用来源于它本身的特性及其在结构中的地位。Ca2+的离子半径（0.099nm）与 Na+（0.095nm）近似，但Ca2+的电荷比Na+大一倍，它的场强比钠大得多。它具有强化玻璃结构和限制钠离子活动的作用。9.Na2O-CaO- SiO2玻璃系统非常实用，为什么？都用于哪些玻璃制品？这主要由于该系统的玻璃使用的原料资源丰富，来源广泛，价格低廉，其生产工艺成熟、稳定，玻璃的综合性能（玻璃强度、化学稳定性、耐热性能等）优良。应用于大多数实用玻璃，例如：瓶罐玻璃、器皿玻璃、保温瓶玻璃、灯泡玻璃、平板玻璃等。10. 什么是硼氧反常性？什么是硼反常性？理解组成、结构与极值的关系。硼氧反常性：在R2O-B2O3二元玻璃中，碱金属氧化物提供的氧，可使硼从三配位转变成四配位，从而加强了网络，使玻璃的各种物理性质出现极值，这种现象称为硼氧反常性。硼反常性：在R2O-B2O3-SiO2系统玻璃中， R2O 含量不变，用B2O3取代 SiO2，如果氧化硼的含量超过一定限度时，结构和性质会发生逆转现象，在性质变化曲线上则出现极大值或极小值，这种现象称为硼反常现象。在 R2O-B2O3二元玻璃中，碱金属氧化物提供的氧，可使硼从三配位转变为四配位，即在一定范围内， 它们提供的氧不像在熔融石英玻璃中使网络断裂而成为非桥氧，相反是使硼氧三角体转变成由桥氧构成的硼氧四面体，使部分形成三维空间架状结构，使原有二维结构有所加强，并因此引起玻璃的各种理化性能变好。而在Na2O-B2O3-SiO2系统玻璃中，当以B2O3取代 SiO2时，折射率、密度、硬度、化学稳定性等出现极大值；热膨胀系数出现极小值，而电导、介电损耗、表面张力则不出现硼反常现象。两种现象都是由于玻璃中硼氧三角体BO3与硼氧四面体BO4之间的量变而引起玻璃性质突变的结果。11. 磷酸盐玻璃的结构特点，用途。磷酸盐玻璃结构的基本单元是磷氧四面体PO4 ，但每一磷氧四面体中有一个带双键的氧。用途：制备光学玻璃， 透紫外玻璃， 吸热、 耐氟酸玻璃， 目前是低熔点玻璃的重要研究方向之一。12. 常见的卤化物玻璃、硫属化合物玻璃及用途。常见的卤化物玻璃：BeF2，ZnCl2，ZnBr2。用途：重要的光学材料，也可作为封接材料。常见的硫属化合物玻璃：As2S3，As2Se3，GeS2，GeSe2。用途：半导体材料、透红外材料、封接材料。13. 玻璃中氧化物的分类及作用。作为玻璃网络生成体应满足哪些条件？常见的玻璃网络生成体有哪些？3 玻璃中氧化物的分类及作用：1）网络形成体：单键强度335KJ/mol 的氧化物能单独形成玻璃。2）中间体： 单键强度介于251-335KJ/mol 的氧化物， 其作用介于网络形成体和网络调整体之间。3）网络调整体：单键强度251KJ/mol 的 氧化物能调整玻璃性质。作为玻璃网络生成体应满足的条件：1）每个氧离子应与不超过两个阳离子相连。2）在中心阳离子周围的氧离子配位数必须小于或等于4。3）氧多面体相互共角而不共棱或共面。4）每个多面体至少有三个顶角是共用的。常见的玻璃网络生成体：SiO2，B2O3，P2O5，GeO2，As2O5。14. 什么是双碱效应（混合碱效应）？双碱效应（混合碱效应）：在二元碱硅玻璃中，当玻璃中碱金属氧化物的总含量不变，用一种R2O 逐步取代另一种R2O 时，玻璃性质不是呈直线变化，而是出现明显的极值，这种现象叫混合碱效应，也叫双碱效应。15. 玻璃中加入少量Al2O3的作用？在玻璃中加入少量的Al2O3，可以夺取非桥氧形成AlO4 ，进入硅氧网络，把断网连接起来，使玻璃结构趋于紧密，从而降低了玻璃的结晶倾向，抑制分相，Al2O3的加入还可以提高玻璃的化学稳定性，热稳定性，机械强度等性能，Al2O3还可以减轻玻璃对耐火材料的侵蚀。16. 影响玻璃性质的四点结构因素？17. 玻璃生成的热力学条件？玻璃生成的动力学条件？