1、Chapter I Introduction1 What are ceramics?用陶瓷生產方法制造的無機非金屬固體材料和制品的通稱。2 Typical Characteristics of Ceramic MaterialsHard硬, brittle易碎、脆, wear-resistant耐磨, electrically and thermally insulating絕緣、隔熱, refractory耐火, chemically stable化學穩定性, durable耐久性.3傳統陶瓷、先進陶瓷有何區別？先進陶瓷如何分類？區別：先進陶瓷分為功能陶瓷和結構陶瓷，功能陶瓷又分為電子信息材

2、料、能源材料、環境材料4 The objective in materials process engineering to find relations between (desired) materials properties and relevant microstructural parameters on one side一方面尋找所需材料性能和相關顯微結構參數之間的關系to understand which process parameter changes a certain microstructural parameter on the other hand.另一方面理解哪

3、個工藝參數能夠改變相應的微觀結構參數5 Basic processes of ceramic fabrication.Powder preparation, Powder treatments like milling and mixing, Forming into a green shape, Coating techniques, Sintering粉體制備，粉體處理如研磨和混合，成型，涂層技術，燒結Chapter II Microstructure and property1、 陶瓷燒結體微觀結構的控制因素有哪些？粉料的化學性質及總組成，粉料的表面化學，顆粒形貌（表面積、顆粒尺寸及形狀

4、），成型工藝及所用壓力大小，固結成瓷所用的熱循環2、 陶瓷燒結體的顯微結構可由哪些特征所描述？每一相的化學成分，每一相的尺寸及形狀，每一相的擇優取向（結構），煅燒前的成型體（生坯）中作為未填充的間隙而存在的氣孔率的減小程度3、 顯微氣孔對陶瓷材料有何不利影響？在陶瓷材料中有何作用？產生顯微氣孔的方法有哪些？不利影響：作用：耐火材料中顯微氣孔的存在提高抗熱震斷裂性能方法：（1）配料由大顆粒和耐火粘結相組成，大顆粒的存在抑制顯微氣孔的排除（2）添加空心球 （3）添加細纖維降低燒結體密度4、 增加陶瓷材料室溫強度的本質方法是什么？減少顯微結構缺陷5、 陶瓷材料缺陷來源有哪些？如何降低缺陷尺寸？來源：

5、大尺度的孔洞、分層，微米尺度的內部顯微缺陷降低：(1)選擇適當的原材料；(2)采用清潔工藝制備條件，減少雜質污染；(3)粘合劑不應形成硬團聚體，而在坯體成形時不易壓碎；(4)控制化學成分，避免大顆粒的生長，以使殘余氣孔最小；(5)避免冷加工工藝的原因而產生表面裂紋；(6)減小晶粒尺寸、控制相變6、 玻璃相對陶瓷材料有哪些不利影響？有何作用，舉例說明？7、 如何獲得高熱導率陶瓷材料？（1）選擇高熱導率晶相AlN、BeO、SiC、BN等（）去掉大部分氣孔（）減少燒結添加劑、控制晶粒尺寸8、 獲得低熱導率陶瓷材料的措施有哪些？按照本征熱導率選擇材料盡可能引入大的氣孔率,減少固體接觸路徑考慮強度等綜合

6、性能，可能達到的最大氣孔率水平約80%纖維類耐火材料同等氣孔率下具有更高強度，可以達到更低密度氣凝膠隔熱材料是隔熱性能最好的固體材料9、 陶瓷表面產生壓應力層的目的是什么？ 舉例說明，如何在陶瓷表面產生壓應力層？目的：表面處形成低膨脹相，使表面承受壓應力，達到強化的目的舉例：10、 超低膨脹陶瓷有哪些體系？有哪些結構特征？11、 顯微結構對陶瓷材料的電功能特性有哪些影響？1 氣孔率的調整：去除氣孔，以降低損耗、提高耐壓。保持一定氣孔率，調解介電常數、氣敏陶瓷敏感性2 含量調整：減少玻璃相降低損耗增加玻璃相，吸收雜質（晶界偏析）、包裹晶粒3 晶粒尺寸調整：細晶，強度考慮、增大晶界成分大晶粒，降低

7、損耗4晶界結構的調整：晶界層電容器壓敏電阻PTC熱敏電阻Chapter III Ceramic powder1、 什么是陶瓷粉體？粉體的涵義？粉體制備方法有哪些？Powder：就是大量固體粒子的集合系涵義：表示物質的一種存在狀態，既不同于氣體、液體，也不完全同于固體。制備方法：粉碎法，合成法2、 從哪些方面表征粉體的宏觀特性和微觀特性？宏觀：松裝密度（bulk density）振實密度（tap density）壓實密度（press density）流動性（flowablity）微觀：粒度（particle size）粒度分布（distribution）團聚（agglomeration）形態形貌

