无机非金属材料工艺学习题

第一章问答题1.什么是无机非金属材料？如何分类？ 答：无机非金属材料是以某些元素的氧化物，碳化物，氮化物，卤素化合物，硼化物以及硅酸盐，磷酸盐，硼酸盐等物质组成的材料，是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。 无机非金属材料品种和名目极其繁多，用途各异。因此，还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它分为普通的（传统的）和先进的（新型的）无机非金属两大类。其中传统可分为：水泥，陶瓷，耐火材料，玻璃，搪瓷磨料等，而新型的有：先进陶瓷，非晶态材料，人工晶体，无机涂层，无机纤维等。 2.试简述无机非金属材料生产过程的共性与个性。） 答: 无机非金属材料的特性：耐高温；化学稳定性高；高强度、高硬度；电绝缘性好；韧性差。 共性：1，原料：水泥、玻璃、砖瓦、陶瓷、耐火材料的原料大多来自储量丰富的非金属矿物 2，粉料的制备与运输：因原料大多来自天然的硬质矿物，必须进行矿物的破粉碎。粉体颗粒的大小、级配、形状及其均匀性往往直接影响产品的质量和产量。 3，高温加热（热处理） 由于无机非金属材料工业所用原料的稳定性和耐高温性，要使它们相互反应生成新的高度稳定的物质或使其形成熔融体，必须要在较高的温度下进行（一般都在 1000C 以上）， 4，成形 由粉体变成产品都有一个成形过程。 5，干燥 由于有些天然原料如粘土、砂等常含有水分而不好加工，需要烘干。各种浆体都要脱水烘干，成形后的制品必须经过于燥，才能进入烧成。 个性：粉体的制备过程以 P 来表示，热处理过程用 H 来表示，成形以 F 来表示 （一）胶凝材料类 这类产品首先要经过热处理，合成能水化的矿物，然后磨成细粉，最后成形。因此，它的生产过程组合应是 HPF 。 （二）玻璃、玻璃纤维、铸石、入工晶体类 玻璃，它是利用硅酸盐高粘度的熔融体急冷而成。因此它是属 PH-F 系列。 铸石是在玻璃工艺的基础上，再加一晶化过程，可写成 PH FH。 （三）砖瓦、陶瓷、耐火材料类 砖瓦、陶瓷，耐火材料的工艺过程的组合应为 PF H 。 第二章一名词解释1.燃料的低位热值 答：指燃料完全燃烧后，其燃烧产物中的水蒸气仍为气态时所放出的热量。二填空题1.高岭石的理论化学分子式 Al2O3.2SiO2.2H2O，叶腊石的分子式 Al2O3.4SiO2.H2O。 2.钾长石的化学组成是 K2O.Al2O3.6SiO2，钙长石的化学组成 CaO.Al2O3.2SiO2 3.燃料的发热量有高位发热量和低位发热量之分，高位发热量是指燃料完全燃烧且产物中的水蒸气全部冷凝为水时所放出的热量；低位发热量是指燃料完全燃烧后，其燃烧产物中的水蒸气仍为气态时所放出的热量。4.煤的标准发热量（低位发热量，收到基）为 7000kcal/kg 或 29270kJ/kg。 5.按照粘土的主要矿物类型可将其分为高岭石类粘土、伊利石类粘土和蒙脱石类粘土 6.由于粘土形成的复杂性，一般粘土都为多种矿物的混合物，既无固定熔点又无固定的化学组成。7.煤中的硫可以三种形式存在，有机硫、硫化物硫、硫酸盐硫 8.煤中不可燃的氢是化合氢，不可燃的硫是硫酸盐中的硫。 三问答题1.什么是无机非金属材料？如何分类？ 2.粘土类原料如何分类？ 3.粘土的主要化学成分和矿物组成是什么？ 4.什么是粘土的可塑性，离子交换性，触变性，膨化性，耐火度和烧结范围？ 5.石英类原料主要有哪些种类？ 有何品质要求？ 6.石英有哪几种晶型转变和体积变化？7.长石的种类和作用是什么？ 8.什么是燃料发热量？高位发热量和低位发热量的主要区别是什么？什么是标准燃料？其热值是多少？ 答：燃料发热量：燃料第三章一、名词解释1.破碎的定义：破碎是对块状固体物料施用机械方法使之克服内聚力，分裂为若干碎块的作业过程。 2.破碎比：是原料和破碎产品的粒度之比,表征破碎作业前后粒度的变化程度，亦能概略反映破碎机械的作业情况。 3.粒度：表征粉体颗粒所占空间范围的几何尺度，是颗粒物料的基本性质之一。 