热力学条件： 一般来说， 同组分的晶体与玻璃的内能差别越大，玻璃越容易结晶，越难形成玻璃。动力学条件：生成玻璃的关键是熔体的冷却速度(粘度增大的速度)。影响冷却速度的因素有：熔体数量，产品大小、厚薄。18. 生成玻璃的关键是什么？与哪些因素有关？关键： 晶核生成最大速度对应的温度低于晶体生长最大速度对应的温度。晶核生成最大速率与晶体生长最大速率所对应的温度之间的温差越大，越易形成玻璃；反之，越易析晶。以下两个因素对玻璃的形成起很大的影响：（1）为了增加结晶势垒，在凝固点（势力学熔点Tm）附近的熔体粘度的大小，是决定能否生成玻璃的主要标志。（ 2）在相似的粘度-温度变化曲线情况下，具有较低的熔点，玻璃态易于获得。19. 如何理解泰曼将玻璃析晶分为晶核生成与晶体生长两个过程。泰曼认为： 玻璃的形成是由于过冷液体中晶核生成最大速度对应的温度低于晶体生长最大速度对应的温度所致。熔体冷却过程中，首先降到晶体生长最大速率所对应的温度，这时玻璃中晶核数量较少，不至于使玻璃析晶，然后再降到晶核生成最大速率所对应的温度，这时玻璃中有可能产生大量晶核，但此时的温度低于晶体生长最佳温度，致使晶核难以长大。晶核生成最大速率与晶体生长最大速率所对应的温度之间的温差越大，越易形成玻璃；反之，越易析晶。在均匀成核中，存在一临界成核半径，其值越小晶核越易形成，玻璃越易析晶。20. 什么是三T 图？三 T 图的作用？三 T 图即温度 -时间 -转变之间的关系曲线， 用于求出防止产生一定结晶容积分率的临界冷却速度。21. 玻璃生成的两个主要因素？1) 凝固点 (热力学熔点Tm)附近的熔体粘度越大，越易形成玻璃。反之，粘度越小，越不易形成玻璃。 2) 在相似的粘度-温度变化曲线情况下，具有较低的熔点，较高的转变温度的化合物，易于形成玻璃。22. 玻璃生成的晶体化学条件？影响玻璃形成的结晶化学因素主要是熔体结构、键强和键性。1）熔体结构（原子团的大小与排列方式）一般认为，熔体中原子团是高聚合，这种错综复杂的大原子团位移、转动和重排都较困难，重排4 前还须介理，所以不易调整为晶体，因而容易形成玻璃。2）键性熔体析晶必须破坏熔体原有的化学键。使质点重新移位， 建立新键， 调整为具有晶格排列的结构，因为化学键强时不易破坏，难于调整为有规则的排列；反之，化学键弱时，容易断裂重新调整为有规则排列的晶体，不能生成玻璃。3）键强一般认为：熔体的聚合程度越大，化学键越强，越不易破坏，越不易形成有规则的排列，因此越容易形成玻璃。23. 多元组分对玻璃形成范围的影响。24. 什么是均匀成核？什么是非均匀成核？均匀成核是指在宏观均匀的玻璃中，在没有外来物参与下，与相界、 结构缺陷等无关的成核过程。均匀成核是依靠相界、晶界或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核的过程。25. 微晶玻璃的制备原理？无色透明微晶玻璃的制备？微晶玻璃是用适当组成的玻璃控制结晶而成，它含有大量 （典型的约占95-98%） 细小的（在 1 以下）晶体及少量残余玻璃相。微晶玻璃可以采用一般玻璃的熔制、成型方法，然后经过热处理后转变成为微晶材料。选用成核剂是制备微晶玻璃常用的方法。26. 成核剂的分类、选择？常用的成核剂有哪些？按晶核剂性质大致可以分为贵金属盐类，氧化物类，氟化物类。玻璃成核剂的选择：一般来说，成核剂和初晶相之间的界面张力越小，晶格常数越接近，成核就越容易。常用的成核剂有：AgCl ，AgNO3，AuCl ，CuCl2，五氧化二磷，氧化锆，氧化钛，CaF2，Na3AlF6，Na2SiF6。27. 贵金属盐类、氧化物、卤化物的成核机理？贵金属盐类：贵金属盐类熔于玻璃后，高温时，贵金属以离子状态存在，低温时，吸收电子而成原子状态，因溶解度小，热处理后而析出金属胶粒。氧化物：氧化物成核剂电荷高，场强大，对玻璃的结构有较大的积聚作用，从而导致玻璃分相、结晶。