8、（morphology）3、 Properties dependent on the physical nature of the powderparticle size and particle size distribution 粒徑尺寸和分布particle form (form factor) 粉體形狀（成型因素）surface area 表面積porosity 氣孔率pore size and pore size distribution 氣孔尺寸和分布packing density and packing structure 堆積密度和結構dynamic properties (e

9、.g. flow) 動力學性能（如：流體）4、 Properties dependent on the chemical nature of the powderchemical composition 化學組成purity/impurity 純度/雜質phase composition 相組成surface energy 表面能surface reactivity 表面活性surface composition 表面組成5、 ideal morphology of powders Narrow particle size distribution 窄范圍的粒徑分布single-phase 單

10、一相low degree of agglomeration or aggregation 低團聚/聚合度low content of unwanted impurities 低有害雜質含量no destructive phase-transformations during further processing 在后期加工中無破壞性相變過程6、 解釋粉體的一次粒子，二次粒子，團聚粒子一次粒子（Ultimate particle or primary particle or crystallite） ：An ultimate particle of a substance is the smal

11、lest state of subdivision which retains all the physical and chemical properties of that substance. These properties are also homogeneous on that scale. 指物質在保留所有的物理化學性質情況下能夠被細分的最小狀態。二次粒子（Aggregate）：An aggregate is an assembly of solid particles held together by strong inter- or intramolecular or ato

12、mic (adhesive) forces. These forces have a chemical character. 二次粒子是指固體粒子通過分子內或分子間以及原子（附著）力結合在一起的聚合物。這些里具有化學特性。 團聚體（軟團聚）（Agglomerate）：In agglomerates solid ultimate particles (crystalline/amorphous) or aggregates are held together by relatively weak adhesive forces. In many cases these forces are du

13、e to an electrostatic surface charge.固體一次粒子（晶體/非晶體）或二次粒子以微弱的結合力（通常情況下是靜電相互作用）結合在一起而形成的粒子。7、 理解粉體的粒度，粒度分布（等效直徑，球形度，粒度分布曲線，粒度分布特征）粒度：顆粒的大小。通常球體顆粒的粒度用直徑表示，立方體顆粒的顆粒度用邊長表示，對不規則的顆粒，則可將與顆粒有相同行為的某一球體直徑作為該顆粒的等效直徑。粒度分布：分為頻率分布和累積分布，常見的表達形式有粒度分布曲線、平均粒徑、標準偏差、分布寬度等。等效直徑：對于不規則顆粒，可以找到一個與該顆粒具有相同行為的一個球形顆粒，而此球形顆粒的直徑就是

14、不規則顆粒的等效直徑。球形度：這個比值是無量綱的，是一個形狀因子；形狀相同，不同大小的兩個顆粒有相同的球形度因子粒度分布曲線：包括累積分布曲線和頻率分布曲線粒度分布特征：8、 顆粒尺寸測量方法（1）篩分分析法：可以采用大量樣品；分布函數測定準確；測量范圍寬；適用于較大顆粒尺寸，10mm；再現性不夠理想；（2）顯微鏡分析法：可以對顆粒實際的大小和形態直觀測量（3）沉降分析：顆粒尺寸由斯托克斯定律確定自然沉降：h-粘度；v-沉降速率；Dr-固液之間密度差；g-重力加速度離心沉降：x、x0分別代表t、t0時刻，測量位置的顆粒半徑（4）激光散射：利用顆粒對激光的散射特性作等效對比，所測出的等效粒徑為等

15、效散射粒徑，即用與實際被測顆粒具有相同散射效果的球形顆粒的直徑來代表這個實際顆粒的大小。當被測顆粒為球形時，其等效粒徑就是它的實際直徑。一般認為激光法所測的直徑為等效體積直徑。從原理上講顆粒越小，衍射角越大，因此它可能更適合小顆粒。9、 粉體的粉碎和混磨常用方法球磨、振動磨、攪拌磨、氣流粉碎等10、 粉碎的強化原理，如何選擇助磨劑？利用表面活性劑的吸附效果來強化分體粉碎過程。原理：助磨劑通常是一種表面活性劑，它由親水基團（如羧基COOH，羥基OH）和憎水的非極性基團（如烴鏈）組成。在粉碎過程中，助磨劑的親水集團易緊密地吸附在顆粒表面，憎水集團則一致排列向外，從而使粉體顆粒的表面能降低。助磨劑進