4.分级：是对由不同粒径的颗粒构成的松散物料，按粒度大小进行分选的一种单元操作。 5.牛顿分级效率：当分级设备将粉状物料分为粗、细两个组分时，可以用牛顿分级效率表示和评价设备的工作效率。其定义式为： n = 粗组分中实有粗粒量/原料中实有细粒量 + 细组分中实有细粒量/原料中实有粗粒量1；如定义 F 为原料量；A 为粗组分量，B 为细组分量；a、b、c 分别为原料、粗组分、细组分中的粗粒比率，则上式可表示为： n=Ab/Fa+B(1c)/F(1a)1=A+B1 6.筛分：是一种应用较广泛的分级作业，将散状颗粒物料置于具有一定尺寸筛孔的筛面上，通过筛面和物料间的相对运动，即可使物料以筛孔尺寸为标准划分为筛上料和筛下料。 7.选粉机的循环负荷率:在闭路系统中，分级机(选粉机)的回料量与成品量之比,以百分数计称为循环负荷率。 二、填空题1.破碎方法有挤压、壁裂、折断、磨剥、冲击五种。 2.超微粉合成方法有： 化学反应法、冷冻干燥法、喷雾干燥法、生成沉淀法、蒸发凝聚法、气相反应法、激光合成法。 3.颚式破碎机主要破碎工艺部件有动颚和定颚;其运动方式和传动结构有三种类型： 简摆式、复摆式、综合摆动式。 4.在闭路粉磨系统中，系统的循环负荷是指分级机的回料量 T 与分级机的成品量 Q 之比。 5.破碎作业中，系统的总破碎比是由系统各级破碎设备破碎比连乘积求得。6.粉磨作业中，原料粒度一般在 10-20mm，而产品料度通常在几十微米，最细可至 2 到 3微米。 7.球磨粉磨时的粉碎比可达 300 以上，但其有效粉磨功仅为 2%左右。 8.流能分级设备的主要分级机理是利用颗粒的重力沉降作用和离心沉降作用进行分级的。 三、问答题1.破碎机械分为哪两大类？相应的施力方式和应用特性是什么？ 答：按照施力方式主要分为挤压式和冲击式两大类。挤压式破碎机包括颚式、旋回、圆锥、辊式和辊压机等类型，这些破碎机在破碎物料过程中，主要通过固定面和活动面对物料的相互挤压力，并可能兼施剪切力而实现粉碎。冲击式破碎机主要指锤式破碎机和反击式破碎机。其特点是利用高速旋转体上的锤子或冲击板来击碎物料，同时兼施剪切力和磨剥作用力。冲击式破碎机具有很大的破碎比，一般用来中细碎大块中硬或软质物料。 2.按照工作速度，粉磨机械分为哪两大类？相应包括哪些粉磨设备？ 答：按粉磨机械的工作速度，分为慢速磨和快速磨两大类，前者包括各类球磨机、砾磨机和自磨机等，后者包括辊式磨，振动磨，行星磨，搅拌磨，冲击磨和气流磨等。 3.影响磨机产量主要因素有哪些？ 答：（1）入磨物料的性质主要表现为粒度、易磨性、温度和水分四个方面入磨物料粒度大，则研磨体的尺寸也要相应增大，而研磨体个数减少削弱了粉磨效果，从而降低了产量，增加了电耗。易磨性是表征物料粉磨难易程度的物理参数，易磨性好产量高，反之则产量低。入磨物料的温度如高于常温，则有多余热量带入磨内，致使磨内温度升高，物料易磨性下降。温度越高则此现象越严重。入磨物料水分应适中。水分过大易使细颗粒粘在研磨体和衬板上，形成“物料垫”，水分过少则影响磨内散热，易产生 “窜磨”跑粗现象。适宜的物料水分为l15。（2）助磨剂在粉磨过程中添加少量助磨剂，可以消除细粉粘附和聚集现象，提高粉磨效率，降低电耗，提高产量。（3）粉磨产品细度产品要求越细，则磨机产量越低。（4）设备和流程设备规格越大产量越高，此外，设备内部结构配置，如各仓长度、衬板、隔仓板的形式等均对粉磨过程有影响。流程则以闭路流程为佳。（5）研磨体研磨体的形状、大小、装填量、级配以及补充等对磨机产量有明显的影响。（6）干法磨机通风良好的磨内通风可冷却磨内物料，改善易磨性，排除水蒸气，增加极细物料的流速，使之及时卸出磨机。（7）干法磨水冷却主要是磨内雾化喷水，可有效带出磨内热量，消除静电凝聚，有利于提高产量。（8）磨机的操作喂料量适当且均衡稳定是提高产量的重要措施。第四章一、名词解释1.混合： 两种或两种以上的粉体在干燥状态或加入微量液体的状态进行搅拌使之均匀分布的操作。 2.混合度：混合物的均匀程度称为混合度，它是分散程度的指标。 二、填空题1.