无机非金属材料制备工艺技术交流试题及答案

无机非金属材料制备工艺技术交流试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.采用溶胶凝胶法制备SiO₂气凝胶时，最关键抑制开裂的工序是（）A.超临界干燥 B.常温干燥 C.真空干燥 D.冷冻干燥答案：A2.在水泥熟料煅烧过程中，C₃S（硅酸三钙）大量形成的温度区间是（）A.1000–1100℃ B.1100–1200℃ C.1200–1300℃ D.1300–1450℃答案：D3.下列氧化物中，作为玻璃网络形成体且配位数为4的是（）A.Na₂O B.CaO C.Al₂O₃ D.SiO₂答案：D4.采用热压烧结制备Si₃N₄陶瓷时，常添加的烧结助剂组合为（）A.MgO＋Al₂O₃ B.Y₂O₃＋AlN C.ZrO₂＋TiO₂ D.B₂O₃＋P₂O₅答案：B5.在浮法玻璃成型中，决定玻璃带平衡厚度的主要物理量是（）A.玻璃密度 B.表面张力与重力平衡 C.黏度温度梯度 D.拉边机速度答案：B6.水热合成法制备纳米TiO₂时，提高晶型转变锐钛矿→金红石的有效手段是（）A.提高pH B.降低温度 C.延长保温时间 D.加入F⁻矿化剂答案：C7.传统陶瓷坯体中，常用作助熔剂降低烧成温度的矿物是（）A.石英 B.长石 C.高岭石 D.方解石答案：B8.采用碳热还原法合成SiC粉末时，理论上1molSiO₂需配碳量为（）A.1mol B.2mol C.3mol D.4mol答案：C9.在Al₂O₃陶瓷注射成形喂料中，提高生坯强度的最主要组分是（）A.石蜡基主粘结剂 B.邻苯二甲酸酯增塑剂 C.硬脂酸润滑剂 D.聚乙烯副粘结剂答案：D10.下列表征手段中，可直接测定玻璃转变温度Tg的是（）A.XRD B.DSC C.SEM D.FTIR答案：B11.对于ZrO₂增韧Al₂O₃陶瓷，其增韧机理主要是（）A.微裂纹增韧 B.相变增韧 C.纤维拔出增韧 D.晶须桥联增韧答案：B12.在水泥粉磨过程中，加入三乙醇胺的主要作用是（）A.助磨剂 B.缓凝剂 C.早强剂 D.减水剂答案：A13.采用熔融淬冷法制备Bi系高温超导块材时，需控制冷却速率为（）A.0.1–1K/min B.1–10K/min C.10–100K/s D.10⁵–10⁶K/s答案：D14.下列因素中，对溶胶凝胶薄膜厚度影响最小的是（）A.溶胶黏度 B.提拉速度 C.环境温度 D.衬底晶格常数答案：D15.制备透明YAG陶瓷时，需将原料粉体球磨至比表面积大于（）A.1m²/g B.5m²/g C.15m²/g D.50m²/g答案：C16.在水泥水化放热曲线中，第Ⅱ阶段称为（）A.初始期 B.诱导期 C.加速期 D.衰减期答案：B17.采用喷雾干燥制备陶瓷造粒粉时，进口热风温度一般控制在（）A.80–120℃ B.120–180℃ C.200–350℃ D.400–500℃答案：C18.下列玻璃中，耐碱侵蚀性能最好的是（）A.钠钙硅玻璃 B.铝硅酸盐玻璃 C.硼硅酸盐玻璃 D.磷酸盐玻璃答案：B19.对于反应烧结SiC，其素坯密度与最终密度关系是（）A.素坯密度越高，最终密度越低 B.素坯密度与最终密度无关C.素坯密度越高，最终密度越高 D.素坯密度越低，线性收缩越大答案：C20.采用CVD法制备金刚石薄膜时，常用碳源气体为（）A.C₂H₂ B.CH₄ C.C₂H₅OH D.CO₂答案：B二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选少选均不得分）21.下列属于水泥熟料矿物的有（）A.C₃S B.C₂S C.C₃A D.C₄AF E.CaO答案：ABCD22.