无机非金属材料学考试重点思考题及作业

0 绪论
1、胶凝材料及水泥的定义与分类
2、玻璃的定义、分类与通性
3、陶瓷的定义与分类
1 无机非金属材料工艺原理
1.1 原料及其预处理
1、钙质原料在无机非金属材料（水泥、陶瓷、玻璃）生产中的作用
2、粘土类原料的三种矿物组成
3、粘土的工艺性质，如粘土可塑性、粘土触变性
4、石英类原料在无机非金属材料（水泥、陶瓷、玻璃）生产中的作用
5、玻璃澄清剂的定义
6、生产中预烧工业氧化铝的作用
1.2 无机非金属材料的组成及配料计算
一、水泥熟料的组成与配料计算
1、水泥熟料四种熟料矿物的水化特性
2、阿利特、贝利特、才利特定义
3、游离氧化钙的定义与危害
4、石灰饱和系数KH的公式推导过程、计算公式及物理意义
5、硅率、铝率的计算公式与物理意义
6、熟料组成的选择及影响因素
7、影响生料易烧性的因素
二、陶瓷的组成设计及配料计算
1、陶瓷的组成：结晶物质、玻璃态物质、气孔
2、陶瓷配料的四种表示方法
3、确定陶瓷配方应注意的问题
4、根据化学组成计算瓷坯的实验式
三、水泥生料粉磨
1、立式磨的优点
四、陶瓷坯料制备
1、陶瓷坯料的分类及对不同坯料的质量要求
2、喷雾干燥造粒过程的四个影响因素
3、常用于调整陶瓷坯料性能的三种添加剂，以及对添加剂的要求
五、陶瓷坯体成型与干燥
1、陶瓷成型的定义，及选择成型方法的依据
2、逐渐成型、可塑成型与压制成型的定义与原理
3、等静压成型的定义
4、干燥过程的四个阶段。

《材料化学第七章无机非金属材料课后习题及答案》7-1.名词解释玻璃体：熔体冷却后呈坚硬无定形状态的无机物陶瓷：所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的各种制品p-型半导体：以空穴为载流子的半导体蒙脱土：两个四面体片夹一八面体片组成一个晶片，八面体片中，部分Mg取代Al而使层片带负电，多余电荷由层间阳离子中和。

结构陶瓷: 作为工程结构材料使用的陶瓷材料高岭土：四面体片与八面体片通过共用氧原子结合成一个晶片，晶片间以氢键相连，水化时基本不膨胀。

介电陶瓷：具有介电性能的陶瓷，即在电场作用下带电粒子只能产生微观上的位移而不能进行宏观上的迁移的性质的陶瓷。

铁电陶瓷：具有铁电性能的陶瓷，即在除去外电场后仍保持部分极化状态的陶瓷压电陶瓷：具有压电效应，能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。

超导体：具有在超低温下失去电阻性质的物质。

7-2材料科学中得三大基础材料是什么？金属材料、无机非金属材料及高分子材料7-3.硅酸盐玻璃与硅酸盐陶瓷结构上有哪些区别？在结构上，硅酸盐玻璃是非晶态的，而硅酸盐陶瓷是晶态的。

7-4简述传统陶瓷制造主要原料。

粘土、石英矿、长石7-7.功能陶瓷按其功能性质不同，可以分为哪几大类？各举一例说明功能陶瓷按其功能性质不同，可分为介电陶瓷、导电陶瓷、敏感性陶瓷、光学陶瓷以及生物陶瓷。

7-8“白石墨”是指何种陶瓷？六方氮化硼陶瓷7-14热敏陶瓷按其响应性质可分为哪两类？热敏陶瓷分为热敏电容、热敏电阻及热释电材料三种7-16.GaAsIC与SiIC相比，性能特点如何？高频率、高速度、大功率、低噪声、低功耗、工作频率一般在5-10GHz以上。

第一章无机材料物理基础1. 画出下列图样的结晶学原胞，固体物理学原胞，不喇菲格子基矢。

（提示将p,q,b,d看作4中不同的原子）qp db qp db qp db qp db qpdb qp db qp db qp db qp bdqp db qp db qp db qp db qpdb qp db qp db qp db qp bdqp db qp db qp db qp db qp2. 下列结构是什么样的格子？是不是不喇菲格子？如果不是，有几个子格子沿什么方向套购而成？底心立方面心立方侧心立方3. Na在23K从体心立方转变到六角密堆结构，假定转变时密度保持不变，六角相的晶格（复式格子）常数a是多少？（立方相的a=4.23A，六角相的c/a=1.633)提示：密度等于晶胞内含的原子数/晶胞体积。

