陶瓷的制備方法實驗報告

1、實習(xí)目的掌握陶瓷主要工藝實驗的原理、方法與一定的操作技能，通過陶瓷工藝綜合 實驗了解陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計程序與工藝過程，培養(yǎng)綜合設(shè)計實驗的能力，提高分析 問題、解決問題和動手能力。實習(xí)時間2013年11月22日實習(xí)地點南信大尚賢實驗室及江都金剛機械廠四實習(xí)過程陶瓷材料A概念：用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機非金屬材 料。它具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點?？捎米鹘Y(jié)構(gòu)材料、刀具 材料，由于陶瓷還具有某些特殊的性能，又可作為功能材料。B分類：普通材料：采用天然原料如長石、粘土和石英等燒結(jié)而成，是典型 的硅酸鹽材料，主要組成元素是硅、鋁、氧，這三種元素占地殼元素總量的90%，

2、普通陶瓷來源豐富、成本低、工藝成熟。這類陶瓷按性能特征和用途又可分為日 用陶瓷、建筑陶瓷、電絕緣陶瓷、化工陶瓷等。特種材料：采用高純度人工合成的原料，利用精密控制工藝成形燒結(jié)制成，一般具有某些特殊性能，以適應(yīng)各種需要。根據(jù)其主要成分，有氧化物陶瓷、氮 化物陶瓷、碳化物陶瓷、金屬陶瓷等；特種陶瓷具有特殊的力學(xué)、光、聲、電、 磁、熱等性能。C性能：力學(xué)特性：陶瓷材料是工程材料中剛度最好、硬度最高的材料，其硬度大 多在1500HV以上。陶瓷的抗壓強度較高，但抗拉強度較低，塑性和韌性很差。熱特性：陶瓷材料一般具有高的熔點(大多在2000C以上)，且在高溫下 具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性；陶瓷的導(dǎo)熱性低于金屬材

3、料，陶瓷還是良好的隔熱材料。 同時陶瓷的線膨脹系數(shù)比金屬低，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，陶瓷具有良好的尺寸穩(wěn)定 性。電特性：大多數(shù)陶瓷具有良好的電絕緣性，因此大量用于制作各種電壓(1kV110kV)的絕緣器件。鐵電陶瓷(鈦酸鋇BaTiO3 )具有較高的介電常數(shù)， 可用于制作電容器，鐵電陶瓷在外電場的作用下，還能改變形狀，將電能轉(zhuǎn)換為 機械能(具有壓電材料的特性)，可用作擴音機、電唱機、超聲波儀、聲納、醫(yī) 療用聲譜儀等。少數(shù)陶瓷還具有半導(dǎo)體的特性，可作整流器?；瘜W(xué)特性：陶瓷材料在高溫下不易氧化，并對酸、堿、鹽具有良好的抗腐 蝕能力。光學(xué)特性：陶瓷材料還有獨特的光學(xué)性能，可用作固體激光器材料、光導(dǎo) 纖維材料

4、、光儲存器等，透明陶瓷可用于高壓鈉燈管等。磁性陶瓷(鐵氧體如： MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4)在錄音磁帶、唱片、變壓器鐵芯、大型計算機記 憶元件方面的應(yīng)用有著廣泛的前途。實驗材料粘土：是多種微細的礦物的混合體，其礦物的粒徑多數(shù)小于2Mm，主要是由 粘土礦物和其他礦物組成的并且具有一定特性的(其中主要是可塑性)土狀巖石玻璃粉、炭粉、水泥，三者的比例如下表1所示:表一原料配比原料 樣水泥玻璃 粉炭粉總質(zhì)量/g試樣15%3%2%40試樣25%8%2%40試樣35%15%2%40試樣410%3%2%40試樣510%8%2%40試樣610%15%2%40試樣715%3%2%40試樣815%

