1、2.6無(wú)機(jī)材料潤(rùn)濕實(shí)驗(yàn)2.6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1. 了解液相潤(rùn)濕固相時(shí)潤(rùn)濕角與表面能的關(guān)系。2. 了解潤(rùn)濕角的測(cè)定方法和儀器的使用方法。2.6.2 實(shí)驗(yàn)原理潤(rùn)濕是固液界面上的重要行為。潤(rùn)濕是近代很多工業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)。例如：陶瓷、搪瓷的坯釉結(jié)合、機(jī)械的潤(rùn)滑、注水采油、油漆涂布、金屬焊接、陶瓷與金屬的封接等工藝和理論都與潤(rùn)濕作用有密切關(guān)系。潤(rùn)濕的熱力學(xué)定義是：固體與液體接觸后，體系（固體十液體）的自由燃降低時(shí)，稱(chēng)為潤(rùn)濕。根據(jù)潤(rùn)濕程度不同可分為附著潤(rùn)濕、鋪展?jié)櫇窦敖n潤(rùn)濕三種。本實(shí)驗(yàn)主要是陶瓷坯釉的鋪展?jié)櫇瘛Ｈ鐖D2-6-1所示。從熱力學(xué)觀(guān)點(diǎn)看，液滴落在清潔平滑的固體表面上，當(dāng)忽略液體的重力和粘度影響

2、時(shí),則液滴在固體表面上的鋪展是由固-氣（SV）、固-液（SL）和液-氣（LV）三個(gè)界面張力所決定的，其平衡關(guān)系如下確定。SV=冷L+KVcos0F=*Vcos0=SV-平L+%V式中：。是潤(rùn)濕角，F(xiàn)是潤(rùn)濕張力。顯然，當(dāng)090°則因潤(rùn)濕張力小而不潤(rùn)濕；090°則潤(rùn)濕；而。=0；潤(rùn)濕張力F最大，可以完全潤(rùn)濕，即液體在固體表面上自由鋪展。從上面公式可以看出，潤(rùn)濕的先決條件是非v冷l,或者到十分微小。當(dāng)固、液兩相的化學(xué)性能或化學(xué)結(jié)合方式很接近時(shí)，是可以滿(mǎn)足這一要求的。因此，硅酸鹽熔體在氧化物固體上一般會(huì)形成小的潤(rùn)濕角，甚至完全將固體潤(rùn)濕。而在金屬熔體與氧化物之間，由于結(jié)構(gòu)不同，界面

3、能性L(fǎng)很大，用V；SL按公式可以計(jì)算得090°。從公式還可以看到XV的作用是多方面的，在潤(rùn)濕的系統(tǒng)中（空V冷L）,用L減小會(huì)使。縮小，而在不潤(rùn)濕的系統(tǒng)中（用v產(chǎn)_）%v減小使0增大。本實(shí)驗(yàn)采用在陶瓷坯體（2V"800nN/m）表面上，施以硅酸鹽熔體的陶瓷釉（Kv=300iN/m）,在一定溫度下測(cè)定。角，計(jì)算潤(rùn)濕張力F和界面能冷l。分析陶瓷坯釉結(jié)合性能。2.6.3 實(shí)驗(yàn)儀器以及所用工具耐火度測(cè)定儀，見(jiàn)圖2-6-2,（或光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x），用來(lái)測(cè)量接觸角。讀數(shù)顯微鏡，量角器釉成型膜具和壓力機(jī)。陶瓷坯體制備的球磨機(jī)、注漿成型用石膏膜修坯砂紙、鋸條。原料：長(zhǎng)石、石英、粘土、熔塊釉粉

4、、淘洗蘇州土、糊精等。2.6.4 實(shí)驗(yàn)方法1 .試樣準(zhǔn)備用1300c燒成的普通陶瓷配方，經(jīng)球磨、注漿成型、干燥、修坯成20X20X5mm的薄片。再經(jīng)1300c燒成為陶瓷片。再將熔塊釉粉成型為5X5mm的小圓柱。2 .實(shí)驗(yàn)步驟將釉粉成型為5X5mm的小圓柱放在20X20X5mm陶瓷片上，一起放入耐火度測(cè)定儀的管式電爐內(nèi)，升溫至8001100C,在觀(guān)察窗內(nèi)測(cè)定釉熔化后不同溫度下形成的。角，或者冷卻后把試樣拿出測(cè)量最高溫度的。角。3 .6.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1 .不同溫度下的。角，計(jì)算潤(rùn)濕張力F和界面能用L。2 .分析實(shí)驗(yàn)誤差對(duì)結(jié)果的影響。3 .實(shí)驗(yàn)討論以及本實(shí)驗(yàn)后的體會(huì)。表2-6-1常見(jiàn)物體的表面能材

5、料溫度（C）表向能（mN/m）材料溫度（C）表囿能（mN/m）水（液態(tài)）2572硅酸鈉（液態(tài)）1000250鉛（液態(tài)）350442石英玻璃300銅（固態(tài)）10801430硅酸鹽熔體300B2O3（液態(tài)）900800.20Na2O-0.80SiO2（液態(tài)）1350380A12O3（固）18509050.13Na2O-0.13CaO0.74SiO2（液）13503502.7粘土一水系統(tǒng)的雙電層實(shí)驗(yàn)2.7.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^(guān)察并熟悉粘土膠粒的電泳現(xiàn)象，即用宏觀(guān)電泳儀測(cè)定粘土膠體的電泳速度并計(jì)算其Zeta電位；了解不同種類(lèi)及數(shù)量的電解質(zhì)對(duì)Zeta電位的影響。2.7.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.原理電泳是膠體體系在直流