卤化物：氟化物加入导致硅氧键断裂，结构减弱，从而促使玻璃成核、晶化，产生结晶状的沉淀物，即氟化物晶核。28. 影响玻璃结晶的因素？1）温度当熔体从 Tm 冷却时， T（即过冷度，Tm-T)增大，因而成核和晶体生长的驱动力增大；但是，与此同时，粘度随着上升，成核和晶体生长的阻力增大。为此，成核速度和T 的关系曲线以及晶体长大和 T 的关系曲线都出现峰值，两条曲线都是先上升然后下降。在上升阶段，T 的驱动作用占主导地位，而在下降阶段则是粘度的阻碍作用占优势。2）粘度当温度较低时（即远在Tm 点以下时），粘度对质点扩散的阻碍作用限制着结晶速度，尤其是限制晶核长大的速度。3）杂质加入少量杂质可能会促进结晶，因为杂质引起成核作用，还会增加界面处的流动度，使晶核更快地长大。 杂质往往富集在分相玻璃的一相中，富集到一定浓度， 会促使这些微相由非晶相转化为晶相。4）界面能固液界面能越小，则核的生长所需能量越低，因而结晶速度越大。加入外来物，杂质和分相等都可以改变界面能，因此可以促进或抑制结晶过程。29. 什么是玻璃的分相？玻璃分相的原因？分相对玻璃性质的影响？在硅酸盐熔体中， 桥氧离子与硅离子以硅氧四面体的形式结合，并按本身的结构要求进行了排列。如果系统中加入其它阳离子，那么这些阳离子也力图将氧原子吸引到自己周围，按本身的结构要求进行排列。双方对氧离子的争夺，结果产生分相。5 玻璃分相的原因一般从结晶化学的观点来解释：认为氧化物熔体的分相是由于阳离子对氧离子的争夺所引起的。在硅酸盐熔体中，桥氧离子与硅离子以硅氧四面体的形式结合，并按本身的结构要求进行了排列。如果系统中加入其它阳离子，那么这些阳离子也力图将氧原子吸引到自己周围，按本身的结构要求进行排列。双方对氧离子的争夺，结果产生分相。影响： 1）对具有迁移性能的有关性质会产生影响，如粘度、电导、化学稳定性等。2）对具有加和性能的有关性质影响较小，如密度、折射率、热膨胀系数、弹性模量等。30. 玻璃产生析晶的因素？1）玻璃组成是引起玻璃析晶的内因。2）玻璃结构。3）玻璃分相对玻璃析晶也有一定作用。4）工艺因素：原料成分波动、配合料称量误差、混料不匀等。31. 玻璃粘度与组成的关系？玻璃粘度与温度的关系？PDF 31-33 转变点，应变点，软化点对应的粘度分别为：1012.4，1013.6，107.6 Pa.S。32. 玻璃表面张力与组成、温度的关系？PDF 36-37 33. 玻璃的密度与组成、温度、热历史的关系？PDF 38-40 34. 影响玻璃机械强度的主要因素？提高玻璃的强度的方法？影响玻璃强度的因素：1）玻璃的化学组成。2）玻璃的微不均匀性。3）玻璃的宏观缺陷。4）玻璃的表面微裂纹。5）玻璃使用环境的活性介质。6）玻璃的使用温度。7）玻璃中的应力。8）玻璃的疲劳现象。9）随着玻璃几何尺寸的减小，试样表面和内部的缺陷生成的几率也随之减小，因而强度提高。提高玻璃强度的方法：(1)表面脱碱 (2)火抛光(3)化学腐蚀 (4)物理钢化 (5)化学钢化 (6)表面涂层 (7)微晶化或制成复合材料35. 玻璃的膨胀系数与组成、温度、热历史之间的关系？什么是玻璃的热稳定性？PDF 47-48热稳定性：玻璃经受剧烈的温度变化而不破坏的性能为热稳定性。36. 玻璃的化学稳定性及其与组成、温度、热历史、压力之间的关系。PDF 54-56 高碱玻璃的耐酸性小于耐水性，高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。温度上升10,侵蚀介质对玻璃的侵蚀速度增加50150%。37. 玻璃折射率与组成、温度、热历史之间的关系。PDF 57-58 玻璃的密度越大，光在玻璃中的传播越慢，折射率越大，反之密度越小，则折射率越小。离子极化率越高，摩尔折射度越大，玻璃折射率越高。38. 玻璃电阻率与组成、温度、热历史之间的关系。PDF 50-51 39. 过渡金属离子着色机理及特点？