无机非金属材料工艺标准学试题.docx

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无机非金属材料工艺标准学试题

工艺学

一、名词解释

1.澄清剂：

凡在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或能降低玻璃黏度，促进排除玻璃液中气泡的物质称为澄清剂。

（作用：

排除气泡。

）

2.烧成：

通常是指将初步密集定形的粉块（生坯）经高温烧结成产品的过程。

其实质是将粉料集合体变成致密的、具有足够强度的烧结体，如砖瓦、陶瓷、耐火材料等。

3.玻璃形成体：

能单独形成玻璃，在玻璃中能形成各自特有的网络体系的氧化物，称为玻璃的网络形成体。

4.玻璃中间体：

一般不能单独形成玻璃，其作用介于网络形成体和网络外体之间的氧化物，称之为中间体.

5.玻璃调整体：

凡不能单独生成玻璃，一般不进入网络而是处于网络之外的氧化物，称为玻璃的网络外体。

它们往往起调整玻璃一些性质的作用。

6.凝结时间：

水泥从加水开始到失去流动性，即从流体状态发展到较致密的固体状态，这个过程所需要的时间称凝结时间。

7.坯、釉适应性：

坯、釉适应性是指熔融性能良好的釉熔体，冷却后与坯体紧密结合成完美的整体不开裂、不剥脱的能力。

8.玻璃熔化：

玻璃配合料经过高温加热转变为化学组成均匀的、无气泡的、并符合成型要求的玻璃液的过程。

9.IM：

铝率又称铁率，其数学表达式为：

IM=Al2O3/Fe2O3铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁含量的质量比，也表示熟料熔剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例。

10.SM：

硅率，又称为硅酸率，其数学表达式是：

SM=SiO2/（Al2O3+Fe2O3）硅率是表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比，也表示了熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例。

11.石灰饱和系数KH：

是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（C3S十C2S）所需的氧化钙量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值。

12.萤石含率：

萤石含率指由萤石引入的CaF2量与原料总量之比，即：

萤石含率=萤石含量×CaF2含量/原料总量×100％

13.水泥硬化：

凝结过后，水泥浆产生明显的强度并逐渐发展成为坚硬的固体，这一过程称为水泥的硬化。

14.水泥安定性：

是指水泥浆硬化后体积变化是否均匀的性质

15.泥浆的触变性：

是指泥浆在静置后变稠，而一经搅拌又立即恢复流动的性质。

16.水泥的烧结范围：

是指水泥生料加热至出现烧结所必需的、最少的液相量时的温度（开始烧结温度）与开始出现结大块（超过正常液相量）时的温度差值。

17.可塑的性：

是指具有一定细度和分散度的黏土或配合料，加适量水调和均匀，成为含水率一定的塑性泥料，在外力作用下能获得任意形式而不产生裂缝或破裂，并在外力作用停止后仍能保持该形状的能力。