6、電場(chǎng)的作用下膠體分散相在分散介質(zhì)中作定向移動(dòng)的電動(dòng)現(xiàn)象。按照Gouy-chapman提出并由Stein發(fā)展的擴(kuò)散雙電層模型，膠體分散相的電泳現(xiàn)象是由于膠粒與液相接觸時(shí)。在膠粒周?chē)纬闪诉B續(xù)擴(kuò)散雙電層，并在擴(kuò)散雙電層的滑動(dòng)面上相互均勻液相介質(zhì)具有一個(gè)電位即Zeta電位（-電位）。根據(jù)靜電學(xué)原理，-電位的數(shù)值與電泳速度有下列關(guān)系：u4式中：u為電泳速度，D為分散介質(zhì)的介電常數(shù)；為分散介質(zhì)的粘度。因此，依據(jù)電泳速度的大小可以研究膠粒的電動(dòng)電位和帶電性質(zhì)等情況。必須明確，電動(dòng)電位與熱力學(xué)電位（）不同，后者是指膠核與均勻液相間的電位差，即固一液間的電位差；而-電位是膠粒表面吸附層界面到均勻液相的電位（圖

7、2-7-1）。與此相應(yīng)，膠粒移動(dòng)是膠核核厚度為的帶相反離子的吸附層共同移動(dòng)。因此，膠粒移動(dòng)是膠體-電位與外電場(chǎng)的作用結(jié)果。由雙電層模型推知，電介質(zhì)對(duì)-電位有明顯影響，當(dāng)電介質(zhì)濃度增大時(shí)，擴(kuò)散雙電層受到壓縮（見(jiàn)圖中擴(kuò)散層厚度d被壓縮d',吸附層從變到），于是-電位也隨之下降。圖2-7-1擴(kuò)散雙電層與-電位7圖2-7-2U形管界面移動(dòng)電泳儀裝置圖1.整流穩(wěn)壓輸出端；2.直流電壓表；3.鉗電極；4.電泳管;5.輔助溶液(蒸儲(chǔ)水)；6.泥漿；7.活塞當(dāng)擴(kuò)散層的厚度逐漸壓縮至吸附層厚度時(shí)，-電位也就不存在了。此外，電介質(zhì)的離子電位和水化能力對(duì)-電位也有影響。對(duì)同一種粘土來(lái)說(shuō)，當(dāng)加入電解質(zhì)濃度一定

8、時(shí)，各種陽(yáng)離子對(duì)-電位的影響符合赫夫曼斯特次序，即電價(jià)愈低，水化離子半徑越大的陽(yáng)離子，愈能使擴(kuò)散雙電層加厚，-電位增大。測(cè)定膠體電泳速度的方法大致可分為兩種，一為宏觀(guān)的膠體界面移動(dòng)法。另一為微觀(guān)的顆粒移動(dòng)法。相應(yīng)地，電泳儀也分為兩類(lèi)：(1)宏觀(guān)電泳儀一一肉眼觀(guān)察膠體界面的移動(dòng)，以測(cè)定電泳速度。可以U形管電泳儀為代表。(2)微觀(guān)電泳儀一一在顯微鏡下觀(guān)察膠粒的移動(dòng)，以測(cè)定電泳速度。此類(lèi)電泳儀可分載波片式與毛細(xì)管兩種。測(cè)定方法應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)選用。本實(shí)驗(yàn)采用U形管界面移動(dòng)電泳儀。2 .儀器及裝置U形管界面電泳儀示于圖7-2中。3 .實(shí)驗(yàn)步驟0.2wt%。關(guān)閉活塞，傾出活塞上部的(1)稱(chēng)取一定量的粘

9、土，研磨后配制成膠體溶液，使其濃度為(2)將配制好的膠體溶液加入U(xiǎn)形管，使液面超出兩活塞,膠體溶液，(3)用蒸儲(chǔ)水洗凈活塞上的管子。(4)在活塞以上的管子內(nèi)注入輔助溶液至一定的高度，并使兩端水平。(5)插入鉗電極，并測(cè)出兩鉗電極之間的距離。(6)接好線(xiàn)路，確定正負(fù)極，將穩(wěn)壓器接上電源，一分鐘后再逐步升高電壓到120V150V之間。(7)打開(kāi)活塞，并同時(shí)接下秒表，待泥漿液面上升到一定位置時(shí)，記錄時(shí)間和相應(yīng)的移動(dòng)距離以及界面移動(dòng)的方向(向正極移動(dòng)或向負(fù)極移動(dòng))。(8)加入不同種類(lèi)的電解質(zhì)到膠體溶液中(U形管的兩端各加1滴或2滴)，經(jīng)充分搖勻后，重復(fù)上述操作。4 .實(shí)驗(yàn)結(jié)果與處理(1)求電泳淌度:t

10、HS一界面移動(dòng)距離（cm）T與S對(duì)應(yīng)的移動(dòng)時(shí)間（sec）,VH一平均電位剃度，即單位長(zhǎng)度內(nèi)的電壓，HLL鉗電極之間的距離（2）求電動(dòng)電位4兀uDu-以cm/s,V/cm計(jì)一以伏特（V）表示（3002）3002一絕對(duì)單位與伏特的換算系數(shù)D液體的介電常數(shù)，水的介電常數(shù)為80一液體的粘度，以泊表示，與測(cè)定時(shí)的溫度有關(guān)。2.7.3思考題1,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷粘土膠粒帶何種電荷？并從理論上加以說(shuō)明。2 .在膠體溶液中加入陽(yáng)離子（或陰離子）時(shí)，-電位如何變化？為什么?3 .分析你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中影響電泳速度、-電位的因素有哪些？2.8流變學(xué)實(shí)驗(yàn)2.8.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1. 了解固相之間的反應(yīng)速度關(guān)系。2.

