材料工艺学.docx

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实验一: 混凝土的制备
一、 实验目的
1. 掌握混凝土的制备工艺。
2. 学会测试试样的抗压强度。
二、 实验原理及步骤
混凝土受力破坏的过程, 实际上是混凝土裂纹的发生及发展的过程, 也就是混凝土内部结构从连续到不连续的演变过程。
混凝土是由水泥石及粗细骨料所组成的复合材料, 它的力学性质取决于水泥石的性能、
粗细骨料的性能、 水泥石与骨料界面的粘结力以及水泥与骨料在混凝土内的相对体积含量。
混凝土在浇注时, 由于泌水作用, 形成泌水通道和水囊, 在混凝土干硬后会形成界面裂纹及空隙。
混凝土浇注且硬化之后, 由于水泥水化造成的化学收缩及物理收缩, 引起水泥石体积变化, 使骨料与水泥石界面产生分布不均的拉应力, 当拉应力超过界面上的抗拉强度, 在骨料与水泥石之间就会出现许多细微的裂纹。因此, 硬化后的混凝土在未受外力作用之前, 内部就存在初始应力和微细裂纹。
当混凝土承受单向应力载荷时, 由于骨料( 石子) 的强度和弹性模量都大于水泥砂浆, 因此在粗骨料的上下端产生压应力, 侧面产生拉应力。另外, 水泥石的抗拉强度远低于抗压强度, 因此在较低的压应力作用下, 当其受拉区的应力超过界面抗拉强度时, 就使界面裂缝逐渐扩展, 最后导致试样破坏。
”环箍效应”
1. 原料及配比: 水泥: 1.07kg 水: 0.75-0.80kg
砂: 1.93kg 碎石: 3.59kg ( 总量约为一个模具用量)
2. 仪器及设备: 台秤 量筒 铁锨 铁铲 混凝土模具
3. 步骤:
①称量: 按上述配比称量原料。
②搅拌: 将原料混合并搅拌均匀, 搅拌过程中观察触变性。
③成型: 采用人工插捣成型。当采用人工插捣时, 混凝土拌合物应分两层装入试模, 每层装料厚度大致相等。插捣应按螺旋方向从边缘向中心均匀进行, 插捣底层时, 捣棒应到达试模表面, 插捣上层时, 捣棒应穿入下层深度为20-30mm, 插捣时捣棒应保持竖直。插捣完后, 刮除多于的混凝土, 并抹平。( 模具在使用前要拧紧)
④脱模及养护: 从模具中取出试模, 将试模浸入水中养护28d。清理模具并在模具上涂油以防氧化。
⑤抗压强度测试: a 将试样擦拭干净, 测量尺寸, 并检查其外观。根据尺寸计算试样的承压面积。
b 将试样放在试验机的下压板上, 试样的承压面与成型时的顶面垂直。试样的中心与试验机下压板中心对准。
c 开动试验机, 连续而均匀地加荷。
d 结果处理:
R——混凝土立方体试样抗压强度, MPa;
F——破坏载荷, KN;
A——试样承压面积, m2。
以上三个试样测值的算术平均值作为该组试样的抗压强度值。
三、 数据处理
数据整理如下表

序号
高( mm)
宽( mm)
底( mm)
最大载荷F( N)
抗压强度R(Kpa)
1
39.7
40.96
111.8
871.43
535.90
2
40.8
40.16
111.8
932.86
569.33
3
40.08
41.74
111.8
1092.14
652.83
4
39.4
42.3
111.8
477.71
286.63
5

FASLE
6
38.64
39.72
111.8
61.42
40.02

从计算的结果能够看出4,5,6三组实验失败, 因此只取前三组的抗压强度取平均值
即R=586.02
四、 实验总结
经过该实验的学习, 我们掌握了混凝土的制备的工艺以及测试式样抗压强度的方法。在做实验的过程中, 我们亲手收集沙土, 碎石等实验原料, 让我们深深的了解了材料科学与工程这门学科所研究的内容。

