一．实习目的
掌握陶瓷主要工艺实验的原理、方法与一定的操作技能，通过陶瓷工艺综合实验了解陶瓷产品的设计程序与工艺过程，培养综合设计实验的能力，提高分析问题、解决问题和动手能力。

二．实习时间
2013年11月22日
三．实习地点
南信大尚贤实验室及江都金刚机械厂
四实习过程
1.陶瓷材料
A概念：用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。

它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。

可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。

B 分类：普通材料：采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型
的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。

这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。

特种材料：采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，
一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。

根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。

C性能：
（1）力学特性：陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1500HV以上。

陶瓷的抗压强度较高，但抗拉强度较低，塑性和韧性很差。

（2）热特性：陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上），且在高温下具有极好的化学稳定性；陶瓷的导热性低于金属材料，陶瓷还是良好的隔热材料。

同时陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。

（3）电特性：大多数陶瓷具有良好的电绝缘性，因此大量用于制作各种电压（1kV~110kV）的绝缘器件。

铁电陶瓷（钛酸钡BaTiO3）具有较高的介电常数，可用于制作电容器，铁电陶瓷在外电场的作用下，还能改变形状，将电能转换为机械能（具有压电材料的特性），可用作扩音机、电唱机、超声波仪、声纳、医疗用声谱仪等。

少数陶瓷还具有半导体的特性，可作整流器。

（4）化学特性：陶瓷材料在高温下不易氧化，并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。

（5）光学特性：陶瓷材料还有独特的光学性能，可用作固体激光器材料、光导纤维材料、光储存器等，透明陶瓷可用于高压钠灯管等。

磁性陶瓷（铁氧体如：MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4）在录音磁带、唱片、变压器铁芯、大型计算机记忆元件方面的应用有着广泛的前途。

2.实验材料
粘土：是多种微细的矿物的混合体，其矿物的粒径多数小于2μm，主要是由粘土矿物和其他矿物组成的并且具有一定特性的（其中主要是可塑性）土状岩石
玻璃粉、炭粉、水泥，三者的比例如下表1所示：
3
A.配方设计：按照一定配比计算出每种原料所需要的质量；
B.原料研磨：将原料磨成细粉状，有助于形成坏料时得到更好的结合，研磨过程如图1、图2所示。

图1 粉碎粘土图2 粉碎玻璃
C.配料称量：按计算结果，用药用天平准确称量，精确到小数点后2位。

总质量为40克。

如图3所示
图3 称量原料
D.混料：将称好的原料进行混合，大概加入20%的水分，如图4、图5所示
图4 玻璃粉图5 粘土
E.压制成型：试样一共分为九组，为方便性能测试,试样做成条状和圆柱状，每组包括三个长方体试样和两个圆柱体试样，长方体试样长和宽都为1cm，高为5cm；圆柱体的半径为1cm，高为约2cm；压制成形后立即对试样编号，制作过程如图6、图7、图8所示；
图6 制作过程图7 定型
图8 所有压制成型的试样
F.干燥：将试样放在通风处进行自然干燥，干燥时间大约为24小时；
G.烧成:将每组条形和圆柱形试样分别取出一个进行烧制，放在感应炉中加热，
加热时间大约为15min，如图9、图10所示；
图9 将试样放在坩埚中图10 进行烧制图11 所有试样烧成之后的形貌
4.试样性能检测
A.冲击硬度实验
本次实验检测性能为冲击硬度性能，所用仪器为JG-2056型悬臂梁冲击试验机，测试仪器及测试过程如图12、13所示
图12 冲击试验仪器图13 冲击过程
图14 冲击之后的试样
冲击所得实验数据如下：
图15 烧结试样单位面积能量变化图
图16无烧结试样单位面积能量变化图
由图15、图16分析可知烧结前后的单位面积能量值变化不大，原因可能为烧结温度不高，导致陶土内部结合力不强，坏体成型强度不高，、并且冲击试样所消耗的功,称为冲击功A k。

将A k除以缺口处横截面积F，则得冲击韧度ak，单位为J/cm2。

ak值没有明确物理意义，因为冲击功并非沿着缺口处截面积均匀消耗。

因此，ak值不能直接用于设计计算。

因此，对于不同尺寸和缺口的试样，所得结果不能互相换算和比较。

B．断口分析
以下是冲击烧结后的9个试样断口的形貌
试样1 试样2 试样3
试样4 试样5 试样6
试样7 试样8 试样9
冲击试验是根据许多机器零件在工作时受到冲击载荷作用提出来的。

冲击载荷是动载荷，它在短时间内产生较大的力，在这种情况下往往对材料的组织缺陷反映更敏感。

在冲击试验中，我们认为材料存在截面突变、即缺口，冲击动能在零件内的分布是不均匀的，在缺口处单位体积内将吸取较多的能量，从而使该处的应力、应变值增大。

因此，Ak或ak值都是代表材料缺口敏感度。

冲击载荷与静拉伸的主要区别在于加载速度不同。

拉伸速度一般在10-4~10-2mm/s，而冲击速度为102~104mm/s，静载荷作用于构件，一般不考虑惯性力的影响，而冲击载荷作用下惯性的作用不可忽视。

陶瓷本身是脆性材料，陶瓷的脆性由材料的本质所决定，以各种缺陷（表面或内部）为裂纹源，从最薄弱处裂纹扩展，瞬时脆断。

缺陷的存在是概率性的。

我们观察到断面的结构不均匀，与在配料时混合不均匀由关系，所以应改善其组织，从细密、纯、匀，减少应力集中几个方面进行改善。