4. 在简立方晶胞中画出下列平面和方向：（122），[122]；（1-12），[1-12]5. 在面心立方结构中，原子面密度最大的平面是什么平面？铜是面心立方结构，计算这个面密度（原子数/厘米2），a=1。

6. 画出二维格子的倒格子，并将由倒格子基矢确定的原胞和第一布里渊区的画法比较。

（a1=1.25A, a2=2.50A, g=1200 ）7. 试证面心立方格子和体心立方格子互为正倒格子。

8. Cu靶发射的X射线l=1.544，证明在铝中从（111）面反射的反射角是19.2o，并计算此晶面的面间距。

(a=4.05)9. 钙钛矿型结构如下图，分别画出氧离子为顶点、钛离子为顶点的原胞。

10. 如果晶体的体积可写成V=NbR3，式中N为晶体中的离子数，R为原子间的最近距离，求出下列晶格的b值。

（1）氯化钠晶体（2）面心立方单原子（3）体心立方单原子11. Cu靶发射的X射线l=1.544，证明在铝中从（111）面反射的反射角是19.20，并计算此晶面的面间距。

12 . 已知：a1=0.5，a2=1 g=90o(1) 求其对应的倒格子的基矢(2) 位矢：Rl=5a1+2a2 求该位矢的长度|Rl|(3) 倒格矢：Kn=3b1+4b2 求该倒格矢的长度|Kn|(4) 画出倒格子空间的第一、第二布里渊区，并在其中画出满足衍射加强条件的入射波矢、反射波矢、倒格矢的矢量关系。