实验二: 干压成型制作陶瓷片
一、 实验目的
1. 掌握经过干压成型法制作陶瓷片的工艺过程。
2. 掌握经过作图分析数据的方法。

二、 实验原理及步骤
1. 原料及配比: 总量200g

长石( %)
石英( %)
紫木节( %)
20
25
55
20
30
50
20
35
45
25
25
50
25
30
45
25
35
40
30
25
45
30
30
40
30
35
35
滑石( 外加) : 2%
2. 仪器设备: 电子天平 大号托盘 喷壶 游标卡尺
手动压片机 钢模 抗压强度试验机
3. 步骤:
①称料: 各小组按总量30g算出各组分质量。
置于振动磨中混匀。
②造粒: 用喷壶向托盘上方间断喷水, 晃动托盘造粒。
③称量: 称量8g造好的粒于钢模中。( 每组压3个)
④成型: 干压成型
⑤标记: 用小刀在陶瓷片生坯上刻标记, 同时称重, 记录质量。测量直径及厚度。
⑥烧结: 在1100℃、 1150℃、 1200℃下分别烧结。
⑦测烧失率: 称量烧结后陶瓷片质量

⑧测抗压强度:
⑨测量样品尺寸收缩, 计算收缩率。
统计全班数据, 绘制组分-烧失率及组分-抗压强度曲线, 从而得出最佳配比。
三、 数据处理
实验数据如下表:
序号
烧前直径( mm)
烧前厚度( mm)
烧前干重(g)
烧后直径( mm)
烧后厚度( mm)
烧后干重(g)
湿重(g)
浮重(g)
1-1
25.8
8.56
7.2
25.2
8.12
6.79
7.5
4.06
1-2
25.7
8.64
7.4
24.5
8.2
6.99
7.2
3.95
1-3
25.72
8.64
7.6
24.18
8.14
6.83
7.1
4.1
2-1
25.66
8.8
7.5
25.1
8.4
7.04
7.8
4.17
2-2
25.7
10.78
9.3
24.7
10.4
8.08
9.5
5.1
2-3
25.72
8.78
7.5
24.32
8.4
6.96
7.3
4.11
3-1
25.7
6.34
5.1
25.44
6.28
4.82
5.9
2.95
3-2
25.76
8.12
6.8
25
7.96
6.23
7.4
3.74
3-3
25.72
8.74
7.5
24.62
8.6
6.97
7.8
4.2
4-1
25.7
7.66
6.4
25.22
7.56
6.09
7.2
3.66
4-2
25.72
9.74
8.4
24.62
9.24
7.86
8.6
4.63
4-3
25.7
9.28
8.2
26.06
8.74
7.6
8.1
4.56
5-1
25.62
9.62
7.9
25.2
9.42
7.3
8.4
4.48
5-2
25.74
8.52
7.3
26.64
8
6.7
7.2
4.11
5-3
25.74
8.52
7.3
23.96
7.76
6.8
7
4.02
6-1
25.68
8.54
7.1
25.3
8.24
6.7
7.7
4.08
6-2
25.8
9.12
7.7
24.74
8.64
7.1
8.2
4.27
6-3
25.74
9.02
7.4
24.4
8.64
7
7.6
4.11
7-1
25.78
8.14
6.9
25.12
8.06
6.4
7.2
3.81
7-2
25.7
8.68
7.5
24.44
8.34
7.07
7.5
4.23
7-3
25.66
8.54
7.3
24.18
7.98
6.8
7
3.93
8-1
25.8
8.66
7.2
25.46
8.6
6.83
7.8
4.07
8-2
25.72
8.86
7.3
24.84
8.62
6.96
7.8
4.11
8-3
25.7
8.84
7.4
24.34
8.46
7.08
7.4
4.23
9-1
25.7
9.1
7.2
24.54
8.83
7
8
4.13
9-2
25.7
9.22
7.5
24.4
9.02
7.1
8.2
4.21
9-3
25.72
9
7.4
24.84
8.54
7.1
7.5
4.11