11、了解儀器的原理及使用方法2.8.2實(shí)驗(yàn)原理流變學(xué)是研究物體流動(dòng)和變形的一門(mén)科學(xué)。流體的粘度定義是：流體在剪切應(yīng)力。作用下流體產(chǎn)生剪切速率dv/dx,并相互成正比，比例系數(shù)即為粘度中即：Y=T/D式中：剪切速率D=dv/dx剪切應(yīng)力一一T凡符合這個(gè)規(guī)律的物質(zhì)稱(chēng)為理想流體或牛頓型流體。若用剪切應(yīng)力。與剪切速率D作圖，可以得到流變曲線(xiàn)如圖2-8-1(A)所示。當(dāng)在物體上加以剪切應(yīng)力，則物體即開(kāi)始流動(dòng)，剪切速度與剪切應(yīng)力成正比。當(dāng)應(yīng)力消除后，變形不再?gòu)?fù)原。屬于這類(lèi)流動(dòng)的物質(zhì)有水、甘油、低分子量化合物溶液。在許多工業(yè)中應(yīng)用的液體并不具有牛頓流體的行為，它們常常顯示出比較復(fù)雜的流動(dòng)性質(zhì)。亦即剪切應(yīng)力對(duì)剪切

12、速度作圖為曲線(xiàn)，曲線(xiàn)可以凸向或凹向剪應(yīng)力軸，在這些系統(tǒng)中剪切力與剪切速度不成正比。為了與牛頓流動(dòng)有所區(qū)別，常常稱(chēng)之為不正常流動(dòng)或非牛頓流動(dòng)。這類(lèi)流動(dòng)可以有如圖8-1(B)所示的幾種。賓漢流動(dòng)：這類(lèi)流體流動(dòng)特點(diǎn)是應(yīng)力必須大于流動(dòng)極限值f后才開(kāi)始流動(dòng)，一旦流動(dòng)后，又與牛頓型相同。表現(xiàn)出流動(dòng)曲線(xiàn)形式如圖8-1(A)。這種流動(dòng)可寫(xiě)成：F-f=ydv/dxf為屈服值，若D=dv/dx,上式寫(xiě)成F/D=r+f/DYp=X+f/D當(dāng)D>>OO?f/D->0,此時(shí)Ya=Y,邛稱(chēng)為賓漢流動(dòng)粘度。通常又稱(chēng)為表現(xiàn)粘度，刀為牛頓粘度。新拌混凝土接近于賓漢流動(dòng)，這類(lèi)流動(dòng)是塑性變形的簡(jiǎn)例。塑性流動(dòng)：屈服

13、值以后才開(kāi)始流動(dòng)，隨剪這類(lèi)流動(dòng)的特點(diǎn)是施加的剪應(yīng)力必須超過(guò)某一最低值切應(yīng)力的增加，物料由紊流變?yōu)閷恿鳎敝良魬?yīng)力達(dá)到一定值，物料也發(fā)生牛頓流動(dòng)。流動(dòng)曲線(xiàn)如圖8-1（B）,屬于這類(lèi)流動(dòng)的物體有：泥漿、油漆。油墨，硅酸鹽材料在高溫?zé)Y(jié)時(shí)，晶粒界面間的滑移也屬于這類(lèi)流動(dòng)。粘土泥漿的流動(dòng)只有較小的屈服值，而可塑泥團(tuán)屈服值較大，它是粘土坯體保持形狀的重要因素。假塑性流動(dòng)：這一類(lèi)型的流動(dòng)曲線(xiàn)類(lèi)似于塑性流動(dòng)，但它沒(méi)有屈服值。也即曲線(xiàn)通過(guò)原點(diǎn)并凸向應(yīng)力軸如圖8-1（B）。它的流動(dòng)特點(diǎn)是表觀(guān)粘度隨切變速率增加而降低。屬于這一類(lèi)流動(dòng)的主要有高聚合物的溶液、乳濁液、淀粉、甲基纖維素等。膨脹流動(dòng)：這一類(lèi)型的流動(dòng)曲線(xiàn)是

14、假塑性的相反過(guò)程。流動(dòng)曲線(xiàn)通過(guò)原點(diǎn)并凹向剪應(yīng)力軸如圖8-1（B）。這些高濃度的細(xì)粒懸浮液在攪動(dòng)時(shí)好象變得比較粘稠，而停止攪動(dòng)后又恢復(fù)原來(lái)的流動(dòng)狀態(tài)，它的特點(diǎn)是粘度隨切變速率增加而增加。屬于這一類(lèi)流動(dòng)的一般是非塑性原料如氧化鋁、石英粉的漿料等。本實(shí)驗(yàn)利用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定流體的流變曲線(xiàn)。測(cè)定理想流體或牛頓型流體，用水、甘油等低分子量化合物溶液。測(cè)定塑性流動(dòng)采用陶瓷泥漿。測(cè)定假塑性流動(dòng)采用高聚合物的溶液、乳濁液、淀粉、甲基纖維素等。測(cè)定膨脹流動(dòng)采用非塑性原料如氧化鋁、石英粉。2.8.3實(shí)驗(yàn)儀器以及用具旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)電動(dòng)攪拌機(jī)塑料燒杯500毫升5只量筒2只甘油、陶瓷泥漿（含水50%）、糊精或甲基纖維素、氧化

