材料工艺学实验报告.docx
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材料工艺学实验报告
中国地质大学（北京）
材料科学与工程学院
材料工艺学
实习报告
班级：
10030912班
姓名:
魏耀祖
学号：
1003091214
指导老师：
黄朝晖梅乐夫
日期：
2011年12月12日
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。
此外，水泥石的抗拉强度远低于抗压强度，所以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、实验总结
混凝土对于我们其实是既熟悉又陌生的事物。
说其熟悉，我们的身边无处没有他们的身影，我们高耸入云的楼房，横跨滔滔江水的桥梁，但它又是那么的陌生，因为我们至始至终都是它的享受者而非建设者，究竟混凝土是如何建造出来的呢。
带着这样的疑问，我参加了第一次的材料工艺学实习。
在老师的简单介绍后，我们紧随大四学长学姐冒雨来到测试楼平房。
我们按照比例，称量好水泥，砂和碎石，用铁锹充分混合后，加入适量的水搅拌均匀，最后放入磨具中成型硬化。
隔几天之后将混凝土块脱模，养护近28天时间。
在实验过程中，我们遇到了各种各样的问题。
其中天气是我们始料未及的不测因素。
当天下起小雨，使得在加水混合原料的时候更加难以掌握水的量，最终导致加水量略显过多。
也通过这个实验，我们才真正明白，平时看到工人看似漫不经心，很粗略的进行着的施工作业，其中包含多少技术和宝贵的经验。
四、实验数据整理
强度测试数据和计算结果如下：
计算公式：
抗压强度：
R——混凝土立方体试样抗压强度，MPa；
F——破坏载荷，N；
A——试样承压面积，mm2。
组号
高/mm
宽/mm
底/mm
F/N
R/Mpa
1
39.7
40.96
111.8
871.43
2.26
2
40.8
40.16
111.8
932.86
2.34
3
40.08
41.74
111.8
1092.14
2.73
4
39.4
42.3
111.8
477.71
false
5
失败
false
6
38.64
39.72
111.8
61.42
false
从抗压强度值来看，4、5、6组的实验是不符合要求的，因此此实验的抗压强度取前3组数据计算得
=586.02Kpa
原因分析：
可能是由于我们脱模时间有些晚了，导致硬化过程中结构发生变化，产生的内应力使得结构被破坏。
实验二：
干压成型制作陶瓷片
一、实验目的
1.掌握通过干压成型法制作陶瓷片的工艺过程。
2.掌握通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、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
根据公式：
气孔率：
体积密度：
Do：
实验温度下浸润液的密度（即水的密度1g/cm3）
处理后的数据如下表
序号
烧失率
收缩率
气孔率
体积密度
1-1
5.69%
9.50%
20.64%
1.97
1-2
5.54%
13.75%
6.46%
2.15
1-3
10.13%
16.73%
9.00%
2.28
2-1
6.13%
8.67%
20.94%
1.94
2-2
13.12%
10.89%
32.27%
1.84
2-3
7.20%
14.46%
10.66%
2.18
3-1
5.49%
2.94%
36.61%
1.63
3-2
8.38%
7.67%
31.97%
1.70
3-3
7.07%
9.84%
23.06%
1.94
4-1
4.84%
4.96%
31.36%
1.72
4-2
6.43%
13.07%
18.64%
1.98
4-3
7.32%
3.16%
14.12%
2.15
5-1
7.59%
5.26%
28.06%
1.86
5-2
8.22%
-0.58%
16.18%
2.17
5-3
6.85%
21.08%
6.71%
2.28
6-1
5.63%
6.35%
27.62%
1.85
6-2
7.79%
12.89%
27.99%
1.81
6-3
5.41%
13.93%
17.19%
2.01
7-1
7.25%
5.99%
23.60%
1.89
7-2
5.73%
13.11%
13.15%
2.16
7-3
6.85%
17.03%
6.51%
2.21
8-1
5.14%
3.29%
26.01%
1.83
8-2
4.66%
9.25%
22.76%
1.89
8-3
4.32%
14.16%
10.09%
2.23
9-1
2.78%
11.53%
25.84%
1.81
9-2
5.33%
11.82%
27.57%
1.78
9-3
4.05%
11.49%
11.80%
2.09
由表中数据绘制下图
T=1100℃时
T=1150℃时
T=1200℃时
四、实验总结
对我来说，干压成型制作陶瓷片的制作并不陌生。
我曾跟着学长做过关于制备耐高温致密陶瓷的实验，其中基本步骤也都是一样的：
配料，造粒，成型，烧结。
在实验过程当中，对我们挑战最大的当属造粒了，造粒过程中，一方面要掌握喷水的量少了粒小，水多了会使原料粘在托盘上。
另一方面，要掌握晃动托盘的频率和幅度，是造出的粒大小合适均匀。
在实验中，另一个感触很深的是大家的实验态度。
老师讲到，通过一个人所压出的片就能推断出这个人的品格和风气。
压出的片一方面边缘较松散，很容易被磕碰出痕迹，另一方面在脱模和转放成型的陶瓷片时，也容易震裂和损坏。
所以，作为一个合格的研究人员，我们应该端正心态，秉承细心严谨的态度对待每一个实验，只有具备了这样的品质，才能真正在学术上做出些内容来。
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：
3-1mm36%
1-0mm28%
≤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：
a）称料：
按上述配比称料。
b）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。
c）压柱：
每个柱30g。
d）烧成：
e）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
组号
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
根据公式：
气孔率：
体积密度：
Do：
实验温度下浸润液的密度（即水的密度1g/cm3）
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
该实验的步骤类似于上一个实验，同样主要经过配料，混料，成型，烧结四大主要工序。
所以在操作过程中能明显感受到大家都能很熟练的称量和压片。
我想这就是我们通过实验所得到的宝贵的经验吧。
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。
我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他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，通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，在此基础上通过改善制备条件，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
作为学生会成员，目前参与并举办了两届的陶瓷艺术文化节，其中的陶艺比赛就包含了拉坯和注浆成型的比赛项目，所以，对此我也并不陌生。
反而更加觉得亲切和熟练。
第一节课我们就配好了料浆，进行陈腐一周，但一周后我们发现浆料很大程度的沉聚而沉降。
这样相对而言料浆就变稀了许多。
在挑选好石膏模具，用泥料填补好缝隙并用绳子捆绑好后，开始注浆了，通过模口的厚度我们能够判断制作的厚度，当达到3毫米左右时倒掉浆料静置40分钟左右。
最激动人心的时候到了，胜败在脱模一举上，幸运的是，除了一组是因为模具选的过大，静置时间不够而失败外，其余都成功了。
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