18.坯式：

根据坯和釉的化学组成计算出各氧化物的分子式，按照碱性氧化物、中性氧化物和酸性氧化物的顺序列出它们的分子数。

这种式子称为坯式或釉式。

二、填空题

1.陶瓷的显微结构由结晶相、气孔和玻璃相组成。

2.水泥强度：

抗压强度、抗折强度。

3.硅酸盐水泥熟料中含有C3S、C2S、C3A、C4AF四种矿物。

4.根据各氧化物在玻璃结构中所起的作用，一般可将他们分为网络形成体、中间体和网络调整体三类。

5.根据成型方法的不同，陶瓷坯料通常分为：

注浆坯料、可塑坯料和压制坯料三类。

6.玻璃的质量缺陷主要有气泡、条纹和结石。

7.陶瓷的主要组成相为晶相、晶界、气孔和玻璃相。

8.玻璃的熔制过程包括烧结物的形成、玻璃液的形成、玻璃液的澄清、玻璃液的均化、玻璃液的冷却五个阶段。

9.玻璃的熔化过程：

玻璃液的澄清、均化。

10.水泥生产的主要原料有石灰石、黏土和铁粉。

11.陶瓷的成型方法分为可塑法成型、注浆法成型和干压法成型三大类。

12.水泥熟料的三个率值分别为KH、SM、IM。

13.硅酸盐水泥熟料由氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁四种氧化物组成。

14.陶瓷的主要原材料有粘土、石英、长石三部分。

15.影响水泥水化速率的主要因素有熟料矿物组成、水灰比、细度、养护温度和外加剂。

16.从结构上看，陶瓷是由结晶物质、玻璃态物质和气孔组成。

17.硅酸盐水泥的基本组成材料为熟料、石膏。

18.陶瓷生产中的温度制度包括升温速度、烧成温度、保温时间及冷却速度。

19.烧成制度：

温度、压力、气氛。

三、简答题

1、石膏在水泥中的作用？

答：

石膏的作用主要是调节凝结时间，而且适量的石膏对提高水泥强度有利，尤其是早期强度；但石膏的量不宜过多，否则会使水泥产生体积膨胀而使强度降低，甚至影响水泥的安定性。

2、玻璃的光学性质

答：

（1）折射率

（2）色散（折射率随波长变化而变化的现象）（3）玻璃的反射、吸收、透过

3、玻璃生产过程中的率值：

答：

含水率、芒硝含率、萤石含率、煤粉含率、纯碱挥散率、碎玻璃掺入率

4、玻璃退火工艺

玻璃退火工艺可分为四个阶段：

加热阶段、均热阶段、慢冷阶段和快冷阶段。

5、水泥体积安定性的影响因素？

答：

f-CaO，MgO，SO3和冷却速率。

6、玻璃的粘度与成分的关系

答：

1．SiO2、Al2O3、ZrO2含量升高，粘度增大；

2．碱金属氧化物R2O含量升高，粘度降低；

3．碱土金属氧化物MO含量升高，粘度增大；

4．PbO、CdO、Bi2O3、SnO含量升高，粘度增大；

5．Li2O、ZnO、B2O3含量升高，增加低温粘度，而降低高温粘度。

7、陶瓷压制坯料质量要求

答：

1．配方准确；2．混合均匀；3．粒度符合工艺要求；

4．含较少气体；5．干坯强度大（可塑料）；6．悬浮性和流动性好（注浆料）；7．自由堆积密度尽量大（压制料）。

8、黏土原料的工艺性质有哪些？

答：

可塑性、结合性、离子交换性、触变性、膨化性、收缩、烧结温度与烧结范围和耐火度。

9、陶瓷注浆坯料应满足哪些要求？

答：

（1）流动性好

（2）悬浮性好（3）触变性适当（4）滤过性好

10、玻璃的通性？

答：

（1）各向同性

（2）介稳性（3）无固定熔点

（4）固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性（5）性质随成分变化的连续性和渐变性

11、生产低热硅酸盐水泥的矿物组成应如何调整？

答：

在硅酸盐水泥熟料的四种矿物中，水化热顺序为：

C3A＞C3S＞C4AF＞C2S，因此，可降低C3A含量、适当降低C3S含量，达到降低水泥水化热之目的。

12、生产普通陶瓷的主要原料及其作用？

答：

石英——骨架；粘土——成型与烧成性能；长石——熔剂物质。

13、游离氧化钙产生的原因：

答：

（1）欠烧游离氧化钙（欠烧f-CaO）

熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，在1100~1200℃低温下形成

（2）一次游离氧化钙（一次f-CaO）

因配料不当、生料过粗或煅烧不良，尚未与S、A、F反应而残留的CaO（3）二次游离氧化钙（二次f-CaO）

熟料慢冷或还原气氛下，C3S分解而形成的

14、四种矿物性能比较

答：

28d内绝对强度：

C3S＞C4AF＞C3A＞C2S水化速度：

C3A＞C4AF＞C3S＞C2S水化热：

C3A＞C3S＞C4AF＞C2S

15、预均化技术有哪些？

答：

纵向堆料，横向取料。

（1）预均化堆场：

圆形和矩形

（2）预均化库

（3）端面切取式预均化库（DLK库）

（4）其他简易预均化库

16、釉料配料原则（依据）：

答：

1、根据坯体的烧结性质确定；

2、根据坯体的膨胀系数确定；

3、根据坯体的化学性质确定；

4、正确选用原料（石英、长石、滑石、高岭土）

17、泥料产生塑性机理

答：

1、可塑性是由于粘土-水界面键力作用的结果

2、颗粒间隙的毛细管作用对粘土粒子结合的影响

3、可塑性是基于带电粘土胶团与介质中离子之间的静电引力和静电斥力作用的结果

18、烧成过程中变形的因素：

答：

（1）配料中溶剂原料过多；

（2）成型设计不合理；

（3）装窑不当；（4）不平；（5）过烧。

19、粘土的烧结性能：

答：

1、当粘土试样加热到800℃以上时，体积开始剧烈收缩，气孔率明显减少，其对应温度称为开始烧结温度T1；

2、温度继续升高，液相量增加，气孔率降至最低，收缩率最大，其对应温度称为烧结温度T2。

3、若继续升温，试样将因液相太多而发生变形，其对应的最低温度称为软化温度T3。

T3与T2的温度差即烧结范围

四、论述题

1、论述生料在煅烧过程中的物理化学变化

答：

（1）干燥与脱水——干燥是物理水的蒸发，脱水是粘土矿物分解放出化合水；

（2）碳酸盐分解——MgCO3=MgO十CO2，CaCO3=CaO十CO2；

（3）固相反应——形成低钙矿物；

（4）液相和熟料的烧结——出现液相，C3S等形成，形成熟料；

（5）熟料冷却——熟料温度降低至室温。

2、论述影响玻璃化学稳定性的因素

答：

（1）玻璃的组成玻璃网络完整性愈高，网络外离子愈少，玻璃化学稳定性愈好。

（2）侵蚀介质的种类水汽侵蚀能力大于水。

弱酸的侵蚀能力大于强酸，因前者中含水多。

碱的侵蚀受阳离子吸附能力，OH-浓度以及生成的硅酸盐溶解度三方面影响。

（3）热历史急冷玻璃较慢冷玻璃网络疏松，其中的离子迁移较容易，因而急冷玻璃的化学稳定性较差；玻璃退火时，若发生析碱，去除表面碱层后，则在玻璃表面形成富硅层，而提高玻璃化学稳定性。