15、鋁。2.8.4實(shí)驗(yàn)方法1 .試樣準(zhǔn)備水、甘油可以放入塑料燒杯直接測(cè)定。 陶瓷泥漿需現(xiàn)配：陶瓷坯料干粉：100g,電解質(zhì)Na2CO3：0.5g,水（35%）:54ml。 糊精或甲基纖維素：210g,加水：50ml。 氧化鋁粉懸浮液：氧化鋁粉：2050g,加水：50ml。2 .實(shí)驗(yàn)步驟將配好的試樣放入塑料燒杯中，電動(dòng)攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆颍?15分鐘），分別倒入旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)附帶的試樣杯中（A杯）1520ml,物料裝至轉(zhuǎn)子全部被浸沒(méi)，轉(zhuǎn)子上有少量物料為佳。將試樣杯上螺套旋緊，再將控制面板上的懸鈕紅點(diǎn)打到工作點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)內(nèi)部設(shè)計(jì)的剪切應(yīng)力。=Za式中：-讀數(shù)刻度；Z轉(zhuǎn)筒常數(shù)（查表）D剪切速率（查表）作-D

16、圖即得到各種流體的流變曲線(xiàn)。2.8.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1 .根據(jù)測(cè)定的結(jié)果作圖；2 .分析流體的流變特性；3 .分析實(shí)驗(yàn)誤差對(duì)結(jié)果的影響；4 .實(shí)驗(yàn)討論以及本實(shí)驗(yàn)后的體會(huì)。5 .9相平衡實(shí)驗(yàn)2.9.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .通過(guò)PbO80%-SiO220%物系相平衡的實(shí)驗(yàn)。可知在不同溫度下，物系所處的狀態(tài)不同。2 .從本實(shí)驗(yàn)的方法可以對(duì)二元、三元等其它物系相平衡的進(jìn)行研究。3 .9.2實(shí)驗(yàn)原理淬冷法是研究相平衡的重要方法之一。如果研究對(duì)象是硅酸鹽物系。可用不同組分的比例互相配合。混合均勻后置入立式管形電爐中。并在一定溫度下保持一定時(shí)間。使試樣各組分充分發(fā)生反應(yīng)（保溫時(shí)間要2小時(shí)以上）達(dá)到平衡狀態(tài)。然后將試樣

17、迅速投入水浴（汞浴、油浴）中急速冷卻。這樣試樣保持了高溫狀態(tài)，所得物即可供我們?nèi)パ芯看宋锵翟谠摋l件下的形態(tài)。此方法應(yīng)注意的幾點(diǎn)：硅酸鹽物系達(dá)到平衡狀態(tài)的方法。通常采用先加熱到較高溫度（即超過(guò)要求溫度指標(biāo)）然后，冷卻到所需要的溫度進(jìn)行保溫。這樣才能達(dá)到目的。因?yàn)橄燃訜岬剿枰臏囟冗M(jìn)行保溫。則由于某些組分還沒(méi)有熔化而處于固體狀態(tài)。若要通過(guò)固相反應(yīng)來(lái)達(dá)到相平衡，是難于辦到的。此方法對(duì)爐溫的控制也是非常重要的。因此一般應(yīng)該采用靈敏的自動(dòng)定溫控制器。調(diào)節(jié)輸入功率。使發(fā)熱和爐體散熱達(dá)到平衡來(lái)獲得穩(wěn)定的溫度條件。 試樣要達(dá)到均勻。否則影響結(jié)果。要把試樣經(jīng)過(guò)混合熔融冷卻，磨細(xì)后再熔融冷卻，然后再磨細(xì)反復(fù)三次

18、。 所取試樣要量少，這樣有利淬冷，取10.02克。 .9.3實(shí)驗(yàn)儀器及裝置（見(jiàn)圖2-9-1）電爐（管式電爐50mm）;溫度控制器；熱電偶（鉗、銬）；塔竭；水杯；偏光顯微鏡。g圖2-9-1相平衡實(shí)驗(yàn)裝置示意圖2.9.4實(shí)驗(yàn)手續(xù)本實(shí)驗(yàn)采用PbO-SiO2系統(tǒng)，PbO:SiO2=1分子比（重量比PbO80%-SiO220%左右）。PtsO圖2-9-2PbO-SiO2系統(tǒng)富鉛部分相圖首先將式樣放在管式電爐內(nèi)的增期中，升溫到800c保溫23小時(shí)后急速落入冷水中急冷。另外再做一個(gè)升溫到800c保溫23小時(shí)后急冷，磨片后同在偏光顯微鏡下觀(guān)察。了解在600c和800c時(shí)，各以什么狀態(tài)存在。具體步驟如下：1、先

19、做好準(zhǔn)備。把原料組分PbO和SiO2按比例配好（用天平稱(chēng)取）；2、研磨混合均勻；3、放入塔竭，置入電爐內(nèi)熔融；4、取出后急冷、磨細(xì)；5、按34反復(fù)3次；6、取少許試樣（磨過(guò)的細(xì)粉試樣）；7、放在管式電爐內(nèi)；8、打開(kāi)電源，升高溫度（在所需溫度內(nèi)保溫2小時(shí)）；9、急速投入冷水中淬冷；10、把淬冷試樣磨制在載玻片上，放在偏光顯微鏡觀(guān)察是否是晶體。11、把所得結(jié)果記錄下來(lái)，就可判斷在溫度為600時(shí)得到是晶體，而在800c時(shí)為玻璃體。2. 9.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1 .分析得到的結(jié)果，推斷不同溫度下的狀態(tài)。2 .分析實(shí)驗(yàn)誤差對(duì)結(jié)果的影響。3 .實(shí)驗(yàn)討論以及本實(shí)驗(yàn)后的體會(huì)。4 .10固相反應(yīng)速度常數(shù)的測(cè)定4.1