金属胶粒的着色机理？化合物着色的机理？过渡金属离子着色机理：过渡金属和稀土金属在玻璃中以离子状态存在，它们的价电子在不同能级间跃迁，由此引起对可见光的选择性吸收，导致着色。过渡金属离子着色特点：在玻璃中，凡是变价的阳离子，由于阳离子与周围氧离子之间有电荷迁移，因此在紫外或近紫外区有强烈的吸收。1.不同价态，着色不同；2.钴、镍不变价，着色稳定；3.两种离子可以形成混合色；4.离子着色的玻璃不能产生红色。金属胶粒的着色机理：金属胶粒的着色基于它们对光的散射。化合物着色的机理：电子的激发跃迁。40. 影响玻璃着色因素？什么是玻璃的脱色？内在因素 :1.离子价态的平衡；2.配位数间的平衡；3.着色离子的浓度。外在因素 :1.基础玻璃的组成；2.玻璃的熔制气氛；3.熔化温度； 4.冷却速度。1.化学脱色用化学脱色的方法，使着色氧化物的着色程度减弱，也就是使其光吸收减少，以提高透光率。2.物理脱色引入适当的着色剂，来中和原来玻璃所显示的颜色，使玻璃变为白色或灰色。6 41. SiO2、B2O3、Al2O3、Na2O、 K2O、CaO 在玻璃中的所起作用？引入的原料？注意事项？SiO2作用：降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性，耐热性，化学稳定性，软化温度，硬度，机械强度，粘度和透紫外线。原料：石英砂，砂岩，石英岩。注意：粒径，杂质。B2O3作用：增加玻璃的折射率，改善玻璃的光泽，降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性，化学稳定性，机械强度。原料：硼砂，硼酸。注意：易挥发。Al2O3作用：降低玻璃的结晶倾向，抑制分相，减轻玻璃对耐火材料的侵蚀，增加玻璃的折射率，提高玻璃的热稳定性，化学稳定性，机械强度。原料：长石，粘土，氧化铝，氢氧化铝。注意：难熔，多用长石引入。Na2O 作用： 降低玻璃粘度， 是良好的助熔剂，增加热膨胀系数，降低玻璃的， 热稳定性， 化学稳定性，机械强度等。原料：纯碱，芒硝，硝酸钠。注意：混料均匀。K2O 作用： 同 Na2O，但粘度比Na2O 玻璃大， 能降低玻璃的析晶倾向，增加玻璃的透明度和光泽度。原料：碳酸钾，硝酸钾。CaO 作用：稳定剂，即增加玻璃的化学稳定性和机械强度，但含量增加，析晶倾向增加，玻璃发脆，高温时，降低粘度，但温度下降，粘度下降快，料性短。原料：方解石，石灰石。42. 玻璃配方中常用的辅助原料有哪些？1.澄清剂（氧化物，硝酸盐，硫酸盐，氟化物等）；2.着色剂； 3.脱色剂； 4.氧化剂和还原剂（氧化剂：氧化物，硝酸盐等；还原剂：碳，酒石酸钾等）；5.乳浊剂； 6.碎玻璃。43. 常用的玻璃澄清剂、乳浊剂、氧化剂有哪些及其作用？澄清剂：氧化物（氧化砷、氧化锑），硫酸盐（硫酸钠） ，氟化物（萤石、氟硅酸钠）等。作用：熔制过程中分解产生气泡，或降低玻璃粘度促使玻璃液中气泡排出。乳浊剂：氟化物（萤石、氟硅酸钠）、磷酸盐（磷酸钙、骨灰、磷灰石）等。作用：是玻璃产生乳白而不透明。氧化剂：氧化物（CeO2，AsO2，Sb2O5） 、硝酸盐（硝酸钠、硝酸钾、硝酸钡）等。作用：熔制过程中释放氧。44. 选择玻璃原料的一般性原则？1）原料质量符合技术要求2）易于调整成分3）适于熔化和澄清，少用过轻和对人体有害的原料4）对耐火材料的侵蚀要小5）易加工，成本低，能大量供应45. 玻璃原料的加工流程？7 原料破碎粉碎干燥过筛除铁料仓称量混合配合料熔制成型退火检验成品。46. 玻璃成分设计应考虑的主要内容？1）性质与成分、结构间的关系。2）设计的成分必须形成玻璃，析晶倾向小。3）必须符合熔制、成型等工艺要求。4）所涉及的玻璃应当价格低廉，原料易于获得。5）如果是微晶玻璃，应考虑基础玻璃，晶核剂，热处理制度。47. 玻璃配方计算。教材P33-35 48. 玻璃配合料的要求？配合料中加入一定量的水的作用？