影响陶瓷烧结致密化的关键因素包括（）A.粉体粒径 B.烧结温度 C.保温时间 D.气氛氧分压 E.样品颜色答案：ABCD23.关于溶胶凝胶法，下列说法正确的有（）A.可在低温合成多组分氧化物 B.易于制备薄膜与纤维 C.原料成本高 D.干燥收缩小 E.可分子级均匀混合答案：ABCE24.下列属于玻璃网络外体的氧化物有（）A.Na₂O B.K₂O C.CaO D.MgO E.SiO₂答案：ABCD25.采用水热法合成纳米羟基磷灰石时，需控制的工艺参数有（）A.温度 B.pH C.Ca/P摩尔比 D.反应时间 E.搅拌速度答案：ABCDE26.下列措施可提高陶瓷热震稳定性的有（）A.降低热膨胀系数 B.提高弹性模量 C.引入微裂纹 D.提高导热率 E.降低泊松比答案：ACD27.关于ZrO₂的相变，下列说法正确的有（）A.单斜→四方为马氏体相变 B.相变伴随3–5%体积收缩 C.添加Y₂O₃可稳定四方相D.相变增韧需控制晶粒尺寸 E.相变温度随Y₂O₃含量升高而降低答案：ACD28.下列属于传统陶瓷成型方法的有（）A.注浆成型 B.可塑成型 C.干压成型 D.流延成型 E.3D打印答案：ABC29.下列关于水泥水化产物说法正确的有（）A.CSH凝胶占水化产物体积50%以上 B.CH晶体呈六方板状 C.钙矾石呈针状D.单硫型水化硫铝酸钙为立方晶体 E.CSH化学组成固定不变答案：ABC30.采用CVD法制备SiC纤维，需具备的条件有（）A.前驱体含SiCl键 B.载气为H₂ C.沉积温度>1000℃ D.气氛为氧化性 E.基底为钨丝答案：ABCE三、填空题（每空1分，共20分）31.水泥熟料四种主要矿物中，早期强度最高的是________，体积收缩最小的是________。答案：C₃S；C₂S32.浮法玻璃锡槽保护气体通常采用________与________的混合气。答案：N₂；H₂33.溶胶凝胶过程中，TEOS完全水解的化学方程式为：________。答案：Si(OC₂H₅)₄+4H₂O→Si(OH)₄+4C₂H₅OH34.反应烧结SiC的两大主要原料为________与________。答案：SiC粉；碳粉35.陶瓷烧结后期封闭气孔排除需满足气孔内气压________外界烧结气氛压力。答案：≤36.在Y₂O₃稳定ZrO₂中，若Y₂O₃摩尔分数为3%，则稳定相为________相。答案：四方37.水泥水化放热量测定常用________量热仪，其原理为________热流。答案：等温；传导38.传统陶瓷烧成温度范围一般为________℃，对应瓷化阶段的吸水率应<________%。答案：1200–1300；0.539.采用喷雾干燥所得陶瓷造粒粉，其颗粒形貌理想为________，松装密度可提高________%。答案：球形；20–3040.制备透明AlON陶瓷时，需将素坯在________气氛下烧结至________℃以上。答案：N₂；1850四、简答题（每题8分，共40分）41.简述水泥熟料形成四个主要温度阶段及对应的物理化学变化。答案：（1）100–400℃：自由水蒸发，黏土脱除吸附水；（2）400–900℃：黏土结构水脱除，高岭石→偏高岭石，碳酸盐开始分解；（3）900–1300℃：CaCO₃大量分解为CaO与CO₂，CaO与SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃反应生成C₂S、C₃A、C₄AF；（4）1300–1450℃：液相出现，C₂S+CaO→C₃S，完成熟料矿物形成，冷却后得波特兰水泥熟料。