20、.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1. 了解固相反應(yīng)速度常數(shù)的測(cè)定的方法。2. 了解儀器的原理及使用方法。4.1.2 實(shí)驗(yàn)原理金斯特林格認(rèn)為當(dāng)反應(yīng)速度決定于擴(kuò)散過(guò)程時(shí)，由理論推導(dǎo)在等溫條件下的速度方程：I(G)=1-2/3G-(1-G)2/3=Kt式中：G反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；t間；K一速度常數(shù)(與反應(yīng)物的性質(zhì)及反應(yīng)過(guò)程有關(guān))。本實(shí)驗(yàn)所用試樣為CaCO3-SiO2系統(tǒng)，其反應(yīng)方程式為：CaCO3+SiO2->CaSiO+CO2T反應(yīng)溫度為900度。反應(yīng)過(guò)程中放出CO2使原試樣減輕。根據(jù)減輕的CO2重量可求出CaSiO3生成量，即:WCO2CO2NMCO2WCO2CQ重量；Mco2CQ分子量；Nco2-CO分

21、子數(shù)；再把CaSiO3的分子量MCaSiO3與分子數(shù)NCaSiO3=Nco2相乘得CaSiO3生成量。即：WCaSiO3=MCaSiO3>NCaSiO3其中NCaSiO3=NCO2再把WCaSiO3-WSiO2+WCaCO3)=G(WSiO2+WCaCO3)是所取原始試樣重量。根據(jù)下式：1-2/3G-(1-G)2/3=Kt由所得的G,以1-2/3G-(1-G)2/3與t作圖。得一直線(xiàn)。其斜率即為K。反應(yīng)參與物的顆粒直徑與反應(yīng)速度有密切關(guān)系。一般說(shuō)來(lái)反應(yīng)速度與顆粒直徑成反比。實(shí)驗(yàn)中要保證重復(fù)實(shí)驗(yàn)的粉體顆粒大小一致。4.1.3 儀器和裝置(見(jiàn)圖2-10-1)1、電爐(管式)；2、交流電源(2

22、20V);3、可控硅調(diào)壓器；4、扭力天平(量程2500毫克)；5、饃銘絲；6、熱電偶；7、電位差計(jì)；8、小饃質(zhì)塔竭；9、試樣CaCO3和SiO24.1.4 實(shí)驗(yàn)手續(xù)將CaCO3:SiO2=1：1比例的試樣(顆粒度需預(yù)先測(cè)定)放在玻璃表面上輕輕混合，放入玻璃器皿中備用。然后把電爐溫度控制到所需溫度(900C),空塔期用饃銘絲吊入電爐內(nèi)。圖2-10-1固相反應(yīng)速度常數(shù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖饃銘吊絲上端掛在扭力天平的掛鉤上。稱(chēng)其空塔期的重量，再把塔期取出冷后(自然冷卻)裝上試樣，約0.51克，放在爐內(nèi)稱(chēng)重。得到純?cè)嚇拥闹亓繛槌跏挤磻?yīng)物(CaCO3+SiO2)的重量。開(kāi)始計(jì)時(shí)，反應(yīng)開(kāi)始后，CO2T逸出，

23、重量減輕，然后每15秒測(cè)一次重量，直到失重停止。根據(jù)不同反應(yīng)時(shí)間下的重量，換算出轉(zhuǎn)化率G,以t-G作圖，即可推算出該反應(yīng)的在此溫度下反應(yīng)速度常數(shù)。4.1.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析1 .記錄不同時(shí)間t下的失重，并將失重?fù)Q算成轉(zhuǎn)化率G;2 .以1-2/3G-(1-G)2/3與t作圖。得一直線(xiàn)。其斜率即為Ki3 .分析反應(yīng)CaCO3+SiO2->CaSiO+COzT,反應(yīng)溫度為900度，反應(yīng)速度常數(shù)Ki的大小對(duì)反應(yīng)的影響。4 .分析實(shí)驗(yàn)誤差對(duì)結(jié)果的影響。5 .實(shí)驗(yàn)討論以及本實(shí)驗(yàn)后的體會(huì)。2.11相變實(shí)驗(yàn)2.11.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .通過(guò)成核-生長(zhǎng)相變的實(shí)驗(yàn)，了解在一定溫度下，熔體內(nèi)部從一相的原

24、始狀態(tài)產(chǎn)生斯賓那多分解和成核一生長(zhǎng)相變的過(guò)程。2 .從本實(shí)驗(yàn)的相變過(guò)程，掌握其相變的本質(zhì)。3 .11.2實(shí)驗(yàn)原理及方法相變：某單一均勻相在溫度、壓力等條件改變時(shí)，該相系統(tǒng)自由始發(fā)生變化其結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，從而產(chǎn)生新相，則相自由始及相結(jié)構(gòu)改變的過(guò)程叫相變。成核-生長(zhǎng)相變是高溫熔體內(nèi)的原子、分子，由于熱運(yùn)動(dòng)(布朗運(yùn)動(dòng))，使原子、分子及其分子團(tuán)相互撞擊，不斷聚集，不斷分解，在一定溫度下Tg(轉(zhuǎn)變溫度)，聚集的原子群超過(guò)某一臨界尺寸后就能穩(wěn)定存在，不再分解。具有臨界尺寸的原子集團(tuán)，即為形成新相的的核坯，此過(guò)程即為成核。在合適的溫度下該核坯超過(guò)臨界尺寸后進(jìn)一步長(zhǎng)大形成有相當(dāng)大小的晶體，這就是生長(zhǎng)過(guò)程。總括

