最新武汉理工大学材料工艺与设备答案Word文件下载.docx

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硼反常：

B2O3含量较少时，以[BO4]四面体形式存在。

粘度随B2O3含量的增加而增大。

当硼含量增至Na2O/B2O3<

1时，以[BO3]三角体中，使结构疏松，粘度下降。

7.玻璃的熔制过程五个阶段及其特点

（1）硅酸盐的形成（800～1000℃）

Na2O+SiO2→Na2SiO3CaO+SiO2→CaSiO3

MgO+SiO2→MgSiO3

一系列物理，化学变化；

反应在固体状态下进行；

这一阶段结束时，形成硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物

（2）玻璃的形成

当温度继续上升时，硅酸盐烧结物和剩余二氧化硅开始熔融并且互相溶解和扩散，由不透明的半熔融烧结物转变为透明玻璃液。

但玻璃液中存在大量的气泡，化学组成和性质不均匀，有很多条纹。

平板玻璃形成大约在1200~1400℃完成。

CaCO3→CaO+CO2Na2CO3→Na2O+CO2

（3）玻璃的澄清

是指使玻璃液继续加热，降低熔体粘度，排除可见气泡的过程。

澄清温度一般是1400～1500℃，此时玻璃液粘度约为10Pa.s

（4）玻璃的均化

均化：

就是排除条纹（消除不均体），在澄清温度附近，使玻璃达到化学均匀和热均匀。

影响均化的因素：

扩散、表面张力、对流。

（5）玻璃的冷却

就是将合格的玻璃液冷却到成型所需要的温度，其温度根据玻璃品种的不同而不同。

在冷却的过程中，要防止温度的上下波动，防止二次气泡的产生。

二次气泡是直径小于0.1mm的小气泡。

8.成分对玻璃的粘度的影响

1　氧硅比

硅氧四面体网络的连接程度与氧硅比的大小有关。

当氧硅比增大，硅氧四面体的连接程度降低，导致粘滞活化能降低，熔体黏度下降。

反之，黏度上升。

2　键强与离子的极化

在其他条件相同前提下，黏度随阳离子与氧的键力增大而增大。

当氧硅比很高时，硅氧四面体间连接较少，四面体间很大程度依靠键力R-O连接。

当氧硅比很低时，熔体中氧硅阴离子团很大，对黏度起主要作用的是硅氧四面体之间的键力。

这时R2O除提供“游离氧”以断裂硅氧网络外，R+离子在网络中还对Si-O键有反极化作用，减弱Si-O间的键力，降低熔体的黏度。

3　结构的对称性

结构不对称就可能在结构中存在缺陷或者薄弱环节，使黏度下降。

4　配位数

阳离子的配位状态对玻璃的黏度有重要影响。

9.玻璃的料性及其对生产的指导意义

料性：

随温度变化，粘度变化速率不同，这种情况称为玻璃具有不同的料性。

用料性来表示不同成分的玻璃的粘度与温度的关系。

料性短，变化率快，易于机械成型；

料性长，变化率慢，不易成型。

10.粘度如何测量

玻璃的粘度值范围很广，不能用一种方法测定，需要分段测定。

1　旋转法

测定范围1-10^15Pa·

s

将旋转体放到玻璃熔体中，当旋转体以一定角度旋转时，旋转体因玻璃熔体的粘滞阻力而产生扭力矩，通过测量扭力矩，即可获得玻璃熔体的黏度

此法设备复杂，但测量范围宽，容易实现自动化，缩短测定时间，操作简单，准确度和精确度高。

k是仪器系数

2　落球法

