范文一：抗弯强度和抗弯强度的计算

弯曲的内力与强度计算

一、判断题

1.如图1示截面上，弯矩M和剪力Q的符号是:M为正，Q为负。( )

图1

2.取不同的坐标系时，弯曲内力的符号情况是M不同，Q相同。( )

3、 在集中力作用的截面处，Q图有突变，M连续但不光滑。( )

4、梁在集中力偶作用截面处，M图有突变，Q图无变化。( )

5.梁在某截面处，若剪力Q=0，则该截面的M值一定为零值。( )

6.在梁的某一段上，若无荷载作用，则该梁段上的剪力为常数。( )

7.梁的内力图通常与横截面面积有关。( )

8.应用理论力学中的外力定理，将梁的横向集中力左右平移时，梁的Q图，M图都不变。( )

9.将梁上集中力偶左右平移时，梁的Q图不变，M图变化。( )

10.图2所示简支梁跨中截面上的内力为M?0，Q=0。( )

图 2 图 3

11.梁的剪力图如图3所示，则梁的BC段有均布荷载，AB段没有。( )

12.上题中，作用于B处的集中力大小为6KN，方向向上。( )

13.右端固定的悬臂梁，长为4m，M图如图示，则在x=2m处，既有集中力又有集中力偶。( )

图 4 图 5

14.上题中，作用在x=2m处的集中力偶大小为6KN?m，转向为顺时针。( )

15.图5所示梁中，AB跨间剪力为零。( )

16.中性轴是中性层与横截面的交线。( )

17.梁任意截面上的剪力，在数值上等于截面一侧所有外力的代数和。( )

18.弯矩图表示梁的各横截面上弯矩沿轴线变化的情况，是分析梁的危险截面的依据之一。( )

19.梁上某段无荷载作用，即q=0，此段剪力图为平行x的直线;弯矩图也为平行x轴的直线。

( )

20.梁上某段有均布荷载作用，即q=常数，故剪力图为斜直线;弯矩图为二次抛物线。 ( )

21.极值弯矩一定是梁上最大的弯矩。( )

22.最大弯矩Mmax只可能发生在集中力F作用处，因此只需校核此截面强度是否满足梁的强度条件。 ( )

23.截面积相等，抗弯截面模量必相等，截面积不等，抗弯截面模量必不相等。( )

24.大多数梁都只进行弯曲正应力强度核算，而不作弯曲剪应力核算，这是因为它们横截面上只有正应力存在。( )

25.对弯曲变形梁，最大挠度发生处必定是最大转角发生处。( )

26.两根不同材料制成的梁，若截面尺寸和形状完全相同，长度及受力情况也相同，那么对此两根梁弯曲变形有关量值，有如下判断:

(1) 最大正应力相同;( )

(2) 最大挠度值相同;( )

(3) 最大转角值不同;( )

(4) 最大剪应力值不同;( )

(5) 强度相同。( )

27.两根材料、截面形状及尺寸均不同的等跨简支梁，受相同的荷载作用，则两梁的反力与内力相同。 ( )

28.梁内最大剪力的作用面上必有最大弯矩。( )

29.梁内最大弯矩的作用面上剪力必为零。( )

30.图(a)、(b)中，m-m截面上的中性轴分别为通过截面形心的水平轴与铅垂轴。( )

图 13

31.在匀质材料的等截面梁中，最大拉应力 必出现在弯矩值M最大的截面上。( )

32.对于等截面梁，最大拉应力与最大压应力在数值上必定相等。( )

33.对于矩形截面的梁，出现最大正应力的点上，剪应力必为零。( )

34.弯曲应力公式σ=MY/IZ 适用于任何截面的梁。( )

35.在梁的弯曲正应力公式σ= 中，Iz为梁截面对于形心轴的惯性矩。( )

36.一悬臂梁及其T形截面如图示，其中c为截面形心，该截面的中性轴Z0，最大拉应力在上边缘处。( )

图 14

37.T形截面梁受矩为负值，图示应力分布图完全正确。( )

图 15

38.匀质材料的等截面梁上，最大正应力?σ?max必出现在弯矩M最大的截面上。( )

39.对于等截面梁，最大拉应力与最大压应力在数值上必定相等。( )

40.对于矩形截面的梁，出现最大正应力的点上，剪应力必为零。( )

41.矩形截面梁发生剪切弯曲时，其横截面的中性轴处，σ=0，τ最大。( )

42.T形梁在发生剪切弯曲时，其横截面上的σmax发生在中性轴上，τmax发生在离中性轴最远的点处。( )

43.图16所示T形截面外伸梁的最大拉应力发生在A截面处。( )

16图

44.T截面铸铁梁，当梁为纯弯曲时，其放置形式最合理的方式是A。( )

图 17

45.大多数梁都只进行弯曲正应力强度校核，而不作弯曲剪应力校核，这是因为它们横截面上只有正应力存在。( )

46.截面积相等的抗弯截面模量必相等，截面积不等的抗弯截面模量必不相等。( )

47.梁弯曲时最合理的截面形状，是在横截面积相同条件下，获得W2/A值最大的截面形状。( )

48.矩形截面梁，若其截面高度和宽度都增加一倍，则其强度提高到原来的

) 16倍。(

49.弯曲变形梁，最大挠度发生处，必定是最大转角发生处。( )

50.图18所示脆性材料?形截面外伸梁，若进行正应力强度校核，应校核D.B点下边缘。( )

51.图19示悬臂梁，其最大挠度处，必定是最大转角发生处。( )

图 18 图 19

52.不同材料制成的梁，若截面尺寸和形状完全相同，长度及受力情况也相同，那么对此两根梁弯曲变形时，它们的最大挠度值相同。( )

53.EI是梁的抗弯刚度，提高它的最有效，最合理的方法是改用更好的材料。( )