要求： 1）组成正确和稳定2）具有一定的水分3）具有一定的气体率4）混合均匀，颗粒级配适当加水作用：使用一定量的水，可以润湿石英类原料，在其表面形成水膜，并熔解纯碱和芒硝有助于加速熔化。原料颗粒表面润湿后粘附性增加，配合料容易混合均匀，不宜分层，容是可以减少和输送过程中的粉料飞扬，减少分了损失。49. 配合料混合时要注意哪些问题？应注意配料的量、加料顺序、加水量及加水方式、混合时间及混料方式、碎玻璃及加入量。配合料的加料量一般为混料设备容量的30%50%。加料顺序不尽相同，但均是先加石英原料，同时喷水润湿，然后再按顺序加入其他原料。碎玻璃对配合料的混合均匀度有不良印象，一般在配合料混合终了将近卸料时再加入。50. 什么是玻璃的熔制？熔制时发生哪些变化？将配合料经高温加热形成均匀的、无缺陷的并符合成型要求的玻璃液的过程，称为玻璃的熔制。玻璃熔制过程是一个很复杂的过程，它包括一系列的物理、化学及物理化学现象及反应。物理过程：有配合料的加热、吸附水的排除、组分的熔化、多晶转变及个别组分的挥发。化学过程：有固相反应、各种盐类的分解、水化物的分解、化学结合水的排除、组分间的相互作用及硅酸盐的形成。物理化学过程： 低共熔物的生成、 组分或生成物间的相互溶解、玻璃液与炉气介质间的相互作用，玻璃液与耐火材料间的相互作用等。51. 玻璃熔制过程中可分为哪五个阶段？1）硅酸盐形成阶段2）玻璃形成阶段3）玻璃液的澄清阶段4）玻璃液的均化阶段5）玻璃液的冷却阶段52. 玻璃熔制的硅酸盐形成阶段有什么特点？影响因素是什么？特点：主要固相反应结束，大部分气态产物从配合料中逸出，得到的是硅酸盐和剩余SiO2 组成的不透明烧结物。影响因素：主要因素：熔化温度，时间，各氧化物的含量及性质。次要因素：添加物，原料颗粒度，炉内气氛及分压，耐火材料的侵蚀。53. 玻璃形成过程的速度取决于什么？为什么？玻璃形成过程的速度取决于石英砂粒的熔解扩散速度，而石英砂粒的熔解扩散速度又取决于扩散速度。这是因为石英砂砾熔解和扩散速度比其他各种硅酸盐熔解和扩散速度低得多。与此同时，玻璃形成速度还与玻璃成分，砂粒大小，熔制温度有关。54. 玻璃澄清过程中的气体分压的平衡与玻璃澄清的关系？在高温澄清过程中，熔解在玻璃液内的气体、气泡中的气体及炉气这三者间会相互转移与平衡，它决定于某类气体在上述三相中的分压大小，气体总是由分压高的一相转入分压低的另一相中，如果用 PA炉，PA液，PA泡分别表示炉气中、玻璃液中和气泡中A 气体的分压，则将存在以下转变关系：8 55. 如何促进玻璃液的均化？玻璃液的均化是指在玻璃液中消除条纹和其他不均匀体，使玻璃液的各部分在化学组成上达到预期的均匀一致。促进玻璃液的均化，在熔制时：1）玻璃组成的熔解和扩散过程；2）玻璃液的对流均化过程；3）气泡上升引起的搅拌均化过程。在工艺上：1）配合料的均匀度；2）熔制工艺稳定性；3）减少耐火材料的侵蚀。56. 玻璃液冷却的目的、要求、应注意事项？目的：使玻璃液的粘度增加，达到成型所需的粘度范围（10001100） 。要求：玻璃液的温度均匀一致，有利于成型。注意事项：冷却阶段应控制热均匀性和二次气泡的产生。57. 影响玻璃熔制过程的工艺因素？1）玻璃成分；2）配合料的物理状态；3）采用的加速剂(助熔剂和澄清剂） ；4）加料方式；5）熔制制度； 6）辅助电熔；7）采用高压或真空熔炼；8）机械搅拌 (浆叶形状，大小，转速）；9）鼓泡(鼓泡点的数量，位置，排列；鼓泡的速度，大小，压力；喷嘴的结构等）。58. 玻璃液对耐火材料的侵蚀及影响因素？1）温度的影响温度升高，熔体的粘度降低，使玻璃液与耐火材料之间的扩散速度增加。温度升高，也使耐火材料在玻璃液中的饱和浓度显著增大。2）玻璃液组成和性质的影响玻璃液中半径小、电价高的阳离子具有较大的活动性，因此玻璃中碱性氧化物含量越高，对耐火材料的侵蚀越大。