25、稱(chēng)之為成核-生長(zhǎng)相變。實(shí)驗(yàn)方法有以下幾條路線(xiàn)可以選擇：1、將SiO2粉體、B2O3粉體、Na2O粉體，按：75%、20%、5%的重量比，混合、球磨、過(guò)250目篩。然后，干燥，放入高鋁塔期內(nèi)在1350c下，熔化，倒出形成玻璃。選擇分相溫度為600C,在此溫度下保溫1小時(shí)，使其分相，這時(shí)玻璃內(nèi)部分成兩相：一相是純SiO2相,另一相是Na2O+B2O3相。用鹽酸處理，可以把Na2O全部萃取出來(lái)。留下的是含有尺寸為40-150A的氣孔網(wǎng)絡(luò)，用鋼筆水涂之，顏色就會(huì)附著上去。學(xué)生可做鹽酸浸泡、取出后用鋼筆水涂，觀(guān)察浸泡前后鋼筆水附著情況。也可以磨片，進(jìn)行顯微鏡觀(guān)察：氣孔網(wǎng)絡(luò)部分為Na2O+B2O3相，其他

26、部分為純SiO2相。2、選擇一個(gè)結(jié)晶釉的配方，如：熔塊：100份，氧化鋅：10份，氧化鈦：10份，高嶺土：3份，氧化銅：4份。加水45%、混合、球磨、過(guò)250目篩。然后在釉面磚素坯上涂上結(jié)晶釉漿，一定溫度(11501200C)下燒成、保溫1小時(shí)，拿出，觀(guān)察其晶花大小形態(tài)。同時(shí)，還可以在不同的溫度下比較晶花的大小。同樣，也可以磨片，進(jìn)行顯微鏡觀(guān)察：形成晶花的晶體部分和釉中的玻璃相部分。此方法應(yīng)注意的幾點(diǎn)：(1)、硅酸鹽物系熔融通常須加熱到較高溫度(超過(guò)熔點(diǎn)溫度)進(jìn)行保溫。使組分充分均勻而熔化，然后，從塔蝸倒出冷卻形成玻璃。(2)、爐溫的控制也是非常重要的。因此一般應(yīng)該采用靈敏的自動(dòng)定溫控制器。利

27、用調(diào)節(jié)輸入功率。使發(fā)熱和爐體散熱達(dá)到平衡來(lái)獲得穩(wěn)定的溫度條件。(3)、試樣要達(dá)到均勻。否則影響結(jié)果。所以要把試樣經(jīng)過(guò)混合熔融冷卻，磨細(xì)后再熔融冷卻，然后再磨細(xì)反復(fù)三次。3、用Na2O-CaO-ZnO-B2O3-ZrO2-SiO2多元系統(tǒng)粉體在溫度1030c時(shí)保溫30分鐘，充分進(jìn)行分相，產(chǎn)生大量的微小晶核并長(zhǎng)大，生成微細(xì)晶體產(chǎn)生乳濁效果。2.11.3實(shí)驗(yàn)原料及儀器裝置1、SiO2粉體、B2O3粉體、Na2O粉體;2、結(jié)晶釉粉體、釉面磚素坯；3、10%的聚乙烯醇（聚合度1500）水溶液；4、高鋁球磨罐、高鋁球；5、干燥用搪瓷盤(pán)及干燥箱；6、高溫電爐（1300c以上）；7、梯溫電爐或管式電爐（管式電

28、爐50mm）;8、溫度控制器；9、熱電偶（鉗、銬）；10、高鋁增竭；11、金相顯微鏡。2.11.4 實(shí)驗(yàn)手續(xù)（一）玻璃微孔顏色附著1、取一塊事先做好SiO2-B2O3-Na2O的玻璃，切成薄片。在600c下保溫1小時(shí)，使其分相。2、冷卻后取出，放入鹽酸內(nèi)浸泡。3、浸泡不同的時(shí)間取出，干燥，涂色，觀(guān)察色彩附著程度。（二）結(jié)晶釉析晶1、取少量結(jié)晶釉粉體，放入研缽內(nèi)，加入少量10%的聚乙烯醇（聚合度1500）水溶液;研細(xì)；2、在釉面磚素坯上涂上結(jié)晶釉漿，要求均勻而有一定厚度；3、在一定溫度下保溫，拿出，觀(guān)察其晶花大小形態(tài)。同時(shí)，還可以在不同的溫度下比較晶花的大小。（三）乳濁釉分相1、取Na2O-Ca

29、O-ZnO-B2O3-ZrO2-SiO2多元系統(tǒng)試樣0.5克放在托盤(pán)表面上，然后打開(kāi)電爐門(mén)放在托架上，并把電爐門(mén)關(guān)好進(jìn)行調(diào)壓升溫。2、溫度升到1030c時(shí)要保溫30分鐘充分進(jìn)行分相而產(chǎn)生大量的微小晶核核晶體長(zhǎng)大，逐漸生成微細(xì)晶體從而到達(dá)產(chǎn)生乳濁效果。3、達(dá)到“乳濁效果”后，將電爐的電源關(guān)閉，自然冷卻到800c時(shí)，可將樣品托盤(pán)取出，觀(guān)察樣品的“乳濁”結(jié)果。2.11.5 結(jié)果分析與討論1 .運(yùn)用所學(xué)的理論對(duì)觀(guān)察的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、討論，總結(jié)出影響析晶的因素。如：溫度、保溫時(shí)間等。2 .寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告2.12燒結(jié)實(shí)驗(yàn)2.12.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .通過(guò)陶瓷坯體燒結(jié)實(shí)驗(yàn)，在一定溫度下，坯體開(kāi)始收縮，并隨著燒結(jié)