二、选择题

1.图6所示B截面的弯矩值为( )。

图 6

A(PL B(–Pa C(Pa D(–PL

2.图7所示简支梁剪力图正确的为( )。

图 7

3.应用截面法计算横截面上的弯矩，其弯矩等于( )。

A( 梁上所有外力对截面力矩的代数和

B( 该截面左段梁(或右段梁)上所有外力对任何矩心的代数和

C( 该截面左段梁(或右段梁)所有外力(包括力偶)对该截面形心力矩的代数和

D( 截面一边所有外力对支座的力矩代数和

4.在集中力作用处剪力图( )。

A(发生转折 B(发生突变

,(无影响 ,(发生弯曲

5.在弯曲的正应力公式σ= 中，IZ为梁截面对于( )的惯性矩。

A(任一轴Z B(形心轴 C(对称轴 ,(中性轴

6.梁的截面为,型，z轴通过横截面形心，弯矩图如图示，则有( )。

,(最大拉应力与最大压应力位于同一截面c或d

,(最大抗应力位于截面c，最大压应力位于截面d

,(最大拉应力位于截面d，最大压应力位于截面c

,(以上说法都不正确

图 20

7.最大弯矩截面最大拉应力等于最大压应力的条件是( )。

,(梁材料的拉压强度相等 ,(截面形状对称于中性轴

,(同时满足以上两条 ,(截面形状不对称于中性轴

,、两根荷载、长度、支座相同的梁横截面上最大正应力值相等的条件是( )。

,(,max与截面积分别相等 ,(,max与,,分别相等

,(,max与,,分别相等，且材料相同 ,(两梁的许用应力相等

8.直梁弯曲强度条件σmax= ?[σ]中，σmax应是( )上的最大正应力。

A(最大弯矩所在截面 B(梁的最大横截面

C(梁的最小横截面 D(梁的危险截面

9.EI是梁的抗弯刚度，提高它的最有效、最合理的方法是( )

A(改用更好的材料 B(增加横截面面积

C(采用惯性矩大的截面形状 ,(以上作法都不合理

10.由叠加法作图示简支梁的弯矩图，则下述正确的是图( )。

图 21

11.跨中受集中荷载P作用的圆截面简支梁， 它的θA= ，yc = 。若将L变为2L，d变为2d时，它的,yc之比为 ( )。

A( B(

C( D(

三、分析题

1.绘出图示梁横截面上的正应力分布图(假定此截面上的弯矩为正值)。

图 22

四、计算题

1.作下列各梁的剪力图和弯矩图,并求出Qmax和Mmax。

图 8

2.试作梁的剪力图和弯矩图，并确定MMAX，QMAX的值;已知VA =8KN(?)，VB =12KN(?)。

图 9

3.画出下图梁的内力图。

图 10

,.作图示多跨静定梁的内力图。

图 11

5.求静定多跨梁的弯矩图

图 12

6.求图23所示梁的最大正应力及其所在位置。

图23

7.简支梁受均布荷载作用，已知L=4m，截面为矩形如图24所示。材料的许用应力[σ]=10Mpa，试求梁的许可荷载q。

图 24

8.图25所示矩形截面外伸梁，截面高宽比h/b=1.5，材料的许用应力[σ]=10Mpa，试求b和h。

图 25

9.图26所示T形截面铸铁梁，Z轴为通过截面形心的中性轴，惯性矩Iz=4.0X107mm4，铸铁的许用应力〔σ+〕=35 Mpa，〔σ-〕=140 Mpa，试校核梁的强度。

图 26

10.图27所示结构，AB为矩形截面木梁，截面尺寸如图，DE为直径d=30mm的圆截面刚杆，AB的[σ]1=10Mpa，DE的[σ]2=160Mpa，试确定F的容许值[F]

图 27

11.图28所示矩形截面外伸木梁，材料的许用正应力[σ]=10Mpa，许用剪应力[τ]=1Mpa，试校核该梁的强度。

图 28

12.图29所示梁，已知矩形截面尺寸的比例为b:h=3:4，梁的许用正应力[σ]=15.6Mpa，许用正应力[τ]=1.7Mpa，试确定截面尺寸。

图 29

13.图30所示外伸梁，已知Wz=截面面积A=材料的[σ]=170Mpa，[τ]=100Mpa，试求许可荷载[F]。

图 30

14.图31所示为20b工字钢制成的外梁，已知L=6m，P=30KN，q=6KN/m，[σ]=160MPa梁的弯矩图如图示，试校核梁的强度。

提示:20b工字钢 Iz=。

图 31

15.图32所示T型截面铸铁梁，已知P1 =10.8KN，P2 =4.8KN，a = 1m，

，y1 =5.2cm，

=8.8cm，弯矩图已绘出。试求梁中最大拉应力 的数值及其所在位置。

范文二：热处理工艺对煤矸石玻璃陶瓷三点抗弯强度的影响

热处理工艺对煤矸石玻璃陶瓷三点抗弯强

度的影响 2006年第7期(第115期)佛山陶瓷

研究与探讨

热处理工艺对煤矸石玻璃陶瓷

三点抗弯强度的影响

郑林义

(安徽理工大学材料科学与工程系安徽淮南232001) 擅要本文采用正交试验法系统考察了煤矸石玻璃陶瓷制备过程中各因素对材料

三点抗

弯强度的影响,得出了最佳的热处理工艺条件,为获得具有实用价值的CaO-MgO

—AI2orSi0.系

统煤矸石玻璃陶瓷提供了有益的参考.

关健词煤矸石,微晶玻璃,正交试验,强度

长期以来,我国侧重于自然资源(即一次资源)的开 发利用,而对废弃物资源的综合开发利用一直没有给予 应有的重视.据统计,我国煤矸石已累计堆存达50多亿 t,且以每年1.3亿t的产量继续排放,是我国年排放量 和累计堆存量最大的工业废弃物之一[13.因此,研究开发 以煤矸石为主要原料的微晶玻璃不仅成本低廉.还能充 分利用废物.具有良好的经济和社会效益.

1试验

1.1配方化学组成确定

实验以煤矸石,石灰石,石英砂和纯碱等为主要原料,其 中煤矸石来自淮南谢一矿.各原料化学成分如表l所示. 主晶相决定材料性能.透辉石的化学稳定性及机械 强度较高[2],故把组成点选在透辉石[CaMg(SiO.)2]相区.