（4）温度压力的影响室温下玻璃相对稳定。

但加温加压后，水的电离大大增加，侵蚀作用加剧，0℃～100℃范围内，温度每升高20K，侵蚀作用增大10倍。

3、论述拟定陶瓷烧成制度的一般原则

答：

⑴坯料在加热过程中的形状变化

通过分析坯料在加热过程中的形状变化，初步得出坯体在各温度或时间阶段可以允许的升、降温速率等。

这些是拟定烧成制度的重要依据之一。

⑵坯体形状、厚度和入窑水分

同一组成坯体，由于制品的形状、厚度和入窑水分的不同，升温速度和烧成周期都应有所不同。

壁薄、小件制品入窑前水分易于控制，一般可采取短周期快烧，大件、厚壁及形状复杂的制品升温不能太快，烧成周期不能过短。

坯体中含大量可塑性粘土及有机物多的粘土时，升温速度也应放慢。

有学者根据不稳定传热过程的有关参数推算出，安全升、降温的速度与陶瓷坯体厚度的平方成反比。

⑶窑炉结构、燃料性质、装窑密度

它们是能否使要求的烧成制度得以实现的重要因素。

所以在拟定烧成制度时，还应结合窑炉结构、燃料类型等因素一道考虑，也就是把需要的烧成制度和实现烧成制度的条件结合起来，否则先进的烧成制度也难以实现。

⑷烧成方法

同一种坯体采用不同的烧成方法时，要求的烧成制度各不相同。

日用瓷的素烧温度总是低于本烧的温度。

釉面砖素烧的温度往往高于釉烧的温度。

一些特种陶瓷可在常压下烧结外，还可用热压法、热等静压法等一些新的方法烧成。

热压法及热等静压法的烧成温度比常压烧结的温度低得多，烧成时间也可缩短。

因此拟定烧成制度时应同时考虑所用的烧成方法。

4、论述影响水泥生料易烧成的主要因素

①．生料的潜在矿物组成。

②．原料的性质和颗粒组成：

原料中石英和方解石含量多，难烧，易烧性差；结晶质粗粒多，易烧性差。

③．生料中次要氧化物和微量元素：

含少量，有利于熟料形成，易烧性好，但含量过多，不利于煅烧。

④．生料的均匀性和生料粉磨细度：

生料均匀性好。

粉磨细度细，易烧性好。

⑤．矿化剂：

掺加各种矿化剂，均可改善生料的易烧性。

⑥．生料的热处理：

生料的易烧性差，就要求烧成温度高，煅烧时间长。

生料煅烧过程升温速度快，有利于提高新生态产物的活性，易烧性好。

⑦．液相：

生料煅烧时，液相出现温度低，数量多，液相粘度小，表面张力小，离子迁移速度大，易烧性好，有利于熟料的烧成。

⑧．燃煤的性质：

燃煤热值高、煤灰分少、细度细，燃烧速度快，燃烧温度高，有利于熟料的烧成。

⑨．窑内气氛：

窑内氧化气氛煅烧，有利于熟料的形成。

5、论述硅酸盐水泥熟料的矿物组成和性能

（1）C3S性质：

凝结时间正常，水化较快，放热较多，早期强度高且后期强度增进率较大。

28d强度可达1年强度的70%～80%，28d强度和1年强度在四种矿物中均最高，但水化热较高，抗水性较差。

2150℃～1250℃稳定存在，1250℃以下分解为C2S＋和CaO，速率很慢，故室温下呈C3S介稳状态存在。

（2）C2S性质：

水化反应较慢，28d仅水化20%左右。

凝结硬化缓慢，早期强度较低，但后期强度增长率较高，在1年后可赶上阿利特。

贝利特的水化热较小，抗水性较好

（3）C3A性质：

水化迅速，放热多，易使水泥急凝，硬化快，强度3d内发挥出来，但绝对值不高，以后几乎不增长，甚至倒缩，干缩变形大，需加石膏等作缓凝剂。

抗硫酸盐性能差。

（4）C4AF性质：

水化速度早期介于C3A~C3S之间，但随后发展不如C3S，早期强度类似于C3A，后期还能不断增长，类似C2S

抗冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热较C3A低，但难磨

道路水泥和抗硫酸盐水泥中，C4AF含量应高为好。

6、玻璃熔制的过程及其影响因素？

答：

（1）过程：

烧结体的形成；玻璃液的形成；玻璃液的澄清；玻璃的均化；玻璃液的冷却

（2）影响因素：

a.玻璃组成；

b.玻璃液的粘度、表面张力；

c.原料的种类、原料的挥发、原料的粒度；

d.配合料的质量；

e.熔制作业制度。