处理后的数据如下表
烧失率
收缩率
气孔率
体积密度
5.69%
9.50%
20.64%
1.97
5.54%
13.75%
6.46%
2.15
10.13%
16.73%
9.00%
2.28
6.13%
8.67%
20.94%
1.94
13.12%
10.89%
32.27%
1.84
7.20%
14.46%
10.66%
2.18
5.49%
2.94%
36.61%
1.63
8.38%
7.67%
31.97%
1.70
7.07%
9.84%
23.06%
1.94
4.84%
4.96%
31.36%
1.72
6.43%
13.07%
18.64%
1.98
7.32%
3.16%
14.12%
2.15
7.59%
5.26%
28.06%
1.86
8.22%
-0.58%
16.18%
2.17
6.85%
21.08%
6.71%
2.28
5.63%
6.35%
27.62%
1.85
7.79%
12.89%
27.99%
1.81
5.41%
13.93%
17.19%
2.01
7.25%
5.99%
23.60%
1.89
5.73%
13.11%
13.15%
2.16
6.85%
17.03%
6.51%
2.21
5.14%
3.29%
26.01%
1.83
4.66%
9.25%
22.76%
1.89
4.32%
14.16%
10.09%
2.23
2.78%
11.53%
25.84%
1.81
5.33%
11.82%
27.57%
1.78
4.05%
11.49%
11.80%
2.09

由表中数据绘制下图
T=1100℃时

T=1200℃时

T=1200℃时

四、 实验总结
经过该实验的学习, 我们初步掌握经过干压成型法制作陶瓷片的工艺过程, 而且使我们学习了复杂数据经过图表处理的方法。经过图表我们发现制作陶瓷片时, 陶瓷片的配料比, 烧结温度对其性能有决定性的影响。

实验三: 高铝质耐火材料的初步制备
一、 实验目的
1. 了解耐火材料的制备过程。
2. 了解原料所起的作用。
3 . 熟悉原料的混料过程及干压法成型。
二、 实验原理
1. 原料及配比: 总量: 1kg
矾土熟料: 3-1mm 36%
1-0mm 28%
≤180目 30%
粘土细粉: 6%
水: 4-5%
纸浆干粉( 外加) : 2%
2.仪器及设备: 电子天平 手动压片机 钢模
3.步骤:
称料: 按上述配比称料。
人工拌料: 先用手将3-1mm和1-0mm的矾土熟料混匀, 加入纸浆干粉, 拌匀, 加水再拌匀。再加入先预混好的≤180目细粉和粘土细粉混合物。

压柱: 每个柱30g。
烧成:
物性测试: 观察试样断面( 颜色、 颗粒分布均匀程度、 颗粒结合是否牢固、 气孔形态等)
测定体积密度、 烧失率。
测定气孔率和吸水率。
三、 数据处理
数据经过整理如下表

烧前直径mm
烧前厚度mm
烧前干重g
烧后直径mm
烧后厚度g
烧后干重g
湿重g
浮重g
1
25.4
28.7
30.4
25.1
28.36
29.6
32.8
20.5
2
25.74
27.6
28.7
25.12
26.6
27.9
30.9
19.02

3
25.38
27.1
28.8
25.1
27.06
28.2
31.7
19.14
4
25.68
27.26
28.7
25.08
27.04
27.9
31.1
18.94
5
25.48
25.92
27.2
25.14
25.72
26.4
29.8
17.91
6
25.7
27.34
28.8
25.08
27.3
27.9
30.7
18.81
7
25.4
25.7
27.2
25.06
25.38
26.4
29.3
17.79

由上表经过计算的以下数据

烧失率
收缩率
气孔率
体积密度
2.63%
3.51%
26.02%
2406.504
2.78%
8.21%
25.25%
2348.485
2.08%
2.34%
27.87%
2245.223
2.79%
5.39%
26.32%
2294.408
2.94%
3.40%
28.60%
2220.353
3.13%
4.91%
23.55%
2346.510
2.94%
3.87%
25.20%
2293.658

三、 实验总结
耐火材料是指耐火度不低于1580℃的材料, 一般是指主要由无机非金属材料构成的材料和制品。在理论上, Al2O3含量大于46%的硅酸铝质耐火材料称为高铝耐火材料。中国规定高铝耐火材料Al2O3含量大于48%。本次试验我们组的试验结果与其它组的试验结果相差不大, 这说明我们班的这次试验的整体结果是正确的, 没有试验失败的组。