测定范围1-10^3Pa·

原理是根据斯托克斯定律，即球在一个无边界的广阔液体中等速运动时，液体的粘度为

V-球的运动速度；

p-球的密度。

P‘-玻璃液的密度

条件：

球体在无限范围的液体中运动，在实际测量中，需考虑边界条件的影响，通过引入仪器常数K加以修正。

特点：

设备简单容易制造，准确度较高。

操作不便，黏度值测定范围较窄。

3　拉丝法

测定范围10^7-10^14Pa·

s,为低温黏度。

该法是用一定长度和直径的无缺陷的玻璃丝，在直立的管状电炉中受一定的荷重作用时，测量其伸长-时间曲线，利用后一阶段的伸长速率计算黏度

P-荷重；

r-玻璃丝半径

11.温度对玻璃粘度的影响

温度越高，粘度越小，稳定性越好。

12.影响玻璃表面张力有哪些因素

1　温度越高，质点热运动加剧，相互作用力减小，表面张力降低

2　外界气氛。

非极性气体对表面张力的影响较小。

而极性气体对玻璃表面张力的影响非常大，极性越大表面张力降低越大。

3　气氛影响。

实践表明，窑内气氛对表面张力影响很大。

在还原气氛下较氧化气氛下玻璃表面张力大20%左右。

4　各种氧化物对玻璃的表面张力有不同的影响。

13.玻璃为什么会析晶

玻璃态物质转变为结晶物质的过程称为结晶过程。

热力学观点：

玻璃内能高于同成分晶体的内能，玻璃有析晶倾向。

熔体的能量和晶体的能量之差越大，则析晶倾向越大。

动力学观点：

冷却时熔体粘度增加甚快，质点移动困难。

14.玻璃结晶成核的机理

均相核化机理

当玻璃熔体的温度高于液相线温度，液相自由能小于固相，所以液态是稳定相。

当温度低于液相线温度，则固态变为稳定相。

从熔体微观结构看，液体中质点在熔点以上的“起伏”不可能导致形成稳定的新相，只有在低于熔点时，这种“起伏”导致相变。

异相核化机理

当系统中存在异相物质，这些物质的表面或结构中不连续性等可作为核化的良好位置，并成为诱导晶核，这种核化过程称为异相核化。

由于存在这类界面降低了界面能，使晶核形成速率加快，从而降低了整个过程自由能。

15.玻璃熔制所用的设备

玻璃熔窑：

池窑和坩埚窑。

按作业方式分类：

连续作业熔窑，间歇作业熔窑

按使用的热源分类：

火焰窑，电热窑，火焰+电热窑

16.浮法玻璃的成型原理

让处于高温熔融状态的玻璃液浮在比它重的金属液表面上，受表面张力作用使玻璃具有光洁平整的表面，并在其后的冷却硬化过程中加以保持，则能生产出接近抛光表面的平板玻璃。

17.玻璃配合料的质量要求有哪些

1　同一原料应有适宜的粒度，不同原料之间保持一定的粒度比，保证配合料的均匀度，熔制速度，玻璃液均匀度，提高混合质量，防止配合料的分层。

2　应具有一定水分，使水在石英颗粒表面形成水膜。

3　需有一定的气体率，有利于玻璃液的澄清和均化。

4　混合均匀，保证玻璃液的均匀性。

19排除可见气泡的两种方式

气泡的上升逸散：

气泡大小和玻璃液的茹度是气泡能否漂浮的决定因素。

按照

斯托克斯定律，气泡的上升速度与气泡半径的平方成正比，与玻

漓液的粘度成反比。

结论:

大直径气泡比小直径气泡更易从玻璃液中逸出。

气泡的收缩消除：

气泡中气体的总压力等于大气压力，气泡上玻璃液柱的压力再加上气体与玻璃液界面间的表面张力的总和。

溶解于玻璃液中的气体，更容易扩散到大气泡中，使之增大上升溢出;