为了获得整体析晶且晶粒微细,分布均匀的玻璃陶瓷,必 须选择合适的晶核剂.CaF,TiO的引入可降低玻璃的析 晶活化能,促进玻璃液分相,并在此基础上,形成晶核,促 进玻璃微晶化.同时,CaF2又可降低玻璃液的粘度[33,所以 选择CaF.,TiO.作为成核剂.综合考虑配料系统的熔制性 能和晶化效果确定配料组成,其化学组成如表2所示. 1.2试验过程及分析方法

根据配方将原料准确称量,混合均匀.然后在硅钼棒电 阻炉中于l450?恒温熔制2h.将熔制好的玻璃液浇铸于事 先预热到650?的不锈钢板上成形.然后迅速置于600?的 硅碳棒电阻炉中进行退火处理lh,随炉冷却后取出备用. 表I原料化学成分(wt%)

2FOSHANCERAMICSVo1.16No.7(SerialNo.115

用国产WDW-1005型万能试验机测三点抗弯强度;用 美国PerkinsElmensPysis一1差热分析仪进行DTA分 析:用siemens公司的D5000型X射线衍射仪进行晶相 分析:用日本电子JMS一5600LV型扫描电子显微镜观察显 微结构.

2正交试验

影响玻璃陶瓷性能的最主要的因素是主晶相的种类 及其数量和分布.前者主要决定于配料系统组成,后者则 主要决定于试样的热处理工艺制度,即核化温度,核化时 间,晶化温度和晶化时间.从图1中可以看出,在650?附 近有个明显的吸热峰,这是因玻璃到达退火点时轻微吸热 所致而在820~930?范围内有一个很强的放热峰,说明 此时晶核开始长大形成晶体.从图1中还可以看出,核化 峰与晶化峰彼此独立分开且相距较远,所以本试验的热处 理制度宜采用阶梯温度制度.根据文献[4J,玻璃陶瓷热处理

过程中的核化时间为0.5,2h.晶化时间一般不少于1h. 在此基础上.根据正交试验的原理确定实验方案,试验 因素水平表及L.(3)正交表分别见表3和表4. 3结果与讨论

3.1正交试验与极差分析

表3试验因数水平表

温度(?)

图1玻璃的DTA曲线

2006年第7期(第115期)佛山陶瓷3

极差越大说明该因素对实验指标影响越大.从极差分析 结果可得出各因素对玻璃陶瓷强度影响的主次顺序为:晶化 温度>核化时间>核化温度》晶化时间.由于晶化时间的级 差仅为1.2.所以.其对强度的影响远低于其它三个因素. 试样强度的大小与其热处理条件有关.可通过测定不 同热处理条件下试样的强度计算出各指标效应值,根据正 交试验原理来确定适宜的工艺参数.图2为正交试验结果 的直观分析.由图2可知,随着晶化温度升高.试样的强度 增大;随着核化温度的升高,核化与晶化时间的增大,试样 的强度先升后降.并存在极大值.因此,可确定其最佳热处 理工艺参数为:核化温度700?,晶化温度920?,核化时 间1h,晶化时间1h,依此热处理条件制备的煤矸石玻璃陶 瓷(#8试样)的三点抗弯强度为176.02MPa. 蠼

16o

150

140

130

l?

6鲫7D0730锄趼Dg20n5l2n51L5 核化温度(?)品化温度(?)核化时间(h)晶化时间(h) 图2试样强度与热处理条件的关系

3.2?lI)分析

选择抗弯强度低,中,高的第#1,#7,#8三个试样做 XRD测试(如图3).根据XRD分析可知煤矸石玻璃陶瓷的 主晶相为透辉石,并含有少量的镁黄长石晶相.从图3可 以看出.#1,#7,#8试样各晶相的衍射峰的强度逐渐增强. 晶相的含量逐渐增多.对多晶材料来说,晶界强度比晶粒 内部弱,材料的断裂破坏多是沿晶界断裂.材料中晶相含 量高,则晶界长,裂纹的扩展要走的路程长,抗弯强度高, 所以#8样的抗弯强度必然最高.

3.3热处理条件对显檄结构的影响

图4分别给出了#1,#7,#8试样的SEM照片.比较可 以看出,#1试样中的透辉石晶体几乎没有长大:#7试样的 晶粒比#1试样有明显的长大但还没有发育完全:而#8试 样中透辉石晶粒已经长大成形,为颗粒状且均匀分布.颗 粒大小在1|Im左右.以上分析也可以解释#1,#7,#8试样 抗弯强度逐渐升高的原因.

4结论

(1)本系统的煤矸石玻璃陶瓷,其最佳热处理工艺参 一..,

?4o5o

图3微晶玻璃的X射线衍射谱

(a)#l试样

(b)#7试样

(c)#8试样

图4#l,#7,#8试样的SEM照片(×10000) 数为:核化温度700"C,晶化温度920"C,核化时间1h,晶

化时间lh:

4

1前言

FOSHANCERAMICSVo1.16No.7(SerialNo.115

造孔剂含量对多孔预制体孔隙率的影响

李飞舟李红船

(长安大学西安710064)

摘要本文采用无压浸渗法制备了SiC/A1复合材料,研究了造孔剂含量对多孔预制

体孔隙

率的影响.结果表明:随着造孑L剂加入量的增加,孔隙率增加;但当造孔剂含量大

于20%时,多

孔预制体的孔隙率趋于48%左右.

关健词多孔预制体,孔隙率,造孔剂

SiC/A1复合材料由于具有比强度高,比模量高,耐磨 性好,热导率高,热膨胀系数低等优异的性能而被广泛应 用于航空,军事武器,汽车,电子等领域.在用作电子封装 方面,与低体积分数的SiC/A1复合材料相比,高体积分数 SiC/A1复合材料具有更小的热膨胀系数,更高的热导率, 尺寸稳定性更好等优点[1].

目前,关于成形工艺过程,骨料粒径口,颗粒形貌[5], 烧成制度[6以及烧结添加剂[8]对复合材料性能影响的研 究都能见诸于文献,但有关造孔剂对SiC/A1复合材料性 能的影响,文献中并未进行系统地报道.丁祥金等[9]人将 造孔剂和粘结剂对预制体性能的影响分开考虑.但在预制 体的制备过程中,通常造孔剂量的变化会引起相应的粘结 剂等有机添加剂量的变化,这些物质烧结前在预制体中均 占有一定的空间,对烧成后多孔预制体孔结构的变化都有 影响,因此将它们结合起来考虑更为合理.

本文以淀粉和有机添加剂为造孔剂.结合粒子堆积理

舢.址

(2)本系统的煤矸石玻璃陶瓷,各热处理工艺因素对

其强度影响的主次顺序为:晶化温度>核化时间>核化温

度》晶化时间.