高碱玻璃、高铅玻璃、高钡玻璃、硼酸盐玻璃对耐火材料的侵蚀都很强烈。3）耐火材料组成和结构的影响首先应选用与玻璃液组成相近的耐火材料，其次是耐火材料的气孔率对侵蚀的影响。同时耐火材料中的玻璃相的组成和数量的影响。59. 坩埚窑和池窑中的玻璃熔制过程？坩埚窑：加热熔窑熔化澄清与均化冷却成型。池窑：池窑中玻璃熔制的各个阶段是沿窑的纵长方向按一定顺序进行的，并形成未熔化的、半熔化的和完全熔化的玻璃液的运动路线。也就是玻璃熔制的各个阶段是在同一时间、不同空间进行的。60. 日用空心制品的机械成型分为供料和成型两部分，各有哪些方法？供料：液流供料、真空供料、滴料供料。成型：压制法、吹制法。61. 玻璃粘度和料性对玻璃成型的影响？1）成型粘度选在粘度曲线的弯曲部分，粘度范围一般在102108 Pa.s。2）从粘度曲线上，可以确定长性玻璃还是短性玻璃。3）成型方法不同，初始的成型粘度不同。4）由于玻璃的粘度具有渐变性，所以能用不同方法成型。5）玻璃粘度具有可逆性，所以可反复多次加热、制作。6）为降低玻璃的析晶倾向，成型温度可适当提高或快速冷却。9 62. 平板玻璃的成型有哪些方法？浮去成型、垂直引上法成型、平拉法成型、压延法成型。63. 简述浮法玻璃的熔制成型过程。浮法成型过程包括：自由展薄，抛光，拉引，退火。64. 浮法玻璃的拉簿通常采用什么方法？高温拉薄法、低温拉薄法。65. 影响垂直引上法玻璃质量的因素有哪些？玻璃组成、原燃料性能、熔化温度、液面、窑压、成型温度制度、退火和冷却等。66. 什么是玻璃中的暂时应力、永久应力？暂时应力：热应力随着温度梯度的存在(或消失 )而存在 (或消失 )，所以称为暂时应力。永久应力：常温下，玻璃内外层温度均衡后，（即温度梯度消失后） ，仍然残留的热应力称为永久应力 (也叫做残余应力)。67. 玻璃退火的目的？玻璃退火的原理？解释图4-3。玻璃的退火就是消除或减小玻璃中热应力至允许值的热处理过程。即除玻璃中的永久应力。一般根据退火原理，退火工艺可分为四个阶段：加热阶段、均热阶段、慢冷阶段和快冷阶段。按上述四个阶段可作出温度-时间曲线，此曲线称为退火曲线。即图4-3。68. 玻璃的退火上限温度？退火下限温度？精密退火？退火上限温度：在该温度下保持3min 能消除 95%应力，定为退火上限（相当于转变温度）。退火下限温度：在该温度下保温3min 仅能消除5%应力，为退火下限（对应于10 136 pas 粘度值即玻璃的应变点） 。精密退火：在退火温度区域内将玻璃保持相当长的时间,使它的各部分的结构匀一，达到该温度下的平衡状态，然后以最小的温差进行降温，这个过程称为玻璃的精密退火。69. 什么是钢化玻璃？影响玻璃物理钢化的因素？通过玻璃淬火， 在冷却后， 使玻璃内部具有均匀分布的内应力，从而提高玻璃的强度和热稳定性，这种淬火玻璃又称为钢化玻璃。影响玻璃物理钢化的因素：1）淬火温度； 2）冷却速度；3）玻璃的化学组成；4）玻璃的厚度。70. 玻璃常见的缺陷及产生的原因？教材P65-68 气泡： 1）残留气泡的形成；2）二次气泡的形成；3）耐火材料引起的气泡；4）铁引起的气泡；5）其它气泡的形成。结石： 1）配合料结石；2）耐火材料结石；3）析晶结石； 4）其它结石。条纹： 1）熔制不均匀；2）窑碹上的玻璃滴；3）耐火材料的侵蚀；4）结石熔化引起的条纹。71. 简述钢化玻璃制备的工艺流程。热弯成型风冷弯钢化原板剪裁磨边洗涤干燥检验钢化检验入库 平板风冷平钢化10 72. 简述微晶玻璃制备的工艺流程。配合料制备晶核剂压延法烧结法玻璃熔化压延成型玻璃液水淬成粒切裁粉料分级晶化热处理装模切、磨、抛晶热化处理检验切、磨、抛制品检验制品73. 影响微晶玻璃制备和性质的各种因素1）原始玻璃组成的影响产生所需晶相和性能。成型和退火中不能析晶。产生的晶相要均匀分布，晶粒大小适中，1 微米左右。工业条件下能够制备。2）晶核剂的影响晶格参数、界面张力、有效的晶核剂、加入量。