微小气泡更容易在玻璃液中溶解消失。

18.玻璃浮法工艺为什么选择金属锡作为浮抛介质

浮法工艺对浮抛介质的要求：

①在1050℃温度下密度大于玻璃。

②金属的熔点低于600℃，沸点高于1050℃，1000℃左右的蒸汽压应尽可能低。

③在1000℃左右温度下，不与玻璃发生反应。

能满足以上条件的金属有镓，铟，锡三种，其中锡最便宜、无毒

19.玻璃退火的工艺制度

退火：

消除玻璃制品在成型或热处理后残留在制品内的永久应力的过程。

加热阶段：

玻璃进入退火窑后必须加热到退火温度。

保温阶段：

消除快速加热时玻璃存在的温度梯度，消除玻璃中固有的内应力。

慢冷阶段：

在固有应力消除后，防止降温过程中由于温度梯度产生的新应力。

快冷阶段：

指应变温度到室温区间，只产生暂时应力，不发生热破坏的情况下，尽快冷却。

20.论述玻璃的缺陷及其产生原因

气泡（气体夹杂物）：

一次气泡（产生的原因主要是澄清不良，炉内气氛和气压控制不当）

二次气泡（产生的原因有物理的和化学的两种）

结石（结晶夹杂物）：

配合料结石（由未融化的颗粒产生）

耐火材料结石（耐火材料质量低劣，熔化温度过高，助溶剂用量过大，易起反应的耐火材料堆砌在一起）

析晶结石（玻璃在一定温度范围内，由于本身析晶而产生结石）

条纹和节瘤（玻璃态夹杂物）：

玻璃主体内存在的异类玻璃夹杂物。

包括熔制不均匀引起、窑碹玻璃滴引起、耐火材料被侵蚀引起、结石熔化引起

21.玻璃中的应力有哪些

按产生原因分为：

热应力（温度差）、结构应力（组成不一致）、机械应力（外力作用）

而热应力按其存在的特点又分为暂时应力和永久应力

22.水泥的定义、分类

加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能将砂石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性胶凝材料，通称为水泥

按用途和性能分为：

通用水泥、专用水泥、特性水泥

按所含主要水硬性矿物分类：

硅酸盐水泥，铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥，氟铝酸盐水泥，以工业废渣为主要组分的水泥

23.水泥、水泥熟料、硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥概念的区别。

水泥:

加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能将砂石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性胶凝材料，通称为水泥。

水泥熟料：

由主要含CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3的原料，按适当比例磨成细粉烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质称为硅酸盐水泥熟料，简称熟料。

硅酸盐水泥：

凡由硅酸盐水泥熟料，0～5%石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细所制成的水硬性胶凝材料。

普通硅酸盐水泥：

由硅酸盐水泥熟料、6%-15%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料

24.水泥的组成材料、水泥熟料的矿物以及生产水泥的原料等概念的区别

水泥的组成材料:

硅酸盐熟料、石膏、活性混合材、非活性混合材、窑灰

水泥熟料的矿物:

C3S、C2S、C3A、C4AF

水泥的原料:

石灰质原料，粘土质原料，铝质原料，铁质原料，燃料，各种混合材，石膏。

25.水泥熟料中主要矿物的性能及其水化反应？

硅酸三钙

1　C3S是硅酸盐水泥熟料的主要矿物，含量通常为50%左右，有时甚至高达60%

2　C3S只有在2065-1250℃范围内才稳定

3　在1250℃以下，分解为C2S和CaO，但反应很慢，故纯C3S在室温下可以亚稳存在

4　C3S含有少量的氧化镁、氧化铝、氧化铁等形成固溶体

5　纯C3S为白色，晶体截面为六角形或棱柱形

6　C3S水化较快，凝结时间正常，放热较多，抗水性差。

早期强度高且后期强度增进率较大。

水化反应为

硅酸二钙

1　C2S在水泥熟料中含量一般为20%左右

2　C2S含有少量的氧化镁、氧化铝、氧化铁等形成固溶体

3　纯C2S在1450℃以下有多晶相变。

α型，β型的强度较高，γ型几乎无水硬性

4　在500℃以下，易由β型向γ型转化，会使体积膨胀10%而导致熟料粉化。

5　纯C2S为白色，水化较慢，凝结硬化缓慢，放热较小，早期强度低。

但后期强度增进率较大

铝酸三钙

1　C3A呈立方体、八面体或十二面体。

依冷却速度而定

2　熟料中的潜在含量为7%-15%

3　纯C3A为无色晶体，在反光镜下快冷呈点滴状，慢冷呈矩形或柱形。

4　C3A水化迅速，放热多，凝结很快，强度3d内发挥出来，但绝对值不高。

以后几乎不增长。

干缩变形大，抗硫酸盐性能差

铁相固溶体

1　成分复杂，用C4AF表示，熟料中潜在含量为10%-18%

2　水化速度介于硅酸二钙和硅酸三钙之间，抗冲击性和抗硫酸盐性能好。

水化热较铝酸三钙低，但是熟料难磨。

26.水泥的品质指标有哪些？

1　不容物：

PI型小于0.75%，PⅡ型小于1.5%

2　烧失量：

PI型小于3.0%。

PⅡ型小于3.5%，PO型小于5.0%

3　氧化镁：

小于5.0%，过高，安定性不好

4　三氧化硫：

小于3.5%

5　细度：

PI，PⅡ型，比表面积大于每公斤300平米，PO型0.080mm方孔筛筛余不得超过10%

6　凝结时间：

初凝时间不小于45min，终凝时间不得迟于（PI、PⅡ型：

390min，Po型：

10小时）

7　安定性：

用煮沸法检验合格

8　强度：

达到各标量

9　碱含量R2O：

按Na2O+0.658K2O计算

27.废品与不合格品有什么不同？

废品：

氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任何一项不符合要求即为废品。

不合格品：

细度、终凝时间、不溶物和烧失量中任何一项不符合要求，或者混合材料掺量超过最大限量和强度低于标号时即为不合格品

28.简述水泥的生产工艺

生料制备：

原料→各自破碎→按一定比例配合→生料磨细→合格生料

熟料煅烧：

生料在水泥窑中煅烧→水泥熟料

水泥制成：

熟料+石膏→磨细→水泥粉磨

29.在水泥生产工艺中，三个率值的计算、含义

石灰饱和系数（KH）

表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度

硅率（SM）

表示熟料中二氧化硅含量与氧化铝和氧化铁含量之和的比

铝率（IM）

反应熟料中的氧化铝和氧化铁的质量比，也表示熟料中铝酸三钙与铁铝酸钙的比例关系

30.如何提高水泥的粉磨效率

（1）粉磨设备的大型化

粉磨设备的大型化，不仅可以提高劳动生产率，降低单位产品投资，易于管理，有利于自动化。

（2）控制喂料的均匀性，入磨物料的温度和水分

1、控制喂料的均匀性（否则对粒度和设备有影响）

2、控制入磨物料温度（物料温度较高时，会对生产产生较大的影响）

3、控制入磨物料水分：

水分一般控制在1.0～1.5%为宜.

（3）助磨剂

可以消除细粉的粘附和聚集现象，加速物料粉磨过程，提高粉磨效率，降低单位粉磨电耗，提高产量。

31.什么是“两磨一烧”

两磨是磨生料、磨熟料，一烧是生料煅烧成熟料

32.推导石灰饱和系数的计算公式

公式推导：

每克酸性氧化物所需氧化钙含量分别为

CaO的理论极限含量

由于氧化铝和氧化铁可以被氧化钙饱和，而氧化硅不能，所以上式可以写成

KH称为石灰饱和系数

33.什么是水泥的安定性

指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。

即在水泥加水后，逐渐水化硬化，水泥硬化浆体能够保持一定的形状，不开裂、不变形，不溃散的性质

34.水泥熟料的煅烧过程及其特点？

（1）干燥与脱水

（2）碳酸盐分解

生料中的碳酸盐（CaCO3MgCO3）温度继续升至600°

C左右时，在锻烧过程中会出现分解：

MgCO3→MgO+CO2590℃

CaCO3→CaO+CO2890℃

可逆反应：

受温度和二氧化碳分压的影响。

强吸热反应：

湿法占1/3,预分解窑占1/2;