《无机非金属材料概论》201309思考题答案玻璃：1.名词解释：桥氧、非桥氧、配位数。

桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧离子，即起“桥梁”作用的氧离子。

非桥氧：仅与一个成网离子相键连，而不被两个成网多面体所共的氧离子则为非桥氧。

配位数：直接同中心离子（或原子）配位的原子数目叫中心离子（或原子）的配位数。

2.了解硅酸盐结构形态与桥氧与非桥氧之间的关系。

在无机非金属材料中，硅酸盐晶体结构有一个共同的特点，即均具有[SiO4]四面体，并遵循由此导出的硅酸盐结构定律。

[PO4]四面体，[BO4]四面体，[BO3]三角体，[AlO4]四面体，[AlO6]八面体。

硅酸盐矿物的晶体结构中，最基本的结构单元是Si-O络阴离子。

除硅灰石膏结构中 Si4+具有6次配位，形成Si-O6配位八面体而属于六氧硅酸盐外，其他所有硅酸盐矿物都属于四氧硅酸盐。

其Si4+具有4次配位，形成Si-O4配位四面体。

这样的硅氧四面体在结构中可以孤立地存在，彼此间由其他金属阳离子来连接。

但硅氧四面体间经常还可通过共用角顶上的O2-(称为桥氧)而相互连接，从而构成四面体群、环、链、层和架等不同连接形式的所谓硅氧骨干。

硅氧骨干与硅氧骨干之间再借助于其他金属阳离子来连接。

3.无机非金属材料与其它材料相比在结构性能上有哪些特点？1）具有比金属键和纯共价键稳定的离子键和混合键——脆性。

2）比金属的晶体结构复杂，没有自由电子。

3）熔点高，硬度高，脆性大，透明度高，导电性低，抗化学腐蚀能力强。

4）绝大多数是绝缘体，导热系数低，受热变形小。

4.什么是玻璃态物质的四个通性？解释之。

1）各向同性玻璃体的任何方向具有相同性质。

就是说，玻璃态物质各个方向的硬度、弹性模量、热膨胀系数、热传导系数、折射率、导电率等都是相同的。

2）介稳性玻璃处于介稳状态，就是说，从熔体冷却或其他方法形成玻璃时，系统所含的内能并不处于最低值。

当玻璃从液态向固态转化时，玻璃的内能大于同组成晶体的内能，玻璃的体积大于同组成晶体的体积。

无机非金属材料专业试题及答案(无机非金属材料专业)试卷一、单选：（每题1分，共20分）1、影响熟料安定性的主要因素是（）。

A.一次游离氧化钙B.二次游离氧化钙C.固溶在熟料中的氧化镁D.固溶在熟料中的氧化钠2、粉磨水泥时，掺的混合材料为：矿渣16%，石灰石5%，则这种水泥为（）A.矿渣硅酸盐水泥B.普通硅酸盐水泥C.复合硅酸盐水泥D.硅酸盐水泥3、以下哪种措施有利于C3S的形成？（）A.降低液相粘度B.减少液相量C.降低烧成温度D.缩短烧成带4、国家标准规定，通用硅酸盐水泥中各个品种的初凝时间均不得早于（）A.45分钟B.55分钟C.60分钟D.390分钟5、和硅酸盐水泥相比，掺有混合材料的水泥的如下那个性质较差（）A.耐水性B.后期强度C.抗冻性D.泌水性6、引起硅酸盐水泥熟料发生快凝主要原因是（）A.C3S水化快B.C3A水化快C.C4AF水化快D.C2S水化快7、水泥产生假凝的主要原因是（）A.铝酸三钙的含量过高B.石膏的掺入量太少C.磨水泥时石膏脱水D.硅酸三钙的含量过高8、根据GB/T175-2007，下列指标中属于选择性指标的是（）A.KH减小，SM减小，铝率增大。

B.KH增大，SM减小，铝率增大。

C.KH减小，SM增大，铝率减小。

D.KH增大，SM增大，铝率增大。

9、硅酸盐水泥熟料的烧结范围一般在（）A.50-80℃B.80-100℃C.100-150℃D.150-200℃10、国家标准规定矿渣硅酸盐水泥中SO3（）A＜3.5%B≤3.5%C＜4.0%D≤4.0%11、复合硅酸盐水泥的代号是（）A P·SB P·OC P·FD P·C12、国家标准规定骨质瓷的热稳定性为（）A.140℃B.160℃C.180℃D.200℃13、一般来说，凡烧成温度降低幅度在(）以上者，且产品性能与通常烧成的性能相近的烧成方法可称为低温烧成。

A.40-60℃B.60-80℃C.80-100℃D.100-120℃14、炉温为1250-1400℃的电炉，电热体可采用（）。

无机非金属材料工学思考题Last revision on 21 December 2020绪论（2 学时）一、基本概念1、无机非金属材料的定义2、无机非金属材料的分类二、判断题1、所有无机非金属材料都具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性。

（）2、日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷和搪瓷属于传统无机非金属材料，而化工陶瓷和电瓷属于新型无机非金属材料。

（）3、新型无机非金属材料和传统无机非金属材料划分的根本依据是二者的原料不同。

（）三、思考题1、查阅资料，总结陶瓷、玻璃、水泥及耐火材料的发展简史。

（注意：在陶瓷、玻璃、水泥及耐火材料之中任选一种材料来总结，要求注明参考文献的出处。

）2、查阅有关资料，列举1～2种你认为能充分发挥无机非金属材料作用的地方。

（注意：要求注明参考文献的出处。

）第一篇生产过程原理概述（1 学时）一、基本概念二、判断题1、无机非金属材料的大宗产品，如水泥、玻璃、砖瓦、陶瓷、耐火材料的原料大多来自储量丰富的天然非金属矿物，如石英砂、粘土、长石、氧化铝、氧化锆、石灰石、白云石、硅灰石和碳化硅等。

（）2、无机非金属材料的原料大多来自天然的矿物，一般是经过配料后进行各种热处理或成型、煅烧。

（）3、水泥的生产过程可以用P-H-P来表示；而水泥的使用，即混凝土的制备则是一个单独的成型过程P。

（）4、玻璃和铸石的生产过程可以表示为P-H-F。

（）三、思考题1、无机非金属材料生产过程的共性是指什么2、水泥、陶瓷、玻璃和耐火材料的生产过程有什么异同第一篇生产过程原理第一章原料（4 学时）一、基本概念1、陶瓷原料标准化2、粘土3、粘土的可塑性、塑性指数和塑性指标4、粘土的离子交换性、离子交换容量5、触变性、厚化系数6、粘土的干燥收缩、烧成收缩、总收缩7、烧结温度、烧结范围8、膨化性、膨胀容二、判断题1、原料是材料生产的基础，其作用主要是为产品结构、组成及性能提供合适的化学成分和加工处理过程所需的各种工艺性能。