30、時(shí)間的延長(zhǎng)坯體有不同的收縮，了解燒結(jié)時(shí)。坯體的變化過(guò)程。2 .從本實(shí)驗(yàn)的燒結(jié)過(guò)程，掌握其燒結(jié)的本質(zhì)。可獲得對(duì)燒結(jié)研究實(shí)驗(yàn)方法。3 .12.2實(shí)驗(yàn)原理及方法陶瓷的粉體原料經(jīng)過(guò)一定溫度作用下，發(fā)生團(tuán)結(jié)，使氣孔率下降，致密度提高，強(qiáng)度增大，晶粒增長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為燒結(jié)。或者說(shuō)：固體物質(zhì)在一定溫度作用下，內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)獲得一定活化能后，開(kāi)始位移此位移現(xiàn)象稱(chēng)為燒結(jié)。基于燒結(jié)過(guò)程中晶粒以及氣孔的形狀與尺寸的變化，將燒結(jié)過(guò)程劃分為初期、中期和后期三個(gè)階段。燒結(jié)初期一般是指顆粒和空隙形狀未發(fā)生明顯變化階段。燒結(jié)初期的理論和模型非常多，基于雙球模型，在燒結(jié)初期，固態(tài)球型顆粒表面與其頸部區(qū)域間的化學(xué)位的差值提供了傳遞物質(zhì)

31、的推動(dòng)力。燒結(jié)初期物質(zhì)遷移可通過(guò)體積擴(kuò)散或沿表面、界面或位錯(cuò)處等多種途徑擴(kuò)散。Kingery采用雙球模型，對(duì)于體積擴(kuò)散、表面擴(kuò)散或晶界擴(kuò)散，推導(dǎo)出了一個(gè)燒結(jié)動(dòng)力學(xué)方程：(AL/L)q=(K丫2Dr8)/(kT)t=ksta2一空位體積，丫-界面張力，D-擴(kuò)散系數(shù)，r-顆粒原始半徑，ks-燒結(jié)速度常數(shù)，q擴(kuò)散機(jī)構(gòu)系數(shù)，當(dāng)q=2-2.5時(shí)為體積擴(kuò)散，q癥右時(shí)為界面擴(kuò)散，(AL/L)為徑向線(xiàn)收縮率；t為反應(yīng)時(shí)間。方程兩邊取自然對(duì)數(shù)得：ln(AL/D=1/qlnks+1/qlnt測(cè)定在一定的溫度下，不同時(shí)間下的成型坯體的收縮尺寸。測(cè)得的數(shù)據(jù)以ln(AL/L)-lnt作曲線(xiàn)圖，圖中的直線(xiàn)斜率為1/q,截

32、距為1/qlnks。由此可以求出q值和ks。燒結(jié)速度常數(shù)ks與溫度的關(guān)系符合阿侖尼烏斯方程：ks=Bexp(E/RT)方程兩邊取自然對(duì)數(shù)得：lnks=A-E/RTA為常數(shù)；E為燒結(jié)活化能；T為燒結(jié)溫度。對(duì)所測(cè)得的試樣在不同溫度下的線(xiàn)收縮率進(jìn)行線(xiàn)性回歸分析，作lnks與1/T直線(xiàn)，即可由直線(xiàn)斜率獲得燒結(jié)活化能E。此方法應(yīng)注意的幾點(diǎn)：1、利用影象式燒結(jié)點(diǎn)測(cè)定儀進(jìn)行燒結(jié)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意保持爐體和觀(guān)察的光路系統(tǒng)穩(wěn)定，不能晃動(dòng)，否則會(huì)影響觀(guān)察結(jié)果的。2、爐溫的控制非常重要的。因此一般應(yīng)該采用靈敏的自動(dòng)定溫控制器。利用調(diào)節(jié)輸入功率。使電阻絲發(fā)熱和爐體散熱達(dá)到平衡來(lái)獲得穩(wěn)定的溫度條件。3、試樣要達(dá)到均勻。否則

33、影響結(jié)果。所以要把試樣經(jīng)過(guò)混合，磨細(xì)后再成型。2.12.3實(shí)驗(yàn)原料及儀器裝置1、低溫?zé)Y(jié)用陶瓷粉（如PZT低溫?zé)Y(jié)粉體）；2、5mm勺成型模具；3、手動(dòng)壓力機(jī)4、10%的聚乙烯醇（聚合度1500）水溶液或糊精粉；5、高鋁球磨罐、高鋁球；6、干燥用搪瓷盤(pán)及干燥箱；7、影象式燒結(jié)點(diǎn)測(cè)定儀或高溫顯微鏡電爐（1300c以上）；8、溫度控制器；10、熱電偶（鉗、銬）；11、5mm厚高鋁陶瓷片；12、讀數(shù)顯微鏡。2.12.4實(shí)驗(yàn)手續(xù)1 .取少量事先準(zhǔn)備好的低溫?zé)Y(jié)的陶瓷坯體粉料，加少量水分（或加些糊精或10%的聚乙烯醇（聚合度1500）水溶液）混合均勻。2 .用5mni勺成型模具成型，作成5mm<5

34、mml勺柱狀，干燥。3 .放入影象式燒結(jié)點(diǎn)測(cè)定儀或高溫顯微鏡電爐（1300c以上）內(nèi)，在一定溫度（900C）下保溫，開(kāi)始記時(shí)。4 .每隔5分鐘觀(guān)察記錄坯體的寬度的尺寸，根據(jù)坯體性質(zhì)的不同測(cè)定時(shí)間可以為12小時(shí)。5 .測(cè)定完畢關(guān)掉電源。6 .12.5結(jié)果分析與討論1 .測(cè)定在一定的溫度下，不同時(shí)間下的成型坯體的收縮尺寸。測(cè)得的數(shù)據(jù)以ln（AL/0）-lnt作圖，圖中的直線(xiàn)斜率為1/q,截距為1/qlnks。由此可以求出q值和ks。運(yùn)用實(shí)驗(yàn)原理對(duì)觀(guān)察記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算，分析該坯料的燒結(jié)機(jī)理。2 .對(duì)所測(cè)得的試樣在不同溫度下的線(xiàn)收縮率進(jìn)行線(xiàn)性回歸分析，作lnks與1/T直線(xiàn)，由直線(xiàn)斜率獲得燒