必须保证足够的能量。

反应起始温度低：

600°

C开始，1100~1200°

C分解极快。

影响因素：

1.石灰石的结构和物理性能：

结构致密，质点排列整齐，结晶粗大，晶体缺陷少的石灰石，质地坚硬，分解反应困难。

质地松软和含其他组分较多的，则分解反应容易。

2.生料细度：

生料细度细，颗粒均匀，粗粒少，生料的比表面积增加，是传热和传质加快，有利于分解反应。

3.反应条件：

温度升高，分解速度加快，同时促进扩散速度加快，加强通风，及时排出生成的CO2气体，也可加快分解速度。

4.生料悬浮分散程度：

悬浮分散性好，则可增加传热面积，减少传质阻力，提高分解速度。

5.粘土质组分的性质：

主导矿物是活性大的高岭土，则加快分解速度；

若主导矿物是活性差的蒙脱石和伊利石，则影响碳酸钙的分解速度。

结晶二氧化硅组成的石英砂反应活性最低。

（3）固相反应

在碳酸盐分解的同时，物质已经相互扩散，进行固相反应

800℃CaO+Al2O3→CaO·

Al2O3（CA）

CaO+Fe2O3→CaO·

Fe2O3（CF）

2CaO+SiO2→2CaO·

SiO2（C2S）

800~900°

C开始生成C12A7，C2F

900～1100℃开始生成C3A、C4AF，碳酸钙分解完全，f-CaO最大

1100～1200℃大量生成C3A、C4AF、C2S含量达到最大。

1.生料的细度和均匀性：

生料细度过细或过粗都不好，必须综合平衡优化控制生料细度；

生料的均匀性好，可以增加各组分之间的接触，能加速各组分之间的接触，加速固相反应。

2.温度和时间：

提高反应温度可以加速固相反应，由于固相反应时离子的扩散和迁移需要时间，因此，必须保证在一定时间内才使反应完全。

3.原料性质：

当原料中含有结晶SiO2（燧石，石英砂等）和结晶方解石时，由于破坏其晶格比较困难，因此使固相反应温度明显降低。

4.矿化剂：

可与反应物形成固溶体或低共熔物，或是可促使反应物断键而提高其反应速度，均可促进固相反应。

（4）熟料的烧结

当物料温度高到1250～1280℃（最低共熔温度），开始出现以氧化铝、氧化铁和氧化钙为主体的液相，在高温液相的作用下，物料逐渐烧结，并逐渐由疏松状转变为色泽灰黑，结极致密的熟料，同时硅酸二钙（C2S）和游离氧化钙都逐步溶解于液相中，形成硅酸三钙。