1、如何给出无机非金属材料的定义，并对其进行合理的分类？用实例列举所分类别的材料特征。

2、无机非金属材料生产的共性有哪些？透过这些共性，如何理解无机非金属材料的特点？3、无机非金属材料生产的个性有哪些？透过这些个性，如何理解无机非金属材料的特点4、何为三组分陶瓷？这代表了材料制备的什么思想，如何据此研发材料？试举例说明之。

5、陶瓷、水泥、玻璃和耐火材料所用原料及其对原料的质量要求?6、陶瓷、水泥、玻璃和耐火材料的生产过程有什么异同？7、查找相关标准，掌握我国电瓷的分类情况，并简述各类电瓷的性能特征及生产工艺要点？8、试简述粘土的成因类型及其特征，并据此分析各成因类型粘土的工艺性能及其在陶瓷制备中的应用情况？9、如何描述粘土的组成特征？如何测量之?10、如何对陶瓷原料进行精选？其主要目的及工艺方案有哪些？11、简述“陶瓷原料标准化”的主要含义？在我国应如何加强对陶瓷原料质量的控制？12、举例说明陶瓷、耐火材料原料的煅烧目的和作用是什么？13、简述石英的晶型转变及其在陶瓷工艺过程中的影响。

14、为什么制备陶瓷用的工业氧化铝原料需要煅烧？如何判断氧化铝的煅烧质量，试简述原因。

15、粘土的工艺性质有哪些?如何表征粘土的工艺性质。

在现场，是否有简单的“土”办法来描述粘土的工艺性质，试举例说明之。

16、何为粘土的可塑性？粘土可塑性在陶瓷生产中有何作用？如何测量塑性指数和塑性指标？17、粘土的干燥收缩、烧成收缩、总收缩各指什么？如何用公式表示之？18、陶瓷坯体的放尺率指什么？有哪些放尺率，如何用公式表示之？19、高铝矾土、红柱石、硅线石、蓝晶石类原料可否用作制备陶瓷的原料？在陶瓷坯体中，它们可能会起什么作用？使用这些原料，要注意什么事项？20、常见的石英原料有哪些类型，试用实例简述其特征及其在制备无机非金属材料的作用。

21、我国南方瓷石矿石，常常要进行淘洗。

淘洗前后的矿石，矿石的成分将会发生什么样的改变？22、简述自然界长石的分布状况及其主要类型，它们在陶瓷制备中起何作用?23、可以用哪些天然原料作为长石类原料的替用品？24、简述钙质、镁质原料的主要类型及其在无机非金属材料制备中的作用。

思考题：1、玻璃的原料包括哪些？玻璃原料：凡能被用于制造玻璃的矿物原料、化工原料、碎玻璃等统称为玻璃原料。

玻璃原料按用量与作用可分为主要原料和辅助原料。

主要原料：指向玻璃中引入各种组成氧化物的原料，如石英砂(SiO2)、石灰石和纯碱等。

辅助原料：为了使玻璃获得某种必要的性质和加速溶制过程的原料。

如Al2O3、Na2O、CaO、MgO、澄清剂、着色剂、脱色剂、氧化—还原剂、乳浊剂及其它。

2、玻璃的辅助原料主要有哪些？1、澄清剂定义：凡在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或呢过降低玻璃粘度促使玻璃液中气泡排除的原料。

2、着色剂根据机理分为三类：（1）离子着色剂——Mn,Cr,Co,Cu等化合物(2) 胶体着色剂——三氯化金(AuCl3)、铜和银化合物等（3）硫硒化合物着色剂——硒粉、硫化镉、硒化镉3、脱色剂是指减弱铁氧化物对玻璃着色的影响。

根据脱色机理分为2类：（1）化学脱色剂——As2O3,Sb2O3,Na2S和硝酸盐等(2）物理脱色剂——Se,MnO2,NiO,Co2O3等4、氧化剂和还原剂氧化剂：熔制玻璃时能释放出氧的原料。

