2025年超硬磨料制造工适应性考核试卷及答案

2025年超硬磨料制造工适应性考核试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共40分）1.以下哪种材料不属于超硬磨料范畴？A.人造金刚石单晶B.立方氮化硼（CBN）C.碳化硅微粉D.聚晶金刚石（PCD）答案：C2.六面顶压机合成金刚石时，叶蜡石块的主要作用是？A.提供碳源B.绝缘隔热C.传递压力并密封D.催化石墨转化答案：C3.立方氮化硼（CBN）合成过程中，常用的触媒剂是？A.镍基合金B.镁铝合金C.硼镁化合物D.钴基合金答案：B4.超硬磨料生产中，原料石墨的灰分含量需控制在？A.≤0.1%B.≤0.5%C.≤1.0%D.≤2.0%答案：A5.评价金刚石单晶抗压强度时，通常选取的测试颗粒粒度为？A.30/40目B.60/80目C.100/120目D.200/230目答案：B6.超硬磨料微粉的“集中度”是指？A.特定粒级范围内颗粒质量占总质量的比例B.颗粒形状的规则程度C.表面杂质的含量D.颗粒间的团聚程度答案：A7.合成金刚石时，若触媒剂中硫含量过高，可能导致？A.金刚石颜色变浅B.晶体内部出现空洞C.转化率显著提升D.合成压力需求降低答案：B8.立方氮化硼合成温度通常控制在？A.800-1000℃B.1200-1400℃C.1600-1800℃D.2000-2200℃答案：C9.超硬磨料清洗工艺中，氢氟酸主要用于去除？A.金属触媒残留B.硅酸盐杂质C.碳质包裹体D.表面氧化层答案：B10.检测金刚石单晶热稳定性时，常用的加热介质是？A.空气B.氮气C.真空D.氩气答案：D11.六面顶压机的顶锤材质通常为？A.硬质合金（WC-Co）B.高速钢C.不锈钢D.钛合金答案：A12.超硬磨料分级时，水力分级与气流分级的主要区别在于？A.处理量大小B.颗粒形状控制精度C.介质的物理状态D.适用的粒度范围答案：C13.合成金刚石时，若保压时间不足，最可能出现的缺陷是？A.晶体颜色发灰B.晶形不完整（如歪晶）C.内部包裹体增多D.表面裂纹答案：B14.立方氮化硼单晶的莫氏硬度约为？A.9.0B.9.5C.10.0D.10.5答案：B15.超硬磨料生产中，激光粒度仪主要用于检测？A.颗粒表面粗糙度B.粒度分布C.晶体结构D.杂质元素含量答案：B16.合成金刚石用石墨柱的体积密度一般要求为？A.1.6-1.8g/cm³B.2.0-2.2g/cm³C.2.4-2.6g/cm³D.2.8-3.0g/cm³答案：A17.以下哪种工艺不属于超硬磨料后处理步骤？A.酸蚀清洗B.磁选除铁C.高温退火D.触媒合成答案：D18.评价CBN单晶耐氧化性的关键指标是？A.起始氧化温度B.抗压强度保留率C.粒度集中度D.表面润湿性答案：A19.六面顶压机的同步性误差应控制在？A.≤0.1mmB.≤0.5mmC.≤1.0mmD.≤2.0mm答案：B20.超硬磨料制造中，“触媒中毒”是指？A.触媒剂与杂质反应失去活性B.触媒剂用量超过临界值C.触媒剂温度过高分解D.触媒剂与金刚石发生反应答案：A二、判断题（每题1分，共10分）1.人造金刚石的硬度高于天然金刚石。（×）2.立方氮化硼在空气中的热稳定性优于金刚石。（√）3.合成金刚石时，石墨纯度越高，转化率一定越高。（×）4.六面顶压机的工作压力可达5-7GPa。（√）5.超硬磨料微粉的粒度越细，集中度要求越低。（×）6.磁选工序可有效去除金刚石中的非磁性杂质。（×）7.立方氮化硼合成时，压力需高于金刚石合成压力。（√）8.叶蜡石的含水率对合成过程无显著影响。（×）9.金刚石单晶的颜色越深，抗压强度一定越高。（×）10.超硬磨料清洗后需检测电导率以控制残留杂质。（√）三、简答题（每题6分，共30分）1.简述六面顶压机合成金刚石的主要工艺流程。