42.说明溶胶凝胶法制备SiO₂薄膜出现裂纹的三大原因及对应解决措施。答案：（1）干燥收缩应力：采用超临界干燥或分段升温干燥；（2）膜厚过大：降低提拉速度或稀释溶胶；（3）衬底与凝胶热膨胀失配：选用热膨胀系数接近的衬底或引入有机改性剂增韧。43.比较热压烧结（HP）与放电等离子烧结（SPS）在制备纳米YAG陶瓷时的优缺点。答案：HP：优点——设备简单、压力高（>30MPa），致密度>99%；缺点——升温慢（~10℃/min），晶粒易长大。SPS：优点——升温速率快（>100℃/min），脉冲电流净化颗粒表面，晶粒细小；缺点——设备昂贵，样品尺寸受限，温度场不均匀。44.写出反应烧结SiC的宏观反应式，并说明为何该工艺可实现近零收缩。答案：宏观反应：Si(l)+C(s)→SiC(s)液态Si渗入多孔CSiC坯体，与残余C反应生成SiC，新生SiC体积恰好填充孔隙，故净体积变化≈0，实现近零收缩。45.列举三种提高玻璃化学强化（离子交换）效率的途径，并说明原理。答案：（1）多步交换：先小离子后大离子，降低表面应力松弛；（2）电场辅助：外加直流电场加速Na⁺→K⁺扩散，提高交换深度；（3）熔盐添加Zn²⁺：Zn²⁺进入网络间隙，扩大通道，降低K⁺扩散激活能。五、综合计算与分析题（共50分）46.（15分）采用固相法合成莫来石（3Al₂O₃·2SiO₂），原料为γAl₂O₃（比表面积100m²/g，粒径0.1μm）与石英粉（比表面积3m²/g，粒径5μm）。（1）写出合成反应式；（2）按化学计量比计算100g莫来石所需各原料质量；（3）分析为何实际烧成温度比热力学预测高200℃，并提出两条降低温度的措施。答案：（1）3Al₂O₃+2SiO₂→3Al₂O₃·2SiO₂（2）M(莫来石)=426g/mol，n=100/426=0.235mol需Al₂O₃：3×0.235=0.705mol，m=0.705×102=71.9g需SiO₂：2×0.235=0.470mol，m=0.470×60=28.1g（3）原因：石英粉粒径大、活性低，扩散距离长；措施：①高能球磨石英至0.5μm以下提高活性；②引入1%V₂O₅作矿化剂降低液相形成温度。47.（15分）某企业采用浮法工艺生产2mm超薄电子玻璃，已知玻璃液密度ρ=2.48g/cm³，表面张力γ=0.34N/m，锡液温度1000℃。（1）利用平衡厚度公式h=√(2γ/ρg)，计算理论平衡厚度；（2）若需获得2mm厚度，拉边机应施加何种力？（3）列举两条克服重力下垂、稳定2mm厚度的工程措施。答案：（1）h=√(2×0.34/(2480×9.81))=5.3×10⁻³m=5.3mm（2）拉边机需施加横向拉力，使玻璃带在锡槽方向受张应力，厚度减至2mm；张力大小由速度差Δv决定，Δv≈(h₀/h1)v₀≈1.65v₀。（3）①采用多级拉边机+红外边缘加热，减小边缘黏度；②在锡槽出口设置负压吸附辊，垂直向上牵引抵消下垂。48.（20分）设计一条年产1000t的溶胶凝胶法制备SiO₂气凝胶绝热毡的连续生产线。已知：气凝胶密度0.08g/cm³，毡体SiO₂质量分数8%，TEOS利用率90%，溶胶固含量5%，超临界干燥收率95%。（1）计算年需TEOS质量；（2）若溶胶老化时间12h，干燥釜单批装500kg湿凝胶，求需干燥釜数量（年工作日330d，24h作业）；（3）画出流程框图并标明三废处理节点；（4）指出能耗最高工序并提出节能方案。答案：（1）年产SiO₂：1000t×8%=80tTEOS理论：80×208/60=277.3t，实际：277.3/0.9=308.2t（2）湿凝胶量：80t/(0.0