16、入粒子的微裂縫中，積蓄破壞應力，產生劈裂作用，從而提高研磨效率。選擇助磨劑：一般來說，助磨劑與物料的潤濕性愈好，則助磨作用愈大。當細碎酸性物料（如二氧化硅、二氧化鈦、二氧化鈷）時，可選用堿性表面活性物質，如羧甲基纖維素、三羥乙基胺磷脂等；當細碎堿性物料（如鋇、鈣、鎂的鈦酸鹽及鎂酸鹽鋁酸鹽等）時，可選用酸性表面活性物質（如環烷基、脂肪酸及石蠟等）。11、 球磨等粉碎過程對粉體的影響1、顆粒尺寸減小2、有雜質引入3、顆粒內部產生較大晶格應變4、產生晶體結構改變5、產生化學反應12、 由實驗公式進行配料計算已知某坯料的實驗公式，需算出所需原料在坯料中的質量百分比。13、 由給定組成配方進行配料計算若

17、已知坯料的化學組成及所用原料的化學組成，可采用逐項滿足的方法，求出各種原料的引入質量，然后求出所用各原料的質量百分比 。Chapter IV processes for compaction 1、 什么是成型成型是將陶瓷粉料加入塑化劑制成坯料,并進一步加工成特定形狀的坯體的過程。它是實現產品結構、形狀、性能設計的關鍵步驟之一。陶瓷的成型技術對于制品的性能具有重要影響2、 The goal of compaction1. 將粉體壓制成某一個具體形狀2. 獲得一個盡可能各向同性的致密體3、 成型方法分類1. 干法成型：dry processing它是在陶瓷粉末中加入少許甚至不加塑化劑，坯料是具有一

18、定流動性質的干粉態，這樣在壓實及排塑過程中，需要填充的空隙或排出的氣體就少，可獲得高密度的成型坯體。這類成型方式主要包括干壓成型和等靜壓成型。2. 塑法成型 paste processing這類成型方法的共同特點是坯料需加入適量的塑化劑，混合均勻后，具有充分的可塑性，這種可塑性既為形成特定形狀坯體提供可能，也為坯體致密度下降付出代價。因為達到可塑態，粉末中必須加入適量多的粘結劑、增塑劑、溶劑等，這些有機揮發物的存在，在脫脂過程中會留下大量的氣孔，或收縮變形，從而影響材料性能。包括擠制成型和軋膜成型以及注射成型、熱壓鑄成型等3. 流法成型 suspension processing它是使坯料形成

19、流動態的漿料，利用其流動性質來形成特定形狀的工序過程。適于成型復雜形狀制品。除注漿法外，流法成型有機高分子成份的含量明顯較高。坯體的排膠脫脂工序更為漫長而復雜，對材料致密度、結構以至性能的影響更要嚴重。這類成型方法有普通注漿及壓力注漿成型、流延法成型、壓濾成型、印刷成型、及膠態法成型等。4、 什么是近尺寸成型它要求成型制備出的坯體滿足使用產品外形，尺寸上的要求，應盡量做到少加工或不加工。近年在陶瓷領域逐步實現的如壓濾成型、膠態成型等都是近尺寸成型的有效方法。5、 什么是造粒，目的，方法？造粒：將已經磨得很細得粉粒，混和粘合劑后，做成流動性好的較粗的顆粒，粒徑約為0.1mm。目的：使顆粒重一些，

20、大一些。目的是使流動性好，成型性好。方法：分層造粒、加壓造粒、濕法造粒、噴霧干燥造粒6、 什么是干壓，等靜壓？干壓：將干粉坯料填充入金屬模腔中，施以壓力使其成為致密坯體。 等靜壓：通過液體對壓力驚醒傳輸，從而使得粉體好像在一個封閉的袋子里，來達到各個方向的壓力都一樣的方法。7、 Ideal powders for drying press1. 團聚物為球形，彼此之間容易流動而充滿模具2. 在顆粒內有可控的，均勻的氣孔率和孔徑尺寸分布3. 在成型之前具有高的致密度（低壓縮比）4. 團聚粒子內部和團聚粒子之間有均勻的組成8、 Microstructure development during dr