答案：①原料准备：将石墨柱、触媒片按比例组装成合成柱；②装模：将合成柱放入叶蜡石模具，密封后装入压机；③升压加热：启动压机逐步升压至5-7GPa，同时加热至1300-1600℃；④保压保温：维持压力温度30-60分钟，完成石墨向金刚石的转化；⑤卸压冷却：缓慢卸压至常压，自然冷却至室温；⑥卸模处理：取出合成块，经破碎、酸蚀、清洗、分选得到金刚石单晶。2.分析影响立方氮化硼单晶强度的主要因素。答案：①原料纯度：硼粉、氮源或氮化硼原料中杂质（如氧、碳）会降低晶体完整性；②合成参数：压力温度不足会导致晶体缺陷（如位错、微裂纹），过高则可能引起分解；③冷却速率：快速冷却易产生内应力，降低强度；④触媒性能：触媒与原料反应不完全会残留包裹体；⑤后处理工艺：酸蚀过度可能腐蚀晶面，清洗不彻底残留杂质影响结合力。3.超硬磨料微粉分级时，为何需控制“粒度集中度”？列举2种常用分级设备。答案：粒度集中度直接影响磨具的加工精度和寿命：集中度高时，微粉粒度均匀，磨具切削力稳定，表面粗糙度低；集中度低则易导致局部磨损过快或切削不均。常用设备：①水力旋流器（用于亚微米级分级）；②气流分级机（用于微米级干分级）；③振动筛（用于粗颗粒分级）。4.合成金刚石时，若出现“白片”（未转化的石墨片），可能的原因有哪些？答案：①合成压力不足：未达到石墨-金刚石相平衡压力；②加热温度偏低：石墨未充分转化；③触媒剂失效：触媒氧化或与杂质反应失去催化作用；④合成时间过短：反应未完成；⑤装模偏差：合成柱位置偏移导致局部压力温度不均；⑥叶蜡石密封不良：压力泄漏影响转化效率。5.简述超硬磨料生产中“酸蚀清洗”的作用及常用酸液组合。答案：作用：去除合成后残留的触媒金属（如铁、镍、钴）、硅酸盐杂质及碳质包裹体，提高磨料纯度和表面活性。常用酸液组合：①王水（浓盐酸+浓硝酸）：溶解金属触媒；②氢氟酸+硫酸：去除硅酸盐（如叶蜡石残留）；③高氯酸：氧化去除碳质杂质。需根据杂质类型调整酸液配比和处理时间。四、计算题（每题8分，共16分）1.某批次金刚石微粉经筛分后，各粒级质量如下：-3μm占5%，3-5μm占65%，5-7μm占25%，+7μm占5%。计算该微粉的集中度（以3-5μm为目标粒级）。答案：集中度=（目标粒级质量/总质量）×100%=（65%/100%）×100%=65%。2.某金刚石砂轮配方要求结合剂中钴粉与金刚石微粉的质量比为1:4，若需制备5kg结合剂，需投加钴粉和金刚石微粉各多少？答案：设钴粉质量为x，金刚石微粉质量为4x，则x+4x=5kg→x=1kg（钴粉），4x=4kg（金刚石微粉）。五、综合分析题（每题12分，共24分）1.某企业生产的立方氮化硼单晶出现“黄芯”缺陷（晶体中心呈黄色，边缘透明），试分析可能原因及解决措施。答案：可能原因：①合成温度梯度不均：中心温度低于边缘，导致杂质（如氧、碳）在中心富集；②触媒扩散不充分：触媒剂未均匀渗透至原料中心，局部反应不完全，残留杂质；③原料混合不均：硼粉与氮化硼或触媒混合不充分，中心区域原料纯度低；④保压时间不足：中心区域未完全完成相变，残留未转化的前驱体；⑤冷却速率过快：中心与边缘冷却不同步，导致杂质偏析。解决措施：①优化加热系统，确保合成腔内温度均匀（如调整加热碳管功率分布）；②延长触媒与原料的混合时间（如采用球磨混合），提高均匀性；③增加保压时间，确保中心区域充分反应；④减缓冷却速率（如分段冷却），减少热应力和杂质偏析；⑤提高原料纯度（如使用硼含量≥99.5%的高纯硼粉），降低杂质来源。2.某超硬磨料生产线近期频繁出现顶锤碎裂事故，分析可能原因并提出改进方案。答案：可能原因：①顶锤材质问题：硬质合金强度或韧性不足（如钴含量过低、WC晶粒粗大）；②压机同步性差：六面顶压机各顶锤推进不同步，导致局部应力集中；③装模偏差：合成块与顶锤接触面不平整（如叶蜡石模具尺寸误差），受力不均；④操作不当：升压速率过快（超过200MPa/s），或卸压时冲击过大；⑤顶锤磨损严重：长期使用后表面出现凹坑或裂纹，未及时更换；⑥合成压力过高：超过顶锤设计承受极限（如长期在7.5GPa以上运行）。改进方案：