如硝酸盐NaNO3,KNO3,Ba(NO3)2、CeO2、As2O3、Sb2O5等还原剂：熔制玻璃时能释吸收氧的原料。

如碳（煤粉、焦炭、木屑）、酒石酸钾、氧化锡等。

5、乳浊剂乳浊剂：是玻璃产生乳白而不透明的原料。

6、其它原料玻璃工业的原料主要是矿物原料和工业原料。

国内目前采用的是含碱矿物、矿渣、矿尾，并引入部分氧化钠：天然碱、珍珠岩、钽铌尾矿、碎玻璃等。

3、简述影响玻璃熔制过程的工艺因素。

玻璃熔制过程的因素：燃料耗量、产品的产量及质量、产品成本等。

主要因素有：（1）玻璃成分；（2）原料及配合料的性质；（3）加速剂的使用；（4）加料方式；（5）熔制制度；（6）辅助电熔和搅拌。

1玻璃的成分化学组成对熔制速度有决定性的影响。

不同组成的玻璃其相应的配合料和助熔剂含量不同使玻璃的熔化速度不同。

《无机非金属材料概论》201309思考题答案玻璃：1.名词解释：桥氧、非桥氧、配位数。

桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧离子，即起“桥梁”作用的氧离子。

非桥氧：仅与一个成网离子相键连，而不被两个成网多面体所共的氧离子则为非桥氧。

配位数：直接同中心离子（或原子）配位的原子数目叫中心离子（或原子）的配位数。

2.了解硅酸盐结构形态与桥氧与非桥氧之间的关系。

在无机非金属材料中，硅酸盐晶体结构有一个共同的特点，即均具有[SiO4]四面体，并遵循由此导出的硅酸盐结构定律。

[PO4]四面体，[BO4]四面体，[BO3]三角体，[AlO4]四面体，[AlO6]八面体。

硅酸盐矿物的晶体结构中，最基本的结构单元是Si-O络阴离子。

除硅灰石膏结构中 Si4+具有6次配位，形成Si-O6配位八面体而属于六氧硅酸盐外，其他所有硅酸盐矿物都属于四氧硅酸盐。

其Si4+具有4次配位，形成Si-O4配位四面体。

这样的硅氧四面体在结构中可以孤立地存在，彼此间由其他金属阳离子来连接。

但硅氧四面体间经常还可通过共用角顶上的O2-(称为桥氧)而相互连接，从而构成四面体群、环、链、层和架等不同连接形式的所谓硅氧骨干。

硅氧骨干与硅氧骨干之间再借助于其他金属阳离子来连接。

3.无机非金属材料与其它材料相比在结构性能上有哪些特点？1）具有比金属键和纯共价键稳定的离子键和混合键——脆性。

2）比金属的晶体结构复杂，没有自由电子。

3）熔点高，硬度高，脆性大，透明度高，导电性低，抗化学腐蚀能力强。

4）绝大多数是绝缘体，导热系数低，受热变形小。

4.什么是玻璃态物质的四个通性？解释之。

1）各向同性玻璃体的任何方向具有相同性质。

就是说，玻璃态物质各个方向的硬度、弹性模量、热膨胀系数、热传导系数、折射率、导电率等都是相同的。

2）介稳性玻璃处于介稳状态，就是说，从熔体冷却或其他方法形成玻璃时，系统所含的内能并不处于最低值。

当玻璃从液态向固态转化时，玻璃的内能大于同组成晶体的内能，玻璃的体积大于同组成晶体的体积。

复习大纲
一、概念题
1.无机非金属材料
2.熔块釉
3.生料釉
4.二次烧成
5.开始烧结温度
6.示性矿物组成
7.耐火度
8.触变性
9.混凝土.
10.水泥
二、简答题
1. 简述釉的组成（按其在釉中所起的作用）。

2. 在陶瓷生产中对坯料质量有哪些基本要求？
3. 简述真空练泥的作用。

4. 简述耐火材料的使用性质。

5. 简述陈化的作用。

6. 玻璃退火和淬火的目的是什么？各包括几个阶段？
7. 粘土矿物的按照成因分类。

8. 坯料的类型有哪些？
9. 玻璃的通性是什么？
10. 石英在陶瓷生产中发挥的主要作用。

三、问答题
1.试述坯—釉中间层对坯釉适应性的影响。

2.试述陶瓷工业用二氧化硅原料主要结晶矿物—石英随温度变化发生晶型转化的情况。

3.试述我国传统细瓷生产的主要原料—瓷石的主要成分及其作用。

4.试述玻璃的两大结构学说，并比较两者的不同。

5.试述粘土在陶瓷生产中的主要作用。

6.试述轻质耐火材料的优缺点，并列举至少三个生产轻质耐火材料的方法。

7.试述陶瓷三大原料之一的长石的化学式、结构式及作用。

8.试述提高坯料可塑性的措施。

9.试述陶瓷配料的主要依据。

10.试述釉料配方常用的助熔剂并给出使用注意事项。

四、计算题
实验式的计算方法。