参考文献

1宁叔凡,何超等.压延法矿渣微晶玻璃成分的研究[J].玻璃与

搪瓷,1999,28(4):9,14

2赵运才,肖汉宁,谭伟.耐磨微晶玻璃的组成与晶化特性的研

究[J].硅酸盐,2003,31(4),406~409

3王天硕.硅酸盐岩相学[M].北京:中国建筑工业出版社,1980 4P.W.麦克米伦[英].微晶玻璃[M].

5王仞千.北京:中国建筑工业出版社,1988

6张铁茂,丁建国.试验设计与数据处理[M].兵器工业出版社,

1990

EffectofHeatTreatmentonCompressionStrengthofGangueGlass—.ceramics Abstract:Crossexperimentwasusedtoinvestigatetheeffectofheattreatmentoncompressio

nstrergthofgangue

glass—ceramic,andtheoptimalheat—treatmenttechnicswasobtained.Thedataprovidedusefulreferenceforthemass

productionofCaO-MgO—AI~3-SiO2gangueglass,ceramics. Keyvords:gangue,glass—ceramic,crossexperiment,strength

范文三：化学组成对粉煤灰微晶玻璃抗弯强度的影响

化学组成对粉煤灰微晶玻璃抗弯强度的影响

郑林义 ()安徽理工大学材料科学与工程系, 安徽 淮南 232001

摘 要: 使用正交试验研究化学组成对 C aO - M gO - A l2O 3 - S iO 2 系统粉煤灰微晶玻璃抗弯

() 强度的影响, 以确定各成分对微晶玻璃强度的影响次序及最佳化学组成。 采用热分析 D TA

() () 研究材料的析晶性能和射线衍射仪 研究材料的物相组成, 用扫描电镜 对材料 X XRD SEM 的显微结构进行观察。经分析, 各化学成分对微晶玻璃三点抗弯强度影响主次为> >S iO 2 C aF 2

26% T iO 2 > C aO , 最佳配方组合为: S iO 2 55% , C aO , C aF 2 3% , T iO 2 4% 。该配方制成试样在适

) (当的温度下热处理, 制得的粉煤灰微晶玻璃主晶相为透辉石 [C aM g S i2O 6 , 晶体形貌为颗粒 状, 晶粒的尺寸约为 1 , 三点抗弯强度高达 196. 81 。 Λm M P a

关键词: 微晶玻璃; 粉煤灰; 强度; 化学组成

() 文章编号: 167221098 20060220049203中图分类号: TQ 171. 114 文献标识码: A

In f lu en ce o f C h em ica l2Com po s it io n o n B en t S t ren g th o f

22F ly in ga sh g la s sC e ram ic s

2ZH EN G L in y i

(). , , , ,232001 D ep to f M a te r ia ls Sc ience and E ng inee r ingA nh u i U n ive r sity o f Sc ience and T ech no lo gy H u inan A nh u i A bstra c t: In f lu en ce o f ch em ica l2com po sit io n s o n f ly in g2a sh g la ss2ce ram ic s st ren g th o f C aO - M gO - - 2, A l2O 3S iO 2 is stu d ied b y th e c ro ss o f exp e r im en ta l rec ip eseek in g to f in d in f lu en ce o f ch em ica lcom po si2

222. t io n s o n f ly in ga sh g la ssce ram ic s st ren g th an d b e st ch em ica lcom po sit io n s sch edu leT h e c ry sta llizied

, , p rop e r tyc ry sta lliza t io n p h a se iden t if ica t io n an d m ic ro st ru c tu re w e re te sted w ith D TA XRD an d SEM u sed. It co n f irm s th a t th e in f lu en ce o f ch em ica l2com po sit io n s is S iO 2 > C aF 2 > T iO 2 > C aO , an d th e b e st

55% 26% 3% 4%. ch em ica l com po sit io n s sch edu le is S iO 2 C aO C aF 2 T iO 2 T h e m a in c ry sta l p h a se s in th e

) (2, 1g la ssw h ich h a s a hom o gen eo u s m ic ro st ru c tu re an d w ith g ra in size o f abo u t ce ram ic s is C aM g S i2O 6

, 196. 81 .Λm b en t st ren g th is M P a

: 222; ; ; Key word sg la ssce ram ic sf ly inga shst reng thch em ica lcom po sit io n s

统的微晶玻璃脆性大、抗弯强度小, 而且韧性较低, 引言 限制了在工程方面的一些应用。 所以, 改善脆性、提

粉煤灰微晶玻璃是以粉煤灰为主要原料, 通过 高 强 度 就 显 得 尤 为 重 要。 虽 然 采 用 离 子 交 换 增 熔制、玻璃的控制析晶等过程而得到的一种多晶固 1- 2 3 4 强、纤维增强、增韧、增韧可以获得Z rO 2 体材料。 以- 系为基础的 - - C aO M gO A l2O 3 S iO 2 较 好的增强效果, 但会导致材料制备过程复杂化, 生粉煤灰微晶玻璃, 具有非常广泛的组成。由于其综合

产 性能优良、价廉、环保受到人们的重视。目前, 这类材

料的研究多集中于以硅灰石为主晶相的系统, 该系 成本大幅度提高。近来, 有采用铁矿渣制备出强度达

5 170 的透辉石微晶玻璃, 因此, 通过调整组 M P a

成, 制备具有较高力学性能的、以透辉石为主晶相的 收稿日期: 2005- 08- 01

作者简介: 郑林义 ( 1966- ) , 男, 安徽淮南人, 讲师, 硕士, 主要从事无机非金属材料方面的教学、研究工作。

49

()安徽理工大学学报 自然科学版 第 26 卷

( )粉煤灰微晶玻璃, 具有一定的现实意义。 成主要为铝硅玻璃体 含量 70% 左右、少量石英、

莫来石等结晶矿物及未燃尽的煤粒, 其化学组成以

1 试验设计 、为主 (见表 1)。 S iO 2A l2O 3

1. 1 试验原料

试验采用淮南洛河电厂湿排粉煤灰, 其矿物组

()表 1 粉煤灰及其它原料化学成分 %

总和 IL S iO 2 A l2O 3 F e2O 3 C aO M gO

粉煤灰 1. 2 47. 97 33. 66 4. 16 1. 79 0. 64 89. 42

41. 56 2. 98 0. 68 0. 37 52. 87 1. 01 99. 47 石灰石

99. 85 0. 07 石英

注: 、、为化学纯。C aF 2Sb2O 3T iO 2

上的不同, T iO 2 就可能与其它碱土金属氧化物一 1. 2 试验 起从硅氧网络中分离出来, 产生分液, 并以此为基

7 主晶相将决定材料性能, 透辉石的化学稳定性 础, 形成晶核, 促进玻璃微晶化。经综合考虑配料 6) (及机械强度较高 , 故选择透辉石[C aM g. S iO 3 2 ] 系统的熔制性能和晶化效果, 初步确定玻璃的组成