3）热处理制度的影响热处理温度、时间要保证晶核的生成、晶粒均匀分布、大小适中。4）玻璃相的影响产生的应力、玻璃相的数量。陶瓷：1.粘土的分类？粘土的工艺性质？原生粘土也称一次粘土或残留粘土，是钾长石经化学风化（如水解）生成。次生粘土也称二次粘土，是由原生粘土在自然动力条件下转移到其它地方再次沉积而成的。工艺性质：可塑性、结合性、触变性、收缩性、烧结特性。2.什么是粘土的可塑性? 粘土的烧结特性? 可塑性：指粘土与适量的水混练以后形成的泥团，可在外力的作用下产生变形但不开裂，外力去除后，仍能保持原有形状的性质。烧结特性：1）无固定熔点：粘土是多组分矿物的混合物。2）开始烧结温度：粘土在加热到一定温度后，开始出现液相，气孔率下降，体积收缩，对应于这个体积开始剧烈变化的温度是开始烧结温度。3）烧结温度：当粘土完全烧结，气孔率降至最低，收缩率最大的温度是烧结温度。4）软化温度：继续升温，坯体因液相太多而发生变形的最低温度或开始发生变形的温度称为软11 化温度。5）烧成温度范围：烧结温度至软化温度的区间为烧成温度范围。6）粘土的烧结特性与构成粘土的矿物组成和化学组成有关。3.石英在陶瓷生产中的作用? 1）石英是瘠性料，可降低可塑性，减少收缩变形，加快干燥2）高温时，增加粘度，减小坯体变形3）未熔石英与莫来石一起构成坯体骨架，增加强度4）在釉料中增加石英含量可提高釉的熔融温度，提高釉的耐磨性和抗化学腐蚀性4.长石的分类及特性? 分类：钾长石、钠长石、钙长石、钡长石。特性： 1）长石作熔剂使用，降低烧成温度。2）长石是瘠性物质，可提高坯体的疏水性。3）钾长石高温粘度大，钠长石相对粘度小，K2O、 Na2O 能显低长石的熔化温度和粘度。4）长石有利于提高坯体的力学强度和化学稳定性。5）斜长石、钡长石因熔融温度范围窄，只在特种陶瓷中使用。5.普通陶瓷的三种基本矿物组成是什么？它们各有什么特点以及在陶瓷制备过程中的作用？1）粘土类原料特点： 1. 粘土是含水铝硅酸盐,多种微细矿物的混合体。2. 为细颗粒，层状结构，1：1 层， 2：1 层。3. 与水混合时，有很好的可塑性、粘合性，可保证干坯的强度和制品性能。作用：提供了可塑性，保证成型的工艺要求。2）石英类原料作用： 1. 石英是瘠性料，可降低可塑性，减少收缩变形，加快干燥。2. 高温时，增加粘度，减小坯体变形。3. 未熔石英与莫来石一起构成坯体骨架，增加强度。4. 在釉料中增加石英含量可提高釉的熔融温度，提高釉的耐磨性和抗化学腐蚀性。石英是耐熔的骨架成分。3）长石类原料特性： 1. 长石作熔剂使用，降低烧成温度。2. 长石是瘠性物质，可提高坯体的疏水性。3. 钾长石高温粘度大，钠长石相对粘度小，K2O 、Na2O 能降低长石的熔化温度和粘度。4. 长石有利于提高坯体的力学强度和化学稳定性。5. 斜长石、钡长石因熔融温度范围窄，只在特种陶瓷中使用。作用：助熔剂，促进烧结时玻璃相的形成。6.氧化铝的分类及特点？氧化铝预烧的目的和注意事项。分类（三种变体） ： - Al2O3、 - Al2O3、 - Al2O3。特点：熔点高、硬度大、绝缘性好等。目的： 使 - Al2O3通过预烧变为稳定的- Al2O3后使用以减少烧成收缩，此外还可去除原料中的杂质，提高原料纯度。注意事项：要在1000以上才能有较大的转化速度，一般多取1450。提高预烧温度，可加速的转化，但如温度选得过高，可使形成的- Al2O3活性降低，硬度增大，不利磨细和烧结。而预烧温度偏低，则不能完全转化为型，且不利杂质去除，电性能亦降低。7.二氧化锆的相变及特性？什么是二氧化锆的相变增韧？特性：熔点高、硬度大、化学稳定性好、有导温导电性、密度5.686.27。相变增韧：二氧化锆相变时伴有体积效应和剪切应变是相变增韧的理论基础。对于Y2O3，又发现在 ZrO2中加入一定量的Y2O3时，可以单斜和四方两相共存形式存在，其中亚稳定相在受到应力产12 生应力集中时，可诱发相变切变向稳定相转变，吸收应变能使应力得以释放，因而增加陶瓷韧性。