混合机的类型分为三大类:即间歇式混合机、力混合机和连续混合机 。 2.混合机理有以下三种： 对流混合(或移动混合)、扩散混合、剪切混合 3.气力输送装置的主要类型有吸送式、压送式、混合式 三、问答题1.混合的基本原理及影响混合过程的主要因素？ 答：混合机理有以下三种：(1)对流混合(或移动混合) 团块从物料中的一处散批地移动到另一处，类似于流体中的骚动。(2)扩散混合 分离的粒子散布在不断展现的新生料面上，如同一般的扩散作用。(3)剪切混合 在物料团块内部，粒子之间相对缓慢移动，在物料中形成若干滑移面，就像薄层状流体运动。影响混合的因素:A固体粒子的性质固体粒子性质包括：粒子粒度与粒度分布、粒子形状、粒子密度；松散体积密度、表面性质；静电荷；水分含量、脆碎性；休止角；流动能力；抗结团性。B混合机性质混合机性质包括：机身尺寸与几何形状；所用搅拌部件的尺寸、几何形状及清洗性能；进料口的大小与部位；结构材料及其表面加工质量，进料与卸料装置的性能。C运转条件运转条件包括：混合料内组分的多少及其占据混合机体积的比率，各组分进入混合机的方法、次序和速率，搅拌部件或混合机容器的旋转速率。第五章一、名词解释1.均相核化： 均相核化是发生于均匀基质内部，而与相界、结构缺陷等无关的成核过程。 2.异相核化： 异相核化指依靠晶界、相界，或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核的过程。3.均化： 均化作用就是在玻璃液中消除条纹和其他不均体，使玻璃液各部分在化学组成上达到预期的均匀一致。通过测定不同部位玻璃的折射率和密度是否一致，可用来鉴定玻璃液是否均一。 4.分相： 高温下均匀的玻璃态物质(或熔体)在冷却过程中或在一定的温度下热处理时，由于内部质点迁移，而分成两种或两种以上化学组成不同的互不相溶的液相或玻璃相。 5.熔化： 一定组成的配合料经高温反应后而得到的单相、连续体的过程。 二、填空题1.析出晶体一般要经过两个过程，即形成晶核过程和晶体生长过程。 2.微晶玻璃的成核剂分为贵金属和氧化物两大类。 3.微晶玻璃由原始玻璃进行热处理而微晶化。微晶玻璃的结构，取决于热处理的温度制度。它的基本生产过程包括熔制和成形、结晶化前加工、结晶化热处理、微晶玻璃的加工四个阶段，其中结晶化热处理是关键工序。 4.平板玻璃池窑中的反应过程：硅酸盐形成过程、玻璃的形成、澄清、玻璃波的均化、玻璃液的冷却 5. 质量传递、热量传递、动量传递是无机非材料熔化过程中必不可少的过程。 三、问答题1.熔化的基本概念是什么？熔化设备有哪几种？ 答：熔化是将配合料投入耐火材料砌筑的熔窑中，经高温加热，得到无固体颗粒、符合成形要求的各种单相连续体的过程。玻璃熔窑分池窑和坩埚窑两大类。按作业方式分为连续作业熔窑和间歇作业熔窑；按加热方式可分为火焰窑和电热窑；火焰窑主要以固体燃料、液体燃料或气体燃料为其热源；电热窑则有直接加热，辐射加热和感应加热多种形式。 2.影响熔化过程的因素？ 答：配合料化学组成；配合料的物理状态；配合料中熟料引入量；配合料的均匀度；加料方式；熔窑的温度制度；耐火材料的性质；加速剂的应用. 3.促进均化的主要因素有哪些？ 答:(1)扩散 某组分较多的部分向该组分较少的其他部分转移，以达到玻璃液的均化。扩散速度受熔体的温度和粘度的制约。(2)表面张力 熔体的表面张力对玻璃液均化的难易，比粘度更具有决定意义。表面张力大的条纹和不均体，不易消失。而具有较小表面张力的条纹和不均体，则易消失，有助于均化。(3)玻璃液的对流玻璃液温度差，形成玻璃液的对流，也会起一定的搅拌作用。此外，当气泡由玻璃液深处向上浮升时，会带动气泡附近的玻璃液流动，促进均化过程。 4.二次气泡产生的原因有哪些？答：(1)硫酸盐或碳酸盐的热分解；(2)玻璃液流股间的化学反应；(3)耐火材料中小气泡的成核作用而引起二次气泡；(4)溶解气体析出。5.玻璃分相的实质是什么？ 答：玻璃分相是由于阳离子对氧离子的争夺所引起的，在硅酸盐溶体中，硅离子以硅氧四面体形式，把桥氧离子吸到自己的周围，而网络外体（或中间体）阳离子力图将非桥氧离子吸引到自己周围，按其自身结构要求进行排列。