作微晶玻璃的主晶相, 同时, 考虑玻璃的熔制和析 () 范围 见表 2。

()晶, 把基础玻璃组成定在透辉石相区靠近透辉石、硅 表 2 玻璃的化学组成范围 %

()灰石、黄长石三元低共熔点附近 见图 1。 组成 S iO 2 C aO A l2O 3 M gO

含量 45, 55 20, 26 4, 10 4, 10

组成 N a2O B 2O 3 C aF 2 T iO 2

含量 2, 10 2, 3 1, 3 4, 10

4 ( ) 为了找出最佳微晶玻璃配方, 选用L 9 3正交

表, 以 、、、四种组成作为影响因 S iO 2C aO C aF 2T iO 2

()素, 进行三水平四因素的正交试验 见表 3。

()表 3 试验因素水平表 %

水平 C aO C aF S iO 2 2 T iO 2

1 45 20 1 4

2 50 23 2 7

3 55 26 3 10 含 10% 的 - 三元相图- 图 1 M gO C aO A l2O 3 S iO 2

() 再进行配料计算 见表4, 将原料准确称量, 混 为了得到整体析晶且晶粒微细、分布均匀的微

合均匀, 然后在硅钼棒电阻炉中于 1 450 ?恒温熔 , 必须选择合适的晶核剂, 的引入使 晶玻璃C aF 2

-制 2 , 将熔制好的玻璃液浇铸于事先预热到 650h 的断网作用又使 玻璃的析晶活化能有所降低, F

?左右的不锈钢模具内成型, 然后迅速置于 600 ? 玻璃的结构由层状向短链状发展, 从而透辉石从链

左右的硅碳棒电阻炉中进行退火处理 1 , 随炉冷 h 状硅酸盐结构网络中析出具有更大的结构继承性,

析晶位垒降低, 有利于玻璃的分相和结晶, 易得到 却后取出备用。将各试样于 700 ?、900 ?各保温 晶粒细小、组织均匀的微晶玻璃。在高温时以 T iO 2 1 成核、晶化处理。 h [ ]参加硅氧网络, 而与熔体很好的混合。 当温T iO 4 型万能试验机测三点抗 1005 用国产W DW -

由于两者结构 度下降时, 差热分析 1 4 ] 将转变成 [ T iO 6 , T iO 弯强度, 用美国P e rk in s E lm en s P y sis-

50

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第 2 期 郑林义: 化学组成对粉煤灰微晶玻璃抗弯强度的影响

11 大, 结晶能力较强。 仪进行D TA 分析, 用S IEM EN S 公司的D 5000 型

X 上述结论可从和XRD 得到证明。众所周 射 线 衍 射 仪 测 定 主 晶 相, 用 日 本 电 子 - JM S 知, 微晶玻璃的强度取决于其晶相的种类、多少和显 SEM 5600型扫描电子显微镜观察显微结构。 L V 微结构。 由于晶相的强度大于玻璃相, 所以, 晶相越 多, 微晶玻璃的强度越大。从7、8、9 三组试样的X 表 4 试验配方正交表S iO 2 ?% 2 ?% T iO 2 ?% C aF C aO ?% 强度?M P a 射 ( ) 线衍射谱 见图 3可以看出, 7 号没有明显的析1 45 20 3 7 81. 55 晶,

2 50 20 1 4 129. 76 8、9 两组试样的主晶相均为透辉石、次晶相是镁黄 长石, 9 号的晶相数量显然多于 8 号。从显微结构上 3 55 20 2 10 156. 21 () 看, 8 号样中的晶粒还没有发育完全 见图4, 9 号样 4 45 23 2 4 85. 42 的主晶相透辉石已长大成型, 为颗粒状且均匀分布, 5 50 23 3 10 126. 56 ()颗粒大小在1 左右 见图5。综上所述, 9 号样Λm 6 55 23 1 7 164. 37 析 晶能力强、晶体发育完善、晶体颗粒细小且均匀, 7 45 26 1 10 77. 59 在 材料内均匀分布是该组三点抗弯强度高的原因, 8 50 26 2 7 135. 16 进 一步应证了正交试验数据分析的结果。 55 26 3 4 9 196. 81 81. 52 122. 51 107. 84 137. 33 k 1 133. 16 125. 45 125. 60 127. 03 k 2 172. 46 136. 33 134. 67 120. 12 k 3 R 90. 94 13. 82 26. 83 17. 21

2 试验结果分析

从正交分析结果可看出, 各因素对微晶玻璃三

点 抗 弯 强 度 影 响 主 次 为 S iO 2 > C aF 2 > T iO 2 >

。 、、含 量 增 加, 强 度 提 高。 C aO S iO 2C aO C aF 2

含量增加, 强度将低。 最佳水平组合为: T iO 2 S iO 2

55% , 26% , 3% , 4% , 与9 号配方完 C aO C aF 2 T iO 2

全一致。

图 3 微晶玻璃的X 射线衍射谱

T ??

图 2 玻璃的差热分析曲线

在九组试样中, 1 、4、7 三组的抗弯强度低, 在

81 80 M P a 左 右, 9 号 配 方 强 度 最 大, 达 到 196.

