课程名称：热工基础
一、概念题（本题共8道小题，每小题4分，共32分）
1、由红砖、保温砖、粘土砖组成多层平壁，如层与层间由于接触不紧密而存在空气，则多
层平壁的传导热流量将_____
（a）增大；（b）减小；（c）不变；（d）不能确定。
2、在相同温度下，湿空气的密度总是比干空气大？____________________
3、准数方程Nu =f （Re、Pr、Gr）在自然对流换热时，可简化为：________________
4、在多层平壁内，稳定导热的温度分布曲线为_____________ ;如增加其中任意一层材料的厚
度，则通过传导传热所传递的热量将____________________ 。
5、一种材料的导温系数越大，表示当温度变化时，这种材料内部各点温度趋向均匀一致的
能力越强？____
6、气体的流动速度影响对流换热系数？ ______
7、气体辐射具有选择性？ ____
8、高度抛光的金属材料对热射线有很强的反射能力？________
二、综合题（本题共4道小题，每小题17分，共68分）
1、窑炉燃料量为500kg/h （收到基），煤的成分为C daf=80%,Ad=25%,M ar=80%,求完全燃烧煤
中的碳至少需要多少立方米空气？（空气的温度为20C，大气压强为98kpa）
2、已知煤的相关数据为：Cdaf=70%; Ad=20%, Mar=8.8% , Har=8.8%, Oar=6.3%, Nar=2.1%, Sar=7.1%。求
（1）Car 和Qnet,ar 的大小。
（2）若有该煤干燥无灰基5kg，折合收到基为多少kg？
3、将20 C , [ T5%的新鲜空气与50 C , 2^60%的尾体混合，且
m a1二40 kg /s,m a^ 20 kg / s，新鲜空气和尾气的比热相同，20C和50C饱和水
蒸气分压为2.3379kPa和12.3338kPa。求混合后气体的相对湿度、焓。
4、两无限大平行平面，其表面温度分别为20 C及600C,辐射率均为0.8。在这两平面中安放一块辐射率为0.8或0.05的遮热板，试求这两块无限大平行平面间的净辐射热量。
新型无机非金属材料有哪些 新材料全球交易网 新型无机非金属材料有哪些？“新材料全球交易网”收集整理最全新型无机非金属材料知识点。更多增值服务，请关注“新材料全球交易网”。 一、重要概念 1、新型无机非金属材料 （1）是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。 （2）包括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、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。 2、陶瓷 （1）从制备上开看，陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品。 （2）从组分上来看，陶瓷是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。 3、玻璃 （1）狭义：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机非金属物质。 （2）一般：若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，则不管其组成如何都可称为玻璃（具有玻璃转变温度 Tg）。 玻璃转变温度：玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互转化的温度。 具有Tg的非晶态新型无机非金属材料都是玻璃。 4、水泥 凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，能在空气或水中硬化，并能将砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 5、耐火材料 耐火度不低于1580℃的新型无机非金属材料 6、复合材料 由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。 通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能。 二、陶瓷知识点 1、陶瓷制备的工艺步骤 原材料的制备→坯料的成型→坯料的干燥→制品的烧成或烧结 2、陶瓷的天然原料 （1）可塑性原料：黏土质陶瓷成瓷的基础（高岭石、伊利石、蒙脱石） （2）弱塑性原料：叶蜡石、滑石 （3）非塑性原料：减塑剂——石英；助熔剂——长石 3、坯料的成型的目的