8.碳化物特点及制备？特点：电阻率小、导热系数高、熔点高、硬度高、热膨胀系数小。制备：直接化合(W+C WC) 氧化物与碳反应(TiO2 +CTiC +CO2) 碳化法（ Mo+CH4MoC +H2 ) 气相沉积(ZrCl4+CH4+H2ZrC+HCl) 9.氮化物特点及制备？特点：氮化物的晶体结构与碳化物相似，熔点高、硬度大；但抗氧化能力差，高温下直接升华。制备：氮化物都是人工合成，方法与碳化物相似。10. 陶瓷坯料配方的计算。教材P102-109 11. 原料预烧的目的，为什么？帮助碎化原、减少坯料收缩、改变结构形态、稳定晶型。12. 原料精选的目的、方法？目的：对原料进行分离、提纯、除去各种杂质，使化学组成、矿物组成、颗粒尺寸更符合原料的质量要求。方法：物理方法：分级法、磁选、超声波等。化学方法：溶解法、升华法。13. 陶瓷坯料的混合制备包括哪几个过程？混合制备分为细粉碎，泥浆的脱水，造粒，陈腐，练泥及真空处理。14. 常用的陶瓷成型方法及其含水量？常用成型法：注浆成型、可塑成型、压制成型。注浆成型：含水量28-35% 可塑成型：含水量18-25% 含水量半干压成型：含水量8-15% 干压成型：含水量3-7% 先进陶瓷的干压成形：含水量小于1% 15. 陶瓷成型方法的选用依据？产品的形状、大小、厚薄，坯料的性能，产品的产量和质量要求。16. 什么是可塑成型？影响陶瓷坯料可塑性的因素？旋压成型和滚压成型各有哪些优缺点？可塑成型：加入水分或塑化剂，将坯料混合，捏练成为有塑性的料团，然后，通过手工或各种成型机械成型。影响因素： 1）液相含量与性质可塑水量：可塑性最大时的含水量（图92）2）颗粒尺寸和形状颗粒越细，可塑性越大板状、柱状颗粒比球状颗粒等的可塑性好3）矿物种类可塑性：蒙脱石高岭石伊利石吸附阳离子施压成型的优点是设备简单、适应性强、可以旋制大型深孔制品。问题是成型质量不高，劳动强度大，要有一定的操作技术，效率低等。滚压成型有胚体质量好，产量大，适于自动化生产的特点。17. 什么是注浆成型？影响陶瓷注浆成型吸浆速度的因素？注浆成型有哪些工艺？解释图9-4。注浆成型： 将含有一定水分的流体状泥浆注入所需形状的石膏模内，泥浆中水分逐渐被多孔石膏吸收，泥料便沉积在石膏模内壁上，逐渐形成泥层并具有石膏模赋予的形状。影响因素： 1）泥浆流动性：固相含量、颗粒尺寸和形状、温度、干燥温度、pH 值、电解质。13 2）吸浆速度：颗粒的比表面积，压力差，泥浆的粘度，注浆温度，模型中的气孔数。3）触变性：厚化系数大，触变性大。成型工艺：空心注浆、实心注浆、真空注浆、离心注浆、压力注浆。18. 什么是压制成型？影响陶瓷坯体压制成型的与粉料有关的因素？解释图9-6。压制成型：将含有一定水分的粒状粉料填充到模型之中，施加压力，使之成为具有一定形状和强度的陶瓷坯体。影响因素： 1、粒度和粒度分布；2、粉料的流动性；3、粉料的含水率。19. 影响陶瓷压制成型坯体性能的因素？压制成型方法？影响因素： 1、密度（粉体性质和压制压力）；2、压制压力；3、压力分布。方法： 1、干压或半干压成型；2、等静压成型。20. 有哪些陶瓷成型模具？石膏模具、新型多孔模具（塑料模具、无机填料模具、素陶模具、金属填料模具）21. 什么是釉？釉的分类及作用？釉是指覆盖在陶瓷坯体表面上的一层玻璃态物质。是根据瓷坯的成分和性能要求，采用陶瓷原料和某些化工原料按一定比例配方、加工、施覆在坯体表面，经高温熔融而成。作用： 改善陶瓷制品的表面性能，保护釉下彩绘， 提高制品的机械强度、电学性能、 化学稳定性、热稳定性。分类：22. 釉料配方的原则？釉料配方选用的一般规律？原则： 1）釉料应在坯体烧结范围内成熟；2）熔化范围要宽些；3）釉的膨胀系数要与坯体相适应；分类依据种类名称坯体种类瓷