M P a, 强度高于已见报道的粉煤灰和很多矿渣微 5, 8- 10 ( ) 晶玻璃。分析可见 见图 2, 7 号样没 D TA

有明显的的成核吸热峰, 表明成核能力很弱, 8、9 ()8 号样电镜照片 ×5000 图 4 两组依次增强。 而 7、8 两组的放热峰比较尖锐、宽

度过窄, 这说明结晶过程发热量不大, 析晶效果差; ()下转第 57 页 9 号样成核吸热峰和放热峰都很明显, 且峰 宽 较

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()上接第 51 页

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7 王天硕. 北京: 中国建筑工业出 硅酸盐岩相学 [M . 的化学组成, 采用 T iO 2 + C aF 2 复合成核剂, 在适当 版社, 1980. 的温度下热处理可以制备出主晶相为透辉石、晶体 张金青. 利用粉煤灰生产建筑装饰用微晶玻璃 [.J 8 形貌为颗粒状、晶粒的尺寸约为 1 、三点抗弯强Λm () 粉煤灰, 2004, 2: 47- 48.

南雪丽, 傅希圣, 周琦. 高炉矿渣微晶玻璃的研制 [.度高达 196. 81 的高强微晶玻璃。 J M P a 9 () 玻璃, 2005, 3: 15- 18.() 2在本研究系统内, 各因素对微晶玻璃三点 李培荣, 吴知方, 崔书生. 以包钢矿渣为原料制备微 抗弯强度影响主次为 > > > ,S iO 2 C aF 2 T iO 2 C aO 10

、、含 量 增 加, 微 晶 玻 璃 强 度 提 高、 S iO 2C aO C aF 2 () 玻璃, 2004, 2: 3- 6. 晶玻璃 [J .

11 P W 麦克米伦 [ 英 . 微晶玻璃 [M . 王仞千, 译. 北 T iO 2 含量增加, 强度降低, 最佳水平组合为: S iO 2

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范文四：添加剂对钢渣微晶玻璃抗弯强度及颜色的影响

添加剂对钢渣微晶玻璃抗弯强度及颜色的影响

姚强 陆雷 江勤 董巍

$ 南京工业大学材料科学与工程学院，南京 ’%!"""&

摘 要:介绍了在微晶玻璃中引入添加剂后对其性能以及颜色的影响。实验结果表明:随着 ()*引入量的增加， % 抗弯强度先是增大然后又有所下降，的最佳引入量为 。通过引入不同的着色剂可以制得不同颜色的微晶玻 )(*!+ %

璃。

关键词:微晶玻璃;添加剂;抗弯强度;颜色

求颜色品种多。所以研究微晶玻璃的着色也有非常重矿渣微晶玻璃自 % 世纪 1 年代问世以来，由于其 ""

要的意义。本文着重研究引入不同量的 ()*对微晶玻 % 有很高的机械强度和耐磨耐腐蚀等性能而受到人们的

璃的抗弯强度的影响，并对微晶玻璃着色做初步探 8 9! / # 关注。近几十年来在用高炉渣、钢渣、灰渣和尾矿等 讨。矿渣制造微晶玻璃方面国内外已做了大量研究，裴立

8 9 . 通过钢铁工业废渣和天然矿物为主要原料制得 宅等

以辉石为主晶相的性能优良的微晶玻璃材料;程金树 实验 !8 9 1 以钢渣为主要原料制备了以硅灰石为主晶相的钢 等

" 原料 渣微晶玻璃。虽然都能制备出性能优良的微晶玻璃，但!!

是很少有人对如何运用添加剂提高微晶玻璃材料性能 本次实验采用的主要原料为经过预粉磨处理的钢

进行研究。最近几年来，微晶玻璃高档装饰材料越来越 渣。经化学法分析得钢渣中的化学组成主要为氧化钙、

二氧化硅、氧化铁等。具体含量见表 。其它构成玻璃 !受到建筑设计师和用户的青睐，用量逐年提高。作为高

的不足的化学成分均由试剂引入。档装潢材料，市场对材料的颜色提出特殊的要求，即要

钢渣化学组成表 !

$%&’( *(+,-%’ -+0,1,20 3 01((’ 0’%4 " # !)./...!

金属铁 合计 H5% % @A% % *:;*,*,I*.BC* >?* :;* >6* H

#,= "1 !#= 1# 2= &2 ,= %, 7= %# !1= #& ,= ., != !. "= !# "= %2 &7= 2

实验主要采用的添加剂为氧化锆、氧化铜、氧化B@H系统。 结合 B@H系 统相图确定玻璃组成范围，经

钴、氧化镍、氧化铬，其中后 种用于微晶玻璃着色。# ()多次实验论证得到理想的微晶玻璃配方见表 ，其 %

微晶玻璃的熔制以及热处理中钢渣的引入量为 。氧化锆及其它添加剂作为外#+ !" 5 !

根据钢渣的主要组成，确定研制的微晶玻璃属于 加成分引入。

微晶玻璃的化学组成 5 表

%& 5 ,% 0,1,20 3 4%00 6 7%,0 " $’(*(+-’-.+/...’-(+-#)!

其它 H5*% @A% *, DC% B*, E, F*, BC:% G5*% :;* < :;%="" *,="" bc="">? **

##= 7 2= & = 7 = % = & = 7 = & "= " 7= %# %= 7 .!.,,.,..,,.!,,

各原料根据配方称量并均化后，进行熔制。将氧化. 3 4 56 的速率升温到 17" / 2," ，保温 ! / %0;然后 --

铝坩锅放入硅钼棒电阻炉中随炉升温，待温度升到 以 的速率升温到 ，保温 % 3 4 56 &"" &" / ,-/ .-! /左右将配合料分几次加入坩锅中。加完后，将电 !,%" -。然后随炉冷却。 %0炉在 。熔制好的玻璃液浇铸于 左右恒温 !#."- %/ ,0抗弯强度测试方法 !" # 对所制得的钢渣微晶玻璃进事先预热的不锈钢板上成型，然后迅速置于 硅 12 "-

行了抗弯强度测试。碳棒电炉中进行退火。将退火后的基础玻璃以 , /

抗弯强度测试采用三点弯曲法，跨距为 ，加载速 ,"44

$ ’ &7 J 男，硕士研究生 = 主 要从事特种陶瓷与玻璃材料的研究 = 作者简介:姚强!!/

# !"

研究工作快报

度为 "/ #33 ( 345，将试样切割并研磨抛光成 #33 6 个试样的低。 弯强度较前 ’

由于 $%&的加入使玻璃粘度显著增大，在热处理 拉力实验机上进行测 的试样条，在 ’ #33 6 7"33 89#""