网络外体（或中间体）与硅氧网络结构上的差别，使场强较大、含量较多的网络外离子由于系统自由能叫大而不能形成稳定均匀的玻璃，而从硅氧网络中分离出来，使玻璃产生分相。第六章一、名词解释1.成型： 是将配合料制成的浆体、可塑泥团、半干粉料或熔融体，经适当的手段和设备变成一定形状制品的过程。 2.弹性变形：应力和应变存在一一对应关系，他们互为单值函数，当应力消除以后，变形亦随之消失，这种形变称为弹性形变，=E*。 3.粘性流动: 4.塑性流动：当剪切应力达到该极限值时，就立即发生极大的剪切应变，这种形变称为塑性流动其应力和应变的关系可表示为：当 f 时：0；当 =f 时： 可为任意值，直到。 5.流变方程： - f=* 也称本构方程，它说明材料中任一点的应力状态和应变状态之间有着密切的关系，可以用以下的通式来表示。f(，)0 6.触变性： 是指在剪切应力保持一定时，表观粘度将随着剪切应力作用的持续时间而减小，剪切应变速率将不断增加的性质。或者，当剪切应变速率保持不变时，剪切应力将逐渐下降。相反，表观粘度随着应力作用的时间而增加的称反触变性。 7.暂时应力： 在温度低于应变点时、玻璃处于弹性变形温度范围(脆性状态)，在经受不均匀的温度变化时会产生热应力。当温度梯度消失时，应力也消失。这种热应力称为暂时应力。 8.永久应力 ： 当玻璃内温度梯度消失，表面与内部温度皆为常温时，内部残留的热应力，称为永久应力。 9.可塑性：可塑坯料在一定的外力作用下产生形变但不开裂，当外力去掉以后仍能保持其形状不变，这种性质就是坯料的可塑性。 二、填空题1.注浆成形基本方法：空心注浆和实心注浆。 2.可塑性指数是指坯料或粘土的液限与塑限之差。 3.通常情况，弹性模量大的材料其脆性大于弹性模量小的材料。 三、问答题1.简述浆料的成形的通性 答：浇注到模型里的浆体，在短期内充满模型，使其具有模型的形状，然后经脱水(陶瓷浆)或水化(混凝土) ，使其成为自重下不致变形的坯体，即可脱模，并经随后的继续干燥或水化过程变成接近完全的固体。 2.流动度的大小主要决定于哪些因素？ 答：液相自身的粘度、固相颗粒含量、大小、形状、液固两相之间的作用状况等，凡是对以上各点有影响的各种外界条件都对成形过程有影响，如温度、水化时间、外加剂的使用等混凝土密实成型工艺:振动密实成形，压制密实成形，离心脱水密实成形 . 3.陶瓷注浆成型基本方法有哪些？答：将陶瓷配合料制成能流动的浆体，注入模型依靠模具的脱水作用而成形的都称注浆成形。注浆成形基本方法：空心注浆-将泥浆注满石膏模后放置一定时间，待模型内壁粘附一定厚度的坯体后，将余浆倒出，坯体形状在模型内固定，经脱水，收缩后取出。实心注浆/双面注浆-模型从两方面吸取泥浆中的水分，直到模心内腔吸满为止，脱模后是一个实心的物体。 4.注浆成形对泥浆的要求有哪些？ 答：（1）流动性好。即泥浆的粘度要小，能保证泥浆在输送管道内顺畅流动，并可充分流注到模型的各个部位。加稀释剂使同样含水量的泥浆变稀，即提高流动度。（2）稳定性好。泥浆久置后备组分颗粒不会沉淀。（3）具有适当的触变性。（4）含水量要少。在保证流动性的前提下，尽可能减少泥浆的含水量，这样可缩短注浆时间，增加坯体强度，降低干燥收缩，缩短生产周期。加减水剂使同样流动度的泥浆含水量减少。（5）滤过性能好。使泥浆中的水分能顺利地通过附着在模型壁上的泥层而被模型吸收。一般可通过改变泥浆中瘠性原料和塑性原料的含量来调整泥浆的滤过性。(6)形成的坯体要有足够的强度。 5.玻璃的主要成型性质有哪些？玻璃成型制度制定的依据有哪些？ 答:玻璃的主要成型性质：粘度，表面张力，弹性，热性能。玻璃成型制度制定的依据：合理的成形制度应使玻璃在成形各工序的温度和持续时间同玻璃液的流变性质及表面热性质协调一致。即在需要变形的工序，玻璃应有充分的流动度，使其迅速充满模具，充满模具后又要求一定的粘度成形，使表面得到迅速的冷却，出模时不变形，表面不产生裂纹等缺陷。而其粘度和温度有直接对应关系，而成形过程中玻