C2S+CaO→C3S

1.最低共熔温度物料在加热过程中，两种或两种以上组分开始出现液相的温度，成为最低共熔温度。

矿化剂和其他微量元素对降低共熔温度有一定的作用。

2.液相量：

液相量增加，则能溶解的氧化钙和硅酸二钙也多，此时形成C3S就快；

但液相量过多，煅烧时就容易结大块。

回转窑结圈，影响正常生产。

3.液相粘度：

液相粘度直接影响C3S的速度和结晶尺寸。

4.液相的表面张力：

表面张力越小，越有利于固相反应和固液相反应促进熟料矿物特别是C3S的形成

5.CaO溶解于熟料液相的速率：

CaO溶解于液相的快慢直接关系到C3S的形成。

影响该速率的因素有熟料的烧成温度，温度高溶解快，以及石灰颗粒的大小，越小越有利于溶解。

6.反应物存在的状态

（5）熟料的冷却

熟料的冷却是指熟料中液相凝固的过程，从最高温度开始，温度下降。

在熟料的冷却过程中，有液相的凝固和相变两个过程。

35.窑外分解窑干法水泥生产工艺的特点

①热负荷低②长径比减小，产量高③热交换充分

36.陶瓷材料的性能、成分、结构和成型工艺之间的关系

陶瓷的性能一方面受到其本征物理量（如热膨胀系数、电阻率、弹性模量等）的影响，同时又与其显微结构密切相关。

决定显微结构和本征物理量的是陶瓷的组成及其加工工艺。

其中陶瓷组成对显微结构乃至性能起决定性作用。

陶瓷材料的性能与系统的化学成分、显微结构是密切相关的，而成型工艺对显微结构也有重要影响。

陶瓷性能与原子或分子的排列方式和结构也有很重要的关系。

结构缺陷对陶瓷性能也有显著影响。

陶瓷性能的改善：

提高强度（实际强

37.陶瓷生产的主要原料及其作用是什么

粘土在陶瓷生产中的作用

a.粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。

b.粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。

c.粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。

d.粘土是坯体烧结时的主体，粘土中的Al2O3含量决定着陶瓷的烧结程度、烧温度。

石英在陶瓷生产中的作用

a.在烧结前，石英是瘠性原料，对泥料的可塑性起调节作用，防止坯体变形。

b.在高温由于部分石英溶解于液相中，增加熔体的粘度。

未溶解的石英颗粒，则构成骨架。

可防止坯体变形。

c.由于有石英颗粒存在可大大提高陶瓷坯体的强度。

d.石英的存在，可使制品耐磨，耐化学浸蚀。

长石在陶瓷生产中的作用

a.降低烧成温度。

长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃熔体，Na+，K+有断网助熔的作用。

b.提高透光度。

长石熔融后充填于各结晶颗粒之间，有助于坯体致密化。

C。

提高机械强度和化学稳定性。

熔融后的长石能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒，促进莫来石晶体的形成。

38.粘土的工艺性能及其影响因素有哪些

（1）可塑性：

指含工作水分的泥团，在一定外力作用下发生形变，除去外力热保持其形变能力的能力。

a.粘土的颗粒越细，分散度越大，比表面积越大，可塑性越好；

b.水化能力越强的粘土颗粒越多，可塑性越好

c.加水适量，过多或过少，可塑性降低

d.与颗粒形状有关，薄片颗粒易于结合和相对滑动，可塑性比棱角形的高

e.与液体的化学特性，液体对固体的侵润性，液相的粘度及表面张力等因素有关

（2）离子交换性：

粘土矿物颗粒表面同孔隙水之间产生活跃的吸附反应称为粘土离子交换性。

粘土种类，带电机理，洁净度和分散度

（3）触变性：

粘土泥浆或者可塑性你团在静置一段时间后变稠或者凝固，当受到搅拌或者搅动时，粘度降低，流动性变好，在放置一段时间又能恢复到原来的状态。

矿物组成，颗粒大小和形状，水分含量，电解质种类与用量，泥浆或可塑泥料的温度

（4）膨化性：

粘土加水后发生体积膨胀的性质。

（5）收缩性：

粘土经干燥和高温煅烧，所引起的因颗粒间距减小而产生的体积收缩的性质。

（6）烧结性能：

粘土经煅烧，能获得一定的密度和强度的性质。

（7）耐火度：

材料在高温作用下达到特定软化程度的温度。

化学组成。

一般随AL2O3含量的增加而提高；

随杂质，尤其是Fe2O3和碱金属氧化物含量增加而显著降低。

39.陶瓷制品的成型方法

塑性成型、注浆成型、压制成型

40.陶瓷施釉的基本方法

浸釉、淋釉、喷釉

41.什么是釉的适应性？

坯釉适应性是指陶瓷坯体与釉层有相互适应的物理化学性质，以致釉面不剥脱、不开裂的性能

42. 

陈腐的的作用？

1　通过毛细管的作用使泥料中水分更加均匀分布

2　粘土颗粒充分水化和进行离子交换，一些硅酸盐矿物