实验四: 注浆成型制作陶瓷工艺品

一、 实验目的
1. 应用《无机非金属材料工学》课程中所学的陶瓷工艺理论, 认识原料, 并确定原料组成及配比范围。
2. 掌握简易石膏模具的制做方法, 经过注浆成型制作陶瓷工艺品的流程。
3. 以小组为单位制作一件陶瓷工艺品。
4. 能对烧后制品的缺陷作合理的分析, 在此基础上经过改进制备条件, 获得优良的工艺品。
二、 实验原理及步骤
1. 原料:
建筑石膏: 做石膏模具时使用。
钾长石: 为肉红色, 当块度较大时, 经破碎、 球磨、 过筛后备用。
石英砂: 白色, 夹杂时带黄色。经破碎、 球磨、 过筛后备用。
紫木节: 为软质粘土, 紫色。可分散在水中。
大同土: 为硬质粘土, 白色。经破碎、 球磨、 过筛后备用。
滑石: 为白色。
无水碳酸钠: 白色。

2.仪器及设备: 电子天平 振动磨 球磨瓷瓶( 带鹅卵石) 空桶( 陈腐料浆用) 比重计 石膏模具( 带捆绑绳) 烧杯 小刀( 或锯条) 烧结炉

3. 步骤:
①称料: 总量: 1kg
石英: 25% 长石: 27%
紫木节: 22% 大同土: 24%
滑石: 2%
无水碳酸钠( 外加) : 0.4%
料 : 水=1 : 1
②球磨: 料 : 水 : 球=1 : 1 : 2 ( 24h)
③陈腐: 陈腐一周。
④测比重: 用比重计测定料浆比重。
⑤成型: 将石膏模具组装后捆紧, 从注浆口倒入搅拌均匀的泥浆, 等坯体到达一定厚度后, 将多于的泥浆倒出, 放置4-8h。
⑥脱模: 当湿坯具有一定强度后, 解开模具捆绑绳, 平放在桌子上, 脱模。
⑦干燥: 自然干燥湿坯至坯体颜色发白且具有一定强度。
⑧修坯: 用小刀或锯条钝面将坯体表面凸凹不平的部分修理平整。
⑨烧成: 经讨论后, 各小组自定烧成制度。
⑩缺陷分析: 分析制品缺陷并提出解决方案以完善制备条件。
石膏模具的制作:
①根据成型品的大致形状折纸模型。
②配制少量石膏浆, 80%左右水, 待粘稠后倒入纸模型中以粘住底部, 防止漏浆。
③依据纸模型体积称量石膏粉, 85%左右水, 混匀并使气泡尽可能少。粘稠后倒入纸模型内。
④将事先抹好肥皂的模型浸入石膏中, 留少许边缘以方便取出。放置位置要正。
⑤在石膏即将凝固时旋转模型以将其取出。
⑥静置至石膏体完全干燥。
⑦使用前用砂纸将工作面打光, 并用海绵蘸水除去做石膏模时留下的脱模剂( 肥皂沫)
三、 实验总结
1、 钾长石: 为肉红色, 当块度较大时, 经破碎、 球磨、 过筛后备用。
作用: 长石在陶瓷原料中是作为熔剂使用的, 因而长石在陶瓷生产中的作用主要表现为它的熔融和熔化其它物质的性质。
2、 石英砂: 白色, 夹杂时带黄色, 经破碎、 球磨、 过筛后备用。
作用: 作用石英是作为瘠性原料加入到陶瓷坯料中的, 它是陶瓷坯体中主要组分之一, 它在陶瓷生产中的作用不但在坯体成型时, 而且在烧成时都有重要的影响。
3、 紫木节: 为软质粘土, 紫色。可分散在水中。
作用: 紫木节是软质粘土, 可塑性好可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础
4、 大同土: 为硬质粘土, 白色。经破碎、 球磨、 过筛后备用。
作用: 大同土是煅烧后的煤矸石, 属硬质粘土, 可塑性很差
5、 滑石: 为白色。
作用:滑石在普通日用陶瓷中一般作为溶剂使用, 在细陶瓷坯体中加入少量滑石, 可降低烧成温度, 在较低的温度下形成液相, 加速莫来石晶体的生成, 同时扩大烧结温度范围, 提高白度、 透明度、 力学强度和热稳定性。
6、 无水碳酸钠: 白色。
作用: 作为陶瓷添加剂, 起解凝作用
减水剂( 解凝剂) 对于注浆料和喷雾干燥料都是十分重要、 不可缺少的。注浆泥料中低的含水量可降低坯体的收缩, 减小石膏模的吸水量, 缩短模型的干燥时间, 提高生产效率。对于喷雾干燥料, 含水量的降低使干燥时的能耗减小, 并增加粉料输出量。