21、y pressing一般的，陶瓷粉體的成型過程包括基本非變形粉體的重排和破碎，這導致坯體中氣孔尺寸的降低和分體之間更好的接觸。在加壓過程中坯體內部結構的緊湊度發生變化，就微觀結構參數而言，是團聚物和氣孔形貌發生了變化。9、 干壓添加劑的作用（1）減少粉料顆粒間及粉料與模壁之間的摩擦，這種添加物稱為潤滑劑；潤滑劑分子間低粘結能降低摩擦系數；（2）增加粉料顆粒之間的粘結作用，這類添加物又稱粘合劑；一般是大分子物質，可以吸附在不同顆粒上形成絞纏的分子網絡；（3）塑性劑：促進粉料顆粒吸附、濕潤或變形，通常采用表面活性物質。其分子阻止粘結劑官能團之間的聯結而降低粘結劑剛度。10、 粘結劑的影響因素（1）

22、分子量增加可以提高顆粒/粘結劑粘結性；（2）粘結性還取決于顆粒/粘結劑的附著特性；（3）（4）對模壁摩擦系數的影響：高的分子量增加了模壁摩擦系數（5）粘結劑的玻璃轉變溫度Tg玻璃轉變溫度Tg: 區分粘結劑的延性和脆性行為的溫度。塑性劑的主要作用是降低粘結劑的Tg;水和PEG對PVA都是好的塑性劑；11、 什么是彈性后效應？如何防止彈性后效應產生的破壞？干壓和等靜壓成型在加壓后的卸壓過程中坯體的形變回彈現象。12、 什么是注漿成型？有哪些分類？注漿成型(SC)是一種采用一定形狀的多孔模型生產空心制品的陶瓷成型技術。SC工藝利用石膏模具的吸水性，將制得的陶瓷漿料注入多孔質模具，由模具的氣孔把漿料中

23、的液體吸出，而在模具中留下坯體。分類：傳統注漿成型，離心注漿成型和壓力注漿成型。13、 注漿成型對泥漿有何要求？the fine particle suspension is sufficiently stable to remain invariant under processing conditions.14、 陶瓷料漿的穩定機制有哪些？（1）靜電穩定機制分散在液體介質中的微細陶瓷顆粒，所受到的作用力主要有膠粒雙電層斥力（Electrical double layer repulsion）和范氏引力(Van der Wards Attraction)，而重力和慣性力(Gravitatio

24、nal and Inertial Forces)的影響較小。根據膠體化學DLVO (Dergahin - Landau - Verwey - Overbeek) 理論，膠體顆粒在介質中的總勢能取決于雙電層排斥能和范氏吸引能（2）空間位阻穩定機制1950年van der Warden首先觀察到碳黑粒子在烴中形成分散體系的穩定性，在加入烷基芳香族化合物后可以得到改善，且體系的穩定程度隨烷基芳香族化合物中苯環上的烷基鏈長度和數目的增加而增加。之后，越來越多的人注意到了高分子聚合物的位阻作用，并在此基礎上發展了膠體三大穩定理論之一的空間位阻理論。（3）靜電位阻穩定機制靜電位阻穩定機制是靜電穩定和位阻穩

25、定共同作用的結果，即在固體顆粒表面吸附了一層帶電較強的聚合物分子層，該分子層既可通過本身所帶電荷排斥周圍的粒子，又可以用高分子吸附層的位置作用防止在布朗運動中向其它粒子的接近。這樣就完全符合了膠體穩定的兩個條件：增加勢壘高度和增加粒子間的間距。因此，依照靜電位阻穩定機制配制出的料漿的穩定性更好。常見的靜電位阻分散劑有：聚丙烯酸銨、聚丙烯酸鈉、海藻酸鈉、木質素磺酸鈉、聚丙烯酰胺和磷酸酯等15、 什么是等電點，如何調節PH獲得穩定料漿？等電點：在某一PH值下存在H+和OH-的等量吸附產生電中性表面，則該點等于x電位為零的PH值，即等電點。16、 流延成型原理，步驟，應用原理：（1）將粉料、溶劑、分

26、散劑、粘結劑、可塑劑配制成均勻、穩定、粘度適中的漿料。（2） 在流延機上通過刮刀鋪展成二維的薄層。（3）等溶劑揮發完后，漿料中的粘結劑固化交聯，將粉料顆粒粘結成具有一定強度的薄層。薄層從基板上剝離下來，形成薄厚均勻，表面質量較好的坯體。步驟：應用：17、 流延料漿特征（1）漿料穩定，分散均勻；（2）最優的（低的）漿料粘度和剪切變稀的流變特性，這是因為在流延過程中，漿料流經刮刀，在刮刀的剪切力作用下，漿料粘度變小，利于漿料的流動，當漿料流經刮刀后，漿料不受剪切力的作用，漿料粘度變大，流動性變小，漿料中各組分的移動性變小，利于坯片均勻化。（3）漿料固相含量高，可以降低在流延過程中以及燒結過程中坯片