试。每组试验采用 根样条测量，然后取平均值。时对晶体生长起控制作用，从而获得均匀而细小的晶#

粒。对于多晶材料来说晶界比晶粒内部弱材料的断 D D

沿晶界 裂破坏多是沿晶界断裂。细晶材料晶界比例大D 结果分析与讨论 ’

裂纹的扩展要走迂回曲折的道路晶粒愈细破坏时D D D

此路程愈长的微 则抗弯强度越高。所以，含 D $%&!) 不同量的 "#$对微晶玻璃性能的影响 %= > ’%

$%&是中间体氧化物，能提高玻璃的粘度、硬度、 晶玻璃的抗弯强度比未加 $%&的有显著提高。但是， ’ ’ 弹性、化学稳定性，降低玻璃的热膨胀系数。虽然 $%&当加入 $%&过多时，反而使晶体不能完全生长，导致 ’ ’

能显著提高玻璃液的粘度，但是，却使玻璃难以熔制， 玻璃相增多，抗弯强度下降，从而进一步证实了上述测

一般含量不宜过高。试结果。

微晶玻璃抗弯强度测试/ / ’!!

本实验分别向微晶玻璃配方中引入 !) ，’) ，0)

的 $%&，进行熔制并热处理。在熔制过程中发现:在同 ’

样的熔制温度下随着 $%&含量的增加，熔体的粘度增 ’

加;并发现 $%&为 ’) 和 0) 时玻璃成型后在表面有少 ’

量的条纹和气泡。对处理过的试样进行抗弯强度测试，

结果见表 。 0

表 #$的微晶玻璃抗弯强度 !不同含量 "% 的微晶玻璃 图 > 不同含量 #$ ? 射线图谱 "% &)* +)*#) ./#*01/2 34 1).. 5 6*#786 98/2 ’(!,-’’’+81= > ?@A .B*6/#’ 34 1)’.. 5 6*#’786 98/2 :844*#*0/ ’73-0/ 844*#*0/ 30/ 34 8#6308 :’7-;’34 ;8#6308’

$%&的添加量 ( )" ! ’ 0 ’ 不同添加剂对微晶玻璃颜色的影响 %= %

抗弯强度 ( + *,-/ 01 "-/ -/ #2/ !.’’!!’!.!!! E 又称本 微晶玻璃的着色工艺基本上有一次着色

B C 1 F 可以看出:随着 $%&引入量的增加，强度是先增 体着色 和二次着色工艺 ’ 种。本实验采用熔融法制 ’

大后减小。的引入量为 时，强度达到最大值 备微晶玻璃，这就决定了只能采用一次着色。$%&!) ’

，比没有添加 的增加近 。而当 ’"-/ ’!*+,$%&02*+, ’ 添加剂对颜色的影响及着色机理’/ ’/ ! 含量再升高时，强度反而下降。由于 $%&含量增高时， ’本次实验通过加入 7 种不同的着色剂，从而得到 引起熔体粘度增加，造成一些玻璃缺陷，导致强度下不同颜色的微晶玻璃。种添加剂为氧化铜、氧化钴、 7 降。

氧化镍、氧化铬。从表 中可以看出钢渣中含有锰、铁 !

等金属离子，所以原始的微晶玻璃必然已被着色。经实微晶玻璃试样的 :;< 测试及分析="">

添加剂对微晶玻璃颜色的影响 表 < 用日本理学="">< *,="(" ;=""> 型 : 射线衍射仪对块状微 &)* < &2*="" *44*6/="" 34="" 8/830="" #*1*0/="" 30="" 63)3#="" 34="" 1)="" 6*#86="" ’(’::’’..’7.晶玻璃试样进行="" 分析，采用步进扫描方式，步长=""><>

添加剂及含量 颜 色 "/ "’?，衍射仪的辐射源为 @A靶。 含不同掺量 $%& 为’未加添加剂 金黄或棕黄色 的微晶玻璃 衍射图谱见图 。 : !氧化钴 深棕色 / "’)

氧化铜 "/ # )根据 分析得出钢渣微晶玻璃的主晶相为透 < :;深灰色="" 氧化镍="" "/="" #="" )古铜色="" 辉石，并含有少量的硅灰石晶相。由图="" 可以看出:未="" !="" 氧化铬/="" #="" ")浅咖啡色="" 加入="" 和加入="" 的微晶玻璃，其透辉石相的="" 氧化锆$%&$%&!)="" !)="" ’="" ’="" 咖啡色="" 衍射强度相当，而含="" 和="" 0="" $%&的试样的透辉石="" ’)="" )’="">

相衍射强度则明显比它们低。从衍射线强度理论可知:验得:原始微晶玻璃的颜色为金黄色或棕黄色，加入几多相混合物中某一相的衍射强度，随该相的相对含量 种着色添加剂后的微晶玻璃颜色见表 。 7这几种添加

B C . 剂的着色机理可归纳如下:钛、铬、钴、 的增加而增加。所以，含 ’) 和 0) $%&的试样中晶 ’

锰、镍、铜等过渡金属，在玻璃中以离子状态存在，它们体的含量比前 ’ 种有所下降，玻璃相增多，从而导致抗

!"#

研究工作快报

的价电子在不同能级间跃迁，由此引起对可见光的选O P ? 随着 F-G含量的增加，抗弯强度先增大后减 ? L M @ 择吸收，导致着色。玻璃的光谱特性和颜色主要决定 小，的最佳引入量为 。 F-G!J ?

于离子的价态及配位体的电场强度和对称性。由于钢 O P 加入不同的添加剂可以使微晶玻璃呈现不同 N 渣以及添加剂中含有多种能够着色的离子，所以钢渣 的颜色，有助于微晶玻璃装饰材料的发展。微晶玻璃的颜色是多种离子颜色相混合的结果。另外， O P 使用变价金属氧化物着色、热处理时，保持氧 Q 玻璃成分、熔制温度、时间、气氛等对离子的着色也有 化气氛有助于微晶玻璃颜色的稳定。 很重要的影响。

参考文献 变色现象?( ?(?