5、8%2%40試樣915%15%2%403制備實驗流程A配方設(shè)計：按照一定配比計算出每種原料所需要的質(zhì)量；B原料研磨：將原料磨成細粉狀，有助于形成壞料時得到更好的結(jié)合，研磨過程如圖1、圖2所示。量為40克。如圖3所示圖2 粉碎玻璃圖3 稱量原料準(zhǔn)確稱量，精確到小數(shù)點后2位?？傎|(zhì)大概加入20%的水分，如圖4、圖5所示。,混料：將稱好的原料進行混合，圖5 粘土為方便性能測試，試樣做成條狀和圓柱狀，圖4 玻璃粉E壓制成型：試樣一共分為九組，程如圖6、圖7、圖8所示;圖7 定型F干燥:G燒成:圖6 制作過程24小時;在感應(yīng)爐中加熱，圖8 所有壓制成型的試樣.羊放在通風(fēng)處進行自然十燥，十燥時間條形和每組包

6、括三個長方體試樣和兩個圓柱體試樣，長方體試樣長和寬都為1cm，高為 5cm；圓柱體的半徑為1cm，高為約2cm；壓制成形后立即對試樣編號，制作過加熱時間大約為15min，如圖9、圖10所示;圖10進行燒制圖11所有試樣燒成之后的形貌圖9將試樣放在坩蝸中4.試樣性能檢測A沖擊硬度實驗本次實驗檢測性能為沖擊硬度性能，所用儀器為JG-2056型懸臂梁沖擊試驗機，測試儀器及測試過程如圖12、13所示圖12沖擊試驗儀器圖13沖擊過程圖14沖擊之后的試樣沖擊所得實驗數(shù)據(jù)如下：表1為高溫?zé)Y(jié)后的9組試樣沖擊試驗數(shù)據(jù)1組2組3組4組5組6組7組8組9組角度/139.52144.80138.62147.2514

7、0.45144.47143.02148.69139.57能量/J0.1470.01480.2280.0500.2250.0760.1280.0750.034截面積/cm21.211.001.921.211.941.321.431.211.21表2為沒有高溫?zé)Y(jié)后的9組試樣沖擊試驗數(shù)據(jù)1組2組3組4組5組6組7組8組9組角度/143.65133.33135.98141.97146.25145.12145.34144.22138.34能量/J0.0570.1220.1320.1370.1500.0050.0140.0310.424截面積/cm21.221.341.211.441.541.321.4

8、81.561.23表3為單位截面上燒結(jié)和沒燒結(jié)的能量值分組1組2組3組4組5組6組7組8組9組燒結(jié)后單位面積 的能量(J/cm2)0. 1210.1480.1180.0410.1160.0580.0280.0470.016沒有燒結(jié)單位面積的能量(J/cm2)0.0480.0910.1090.0950.0970.0030.0100.0220.345圖15燒結(jié)試樣單位面積能量變化圖：燒涇苴杉羊伐苴買閔能M3主WS.S-京奔_=-三一圖16無燒結(jié)試樣單位面積能量變化圖由圖15、圖16分析可知燒結(jié)前后的單位面積能量值變化不大，原因可能為燒 結(jié)溫度不高，導(dǎo)致陶土內(nèi)部結(jié)合力不強，壞體成型強度不高，、并且沖

9、擊試樣所 消耗的功，稱為沖擊功Ak。將Ak除以缺口處橫截面積F，則得沖擊韌度ak，單位 為J/cm2ak值沒有明確物理意義，因為沖擊功并非沿著缺口處截面積均勻消耗。 因此，ak值不能直接用于設(shè)計計算。因此，對于不同尺寸和缺口的試樣，所得 結(jié)果不能互相換算和比較。B.斷口分析以下是沖擊燒結(jié)后的9個試樣斷口的形貌試樣6試樣8試樣7沖擊試驗是根據(jù)許多機器零件乍時受到?jīng)_擊載荷作用提出來的。沖擊 載荷是動載荷，它在短時間內(nèi)產(chǎn)生較大的力，在這種情況下往往對材料的組織缺 陷反映更敏感。在沖擊試驗中，我們認為材料存在截面突變、即缺口，沖擊動能在零 件內(nèi)的分布是不均勻的，在缺口處單位體積內(nèi)將吸取較多的能量，從而使該處的 應(yīng)力、應(yīng)變值增大。因此，Ak或ak值都是代表材料缺口敏感度。沖擊載荷與靜 拉伸的主要區(qū)別在于加載速度不同。拉伸速度一般在10-410-2mm/s，而沖擊速度為 102104mm/s，靜載荷作用于構(gòu)件，一般不考慮慣性力的影響，而沖