35、結(jié)活化能E。3 .分析、討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果。總結(jié)坯體的燒結(jié)規(guī)律，影響燒結(jié)的因素。如：溫度、保溫時(shí)間等。4 .寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告5 .13電阻率測(cè)定2.13.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .掌握體積電阻率的測(cè)定方法2 .了解自動(dòng)元件分析儀的原理及使用方法3 .13.2實(shí)驗(yàn)原理無(wú)機(jī)非金屬材料屬于絕緣材料，其絕緣電阻是評(píng)價(jià)材料電性能的重要參數(shù)。1 .絕緣電阻表示絕緣材料阻止電流通過(guò)能力的物理量，它等于施加在樣品上直流電壓與流經(jīng)電極間的穩(wěn)態(tài)電流之比。由于穩(wěn)態(tài)電流包括流經(jīng)試樣體內(nèi)電流與試樣表面電流兩項(xiàng)，故產(chǎn)生了體積電阻和表面電阻，絕緣電阻實(shí)際上是體積電阻與表面電阻的并聯(lián)。2 .體積電阻率（1）定義：沿體積電流方向的直流電場(chǎng)強(qiáng)度與穩(wěn)

36、態(tài)體積電流密度之比。（2）公式：w=RvS/d式中：w體積電阻率（Qcm）Rv一體積電阻（）S測(cè)量電極面積（cm2）d一試樣厚度（cm）3 .表面電阻率（1）定義：沿表面電流方向的直流電場(chǎng)強(qiáng)度與穩(wěn)態(tài)下單位寬度的電流密度之比，好似衡量材料漏電性能的物理量。（2）公式：尸bRs/a式中：ps表面電阻率（em）Rs一表面電阻（Q）b電極的周長(zhǎng)（cm）a一兩電極間的距離（cm）本實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)自動(dòng)元件分析儀來(lái)測(cè)定體積電阻，進(jìn)而算出體積電阻率。2.13.3實(shí)驗(yàn)儀器及用品1 .儀器TH2818自動(dòng)元件分析儀2 .電極系統(tǒng)測(cè)量體積電阻多采用兩電極系統(tǒng)，而測(cè)量表面電阻通常采用的平板試樣三電極系統(tǒng)，即環(huán)電極、測(cè)

37、量電極和高壓電極。本實(shí)驗(yàn)是采用兩電極系統(tǒng)測(cè)量體積電阻。3 .試樣及要求（1）要求試樣平整、均勻、無(wú)裂紋、無(wú)機(jī)械雜質(zhì)。（2）試樣邊長(zhǎng)為（100+2）mm的方形，厚度為（24）mm；或?yàn)?00mm或50mm圓片,厚度d<3M.01（mm）。（3）試樣的數(shù)量不少于3個(gè)，并用軟布條蘸無(wú)水乙醇將試樣擦干凈。（4）試樣表面用退火鋁箔，并用醫(yī)用凡士林使其與試樣緊密接觸；或在表面噴鍍金屬4 .測(cè)試環(huán)境要求由于溫度和相對(duì)濕度都影響樣品的電性能，所以在實(shí)驗(yàn)之前對(duì)試樣要進(jìn)行預(yù)處理。表2-13-1預(yù)處理?xiàng)l件試樣/處理?xiàng)l件溫度/C相對(duì)溫度/C時(shí)間/hA50265步?24B702<404<40105受我

38、國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定常溫為（20+5）C,相對(duì)濕度為（65+5）%。實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件最好能符合標(biāo)準(zhǔn)，至少不與所需條件相差太大。2.13.4實(shí)驗(yàn)步驟1 .將試樣的電極引線(xiàn)接在電極箱內(nèi)相應(yīng)的接線(xiàn)柱上。2 .按照自動(dòng)元件分析儀的使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行電阻的測(cè)量并記錄好數(shù)據(jù)。3 .13.5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析1 .根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)算出電阻率。2 .根據(jù)所做實(shí)驗(yàn)試分析產(chǎn)生誤差的原因，及采取哪些減小誤差的措施。3 .13.6思考題1 .測(cè)試環(huán)境對(duì)電阻率的測(cè)定有無(wú)影響，為什么？2 .測(cè)試時(shí)讀數(shù)時(shí)間為什么一般定為1min?2.14介電常數(shù)測(cè)定2.14.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解測(cè)定介電常數(shù)的方法2 .掌握測(cè)試介電常數(shù)的原理，熟練掌握

39、儀器的操作過(guò)程3 .14.2實(shí)驗(yàn)原理介電常數(shù)（）：絕緣材料在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生極化，極間電容量增加，頻率不同，極化也不同。電容器極板間有電介質(zhì)的電容量Cx與同樣形狀和尺寸的真空電容量Co之比為介電常數(shù)：Cx/。Co通過(guò)自動(dòng)元件分析儀，把試樣連入儀器，在不同電場(chǎng)頻率作用的情況下，記錄下試樣的介電常數(shù)。電場(chǎng)從5mA-5A,不斷調(diào)節(jié)電場(chǎng)，記下介電常數(shù)值，作出電場(chǎng)頻率與介電常數(shù)的關(guān)系圖。4 .14.3實(shí)驗(yàn)儀器及樣品制備。1 .實(shí)驗(yàn)儀器TH-2818自動(dòng)元件分析儀。2 .樣品制備由于溫度和相對(duì)濕度都影響樣品的電性能，所以在實(shí)驗(yàn)之前對(duì)試樣要進(jìn)行預(yù)處理。表2-14-1預(yù)處理?xiàng)l件試樣/處理?xiàng)l件溫度/C相對(duì)溫度/c時(shí)間/hA50i2655?24B70i2<404C1052.<401為了減小環(huán)境對(duì)試樣的影響，對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)處理，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定常溫