“” R. .36<367 h6="">E00.3 S 7 <.3.u. (="" **%20="" *="" +)+,)t$,,+="" v5’)!="">

处理后的试样刚从硅碳棒电炉中取出时呈现一种颜 2)A&)0.’.)3 2>,36%0 )3 ’>% 2-<0’, .w,’.)3="" d%="">,;.)E- ,34 &-)C 色，但是随着时间的逐渐延长颜色将发生变化，最终趋 O P &%-’.%0 )* 1.GX/GY,G +6G Z%G8,G TG 6/,00 I I I I I I? ?N ?N ?? 于稳定。经多次重复实验研究发现:形成这种现象的原 2%-A.20( 5E-&%3 Y%-A.2 12.%<7 @@7="" \="" nqn="" nq^="" ,),,)’![![]="">

因是微晶玻璃热处理时电炉中的气氛。_%,// V7 a.’’%- V R( _,0,/’ 6/,00 2%-,A.20( XA%- Y%-,A ‘ ?

一般来讲，电炉在热处理时会关闭炉门，这样就造 O P 127 @b#7 # \ b@ ^N )![[[] [

匡敬忠钽铌尾矿微晶玻璃的研究 装饰装修材 肖隆文 7 ( ( 成炉内气氛随着热处理的进行逐渐由氧化气氛变成中 N 料7 ?""N7 !"\ [# ] [^ 性气氛。当使用的着色剂为变价金属时，在中性气氛下 杨家宽肖波利用钢铁炉渣制备微晶玻璃技术 王秀萍 7 7 ( ( 经热处理后金属离子将处于低价态并使玻璃着色。将 Q 有色金属O P 7 ?""N7 [[ N \ !N" ] !NN 玻璃从炉中取出后，低价态的金属离子会部分地被空 裴立宅肖汉宁 钢铁工业废渣制备玻璃陶瓷的研究 现代 7 ( (

O P 气中的氧气所氧化从而使玻璃呈现另一种颜色，这就 技术陶瓷7 ?""Q7 ?Q ! \ !" ] !N [程金树黄玉生汤李缨等 钢渣微晶玻璃的研究 武汉7 7 7 ( ( 造成了玻璃的变色现象。所以气氛对微晶玻璃的颜色 O P 工 业大学学报7 !@[@7 !b Q \ ! ] N 有非常大的影响。为了得到稳定的颜色，热处理时必须 # 杨南如 无机非金属材料测试方法 武汉:武汉工业大学出 ( ( 要保持炉内为氧化气氛。版社7 @"@ !

刘心宇陈国华 烧结微晶玻璃的生产及其着色 硅酸盐通 7 ( ( b O P 报7 ??7 ? N \ # # ""!!] [

西北轻工业学院 玻璃工艺学 北京:中国轻工业出版社( ( 7 ^ !@^? 结论N

@

O P ! 添加适量的 F-G可以控制晶体生长，获得细 ?

晶材料，显著地提高微晶玻璃的抗弯强度。

""#$% &" )%)& +##% & /#01+/ 2%+#%3 &/&+ &" !((*,-**.,*-,*( 4’

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!"#

范文五：工字钢的抗弯强度表

工惯性半径 字H型钢 横截 抗弯 抗剪 抗弯 钢型号 面积 强度 强度 刚度 ix iy 型

号

H400*200 0.98 1.09 0.79 1.09 1.06 1.64 I H450*150 0.97 1.11 0.97 1.25 1.13 1.11 40a H446*199 0.99 1.20 0.88 1.34 1.16 1.56

H400*200 0.89 1.04 0.67 1.04 1.08 1.68

H450*150 0.89 1.06 0.83 1.19 1.15 1.14 I H446*199 0.90 1.14 0.75 1.27 1.19 1.59 40b H450*200 1.04 1.32 0.85 1.48 1.19 1.62

H500*150 1.04 1.35 1.01 1.69 1.27 1.12

H400*200 0.82 0.99 0.59 0.99 1.11 1.71

H450*150 0.82 1.01 0.72 1.14 1.18 1.15

H446*199 0.83 1.09 0.65 1.22 1.22 1.63 I

40c H450*200 10.95 1.26 0.74 1.41 1.22 1.65

H500*150 0.96 1.29 0.89 1.61 1.30 1.15

H496*199 0.99 1.42 0.81 1.76 1.34 1.61

H450*200 0.95 1.05 0.81 1.05 1.05 1.52 I H500*150 0.96 1.07 0.97 1.19 1.12 1.05 45a H496*199 0.99 1.18 0.89 1.30 1.15 1.48

H450*200 0.87 1.00 0.70 1.00 1.07 1.54 .

H500*150 0.88 1.03 0.84 1.14 1.14 1.07 I

45b H496*199 0.91 1.13 0.75 1.24 1.17 1.50

H500*200 1.03 1.28 0.86 1.24 1.18 1.52

H450*200 0.81 1.03 0.67 0.96 1.09 1.57

H500*150 0.82 1.05 0.80 1.09 1.16 1.09 I H496*199 0.84 1.16 0.73 1.19 1.19 1.53 45c H500*200 0.95 1.31 0.82 1.35 1.20 1.55

H596*199 1.01 1.59 0.97 1.96 1.40 1.45

H500*200 0.95 1.03 0.86 1.03 1.04 1.41 I

50a H596*199 1.02 1.25 1.01 1.49 1.21 1.32

H506*201 1.02 1.07 0.83 1.16 1.07 1.47 I H596*199 0.94 1.20 0.88 1.43 1.23 1.34 50b H600*200 1.50 1.25 0.97 1.61 1.24 1.37

H500*200 0.82 1.02 0.71 0.94 1.08 1.46

H506*201 0.94 1.10 0.79 1.12 1.09 1.50 I

50c H596*199 0.87 1.23 0.84 1.37 1.26 1.36

H600*200 0.97 1.29 0.93 1.54 1.27 1.39

H596*199 0.90 0.99 0.87 1.06 1.09 1.27 I

56a H600*200 1.00 1.04 0.96 1.19 1.10 1.29

I H606*201 1.05 1.14 0.92 1.33 1.13 1.33 56b

H600*200 0.86 1.02 0.21 1.09 1.13 1.30 I

56c H606*201 0.97 1.18 0.89 1.27 1.15 1.33

I H582*300 1.13 1.10 0.89 1.10 0.99 2.00 63a

I H582*300 1.04 1.05 0.78 1.05 1.00 2.02 63b

I H582*300 0.97 1.09 0.76 1.01 1.02 2.03 63c

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