长沙理工大学考试试卷 试卷编号002 拟题教研室（或教师）签名叶昌教研室主任签名 一、填空（本题总分20分，每空题1分） 1、减少气体在流动过程中的局部阻力损失途径可归纳为圆平直缓少五个字。 2、隧道窑内正压有利于还原气氛的形成，而负压有利于氧化气氛的形成。 3、隧道窑钢架结构的作用是平衡拱顶对窑墙的横向力。 4、坯体在隧道窑低温阶段升温速度主要是根据坯体的入窑水分来决定的。 5、温度梯度是一沿等温线法线方向的矢量，它的正方向朝着温度升高的方向。 6、空气的湿度表示方法主要有：绝对湿度、相对湿度、湿含量。 7、有一重油其牌号为200#，则200表示的是（11）。 8、影响对流换热的主要因素有（12），（13），（14），（15）。 9、在两块无限大平行平板之间设置遮热板时，其隔热效果与遮热板的(16) 无关，与遮热板的(17) 有关。 10、H2、CO及气态烃类的燃烧是按（18）反应进行的，在反应感应期内不断生成高能量的（19），并不放出大量热量，故气体燃料燃烧有（20）现象。 二、是非判断题（你认为正确的打“√”错误的打“×”，共12分） 1、流体与管道壁处层流底层厚度增加时，对流换热过程增强。 2、隧道窑内阻力损失是靠消耗窑内动压头来弥补的，因此如果窑内阻力损失大，就会使窑内的正 压和负压都大。 3、在平壁导热过程中，若平壁材料的温度系数β为正值，则表示低温区内材料的导热系数比高温区 的小，平壁内温度分布曲线是向上凸的。 4、一般情况下，固体燃料的挥发分越高，则其着火温度越低，灰渣不完全燃烧热损失愈小，热值相 应也愈高。 5、气体的黑度随着气体的分压与气体层有效厚度乘积的增加而增大，随着温度的升高而减小。 6、在电阻炉中，一般要求电热体具有较高的比电阻和较小的电阻温度系数。 三、选择题（请把正确答案写在括号内，多选不给分，共24分） 1、已知煤干燥无灰基C daf=80%,收到基时水分组成M ar=5%，灰分组成A ar =10%，则收到基 时C ar的百分含量为（） a. 76 b. 72 c. 68 d. 69.6 2、热气体在收缩形垂直管内向上流动时，下面有关叙述正确的是（） a. 静压头补偿了动压头的增量和压头损失； b. 部分几何压头在向上流动过程中逐步转变成了静压头； c. 热气体向上流动时，几何压头实际上是一种压头损失； d. 动压头的增量和压头损失是由几何压头补偿的。 1
非金属材料的应用现状与发展趋势 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)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、铝酸盐、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。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。无机非金属材料工程是材料学中的一个专业。无机非金属材料工程是为了培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识，能在无机非金属材料结构研究与分析、材料的制备、材料成型与加工等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。 本专业学生主要学习无机非金属材料及复合材料的生产过程、工艺及设备的基础理论、组成、结构、性能及生产条件间的关系，具有材料测试、生产过程设计、材料改性及研究开发新产品、新技术和设备及技术管理的能力。我国无机非金属材料工业的发展中存在很多问题，特别是传统的无机非金属材料与国外先进水平有非常大的差距，主要有： (1) 产品等级低 在传统无机非金属材料中，无论是水泥、玻璃还是陶瓷的产品等级普遍偏低。例如：发达国家的水泥熟料强度一般都在70MPa以上，而我国平均强度仅为50 MPa。我国高等级水泥（ISO≥）仅占18%，大量生产的是中、低等级水泥（ISO≤），而很多发达国家的高等级水泥占90％以上。 (2) 资源消耗高 在资源的消耗方面，水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开采，未能充分利用有限资源，造成了极大浪费。例如：生产水泥熟料的主要原料是相对优质的石灰石，其化学成份须满足CaO含量不低于45%、MgO不高于3%等要求。我国符合水泥生产要求，可以使用的量仅约250亿吨。目前每年生产水泥消耗的优质石灰石约亿吨，因此该储量仅可生产水泥熟料约200亿吨，仅能提供约40年的水泥生产
第 2 章结晶结构 一、名词解释 1．晶体：晶体是内部质点在三维空间内周期性重复排列，具有格子构造的固体 2．空间点阵与晶胞： 空间点阵是几何点在三维空间内周期性的重复排列 晶胞：反应晶体周期性和对称性的最小单元 3．配位数与配位多面体： 化合物中中心原子周围的配位原子个数 成配位关系的原子或离子连线所构成的几何多面体 4．离子极化： 在离子化合物中，正、负离子的电子云分布在对方离子的电场作用下，发生变形的现象5．同质多晶与类质同晶： 同一物质在不同的热力学条件下具有不同的晶体结构 化学成分相类似物质的在相同的热力学条件下具有相同的晶体结构 6．正尖晶石与反尖晶石： 正尖晶石是指2价阳离子全部填充于四面体空隙中，3价阳离子全部填充于八面体空隙中。 反尖晶石是指2价阳离子全部填充于八面体空隙中，3价阳离子一半填充于八面体空隙中，一半填充于四面体空隙。 二、填空与选择 1．晶体的基本性质有五种：对称性，异相性，均一性，自限性和稳定性（最小内能性）。 2．空间点阵是由 C 在空间作有规律的重复排列。（ A 原子 B离子 C几何点 D分子）3．在等大球体的最紧密堆积中有面心立方密堆积和六方密堆积二种排列方式，前者的堆积方式是以（111）面进行堆积，后者的堆积方式是以（001）面进行堆积。 4．如晶体按立方紧密堆积