27、的收縮率。18、 流延料漿有哪些成分組成，各組分作用？ 流延漿料主要由陶瓷粉體、溶劑、分散劑、粘結劑和增塑劑等組成。溶劑的作用：溶解分散劑、粘結劑、增塑劑和其他添加劑分散陶瓷顆粒提供漿料合適的粘度，漿料粘度的調節主要依靠溶劑來進行調節。在適當的溫度蒸發干燥保證生坯無缺陷的固化分散劑的作用：主要是提供顆粒間的排斥力，控制顆粒團聚的程度和團聚體的強度，以制得穩定、固相含量高的漿料。分散劑的影響主要體現在穩定漿料，制造密度和性能均一的陶瓷產品。粘結劑作用：粘結劑最重要的任務是通過包裹粉末顆粒自身固化形成表面和產生三維相互連接的樹脂構架，賦予坯體一定的強度和韌性。強度的作用為：1）便于從基板上剝離。2

28、）便于后續的運輸和加工。19、 有機體系和水基流延優缺點水基流延優點: 成本低，使用安全衛生，對人體毒副作用小,對環境污染小，便于大規模生產；缺點：水對陶瓷粉體顆粒的潤濕性能較差、不利于粉體在漿料中的分散；水的蒸汽壓低、汽化熱大，不易揮發，導致坯片干燥時間長，坯片內有機物分散不均勻性趨勢增加；漿料除氣困難，漿料中氣泡的存在會影響流延坯片的質量；水基流延漿料所用的粘結劑多為乳狀液，市場上產品較少，使粘結劑的選擇受到限制；水基流延成型過程中各種參數不易不易控制，條件的略變動就會影響漿料以及坯片的性能。因此，水基流延成型使用較少。有機體系：優點：（1）表面張力小，對顆粒的潤濕性好 （2）溶劑揮發時間

29、快，干燥時間短 （3）對有機添加劑溶解性強缺點：（1）有機溶解多易燃有毒 （2）使產品成本增加20、 水基流延固化機理流延成型工藝的固化機制包括物理成膜和化學成膜，物理成膜主要是溶劑蒸發成膜以及物理誘發凝膠成膜;而化學成膜則主要是通過化學(或光化學)聚合反應引發凝膠固化而成膜21、 注射成型、熱壓鑄成型原理，步驟注射成型：原理：注射成型就是陶瓷粉料與熱塑性有機塑化劑相配比、混合、造粒后，將其加入注射機中，注射進模具型腔，經充填、保壓、冷卻和脫模，即得提需要的含塑坯體，置排塑爐內，緩緩加熱，排除有機氣體，從而獲得成型的坯體。 熱壓鑄成型：原理：熱壓鑄成型或熱壓注成型，是特種陶瓷生產應用較為廣泛的

30、一種成型工藝，其基本原理是利用石蠟受熱熔化和遇冷凝固的特點，將無可塑性的瘠性陶瓷粉料與熱石蠟液均勻混合形成可流動的漿料，在一定壓力下注入金屬模具中成型，冷卻待蠟漿凝固后脫模取出成型好的坯體。坯體經適當修整，埋入吸附劑中加熱進行脫蠟處理，然后再脫蠟坯體燒結成最終制品。熱壓鑄成型的工藝流程： 1.陶瓷粉體中加入表面改性劑如油酸、硬脂酸等，球磨混合，使之具有親油性，和蠟液良好融合。 2.將改性后的粉料加入熔化的石蠟中攪拌混合至均勻。 3.將混好的料漿加入熱壓鑄成型機中，以適當壓力和溫度注入模具成型。 4.脫模并對坯體進行適當修整。 5.將坯體埋入吸附劑中，以適當速度升溫至900-1100，使坯體完全排除石蠟并具有一定強度。 6.再將坯體放入燒結爐中燒成最終制品22、 什么是凝膠注模成型，原理，優缺點。原理：陶瓷料漿中加入一定量有機單體、交聯劑、引發劑和催化劑，均勻分散之后注入模具，置于一定溫度的環境中，則在引發劑的誘導引發下，單體在催化劑的作用下很短時間內發生聚合反應形成高聚物長鏈分子，發生凝膠共聚反應，形成固態性膠態坯體的過程。優點： 這種成型工藝非常簡單，對模具無任何苛刻要求。成型后坯體強度很高，可進行機加工，坯體致密、結構均勻，可成型外形非常復雜的坯體。缺點： 凝膠成型后料漿中水分及有機物全部保留在凝膠中，后處理工序復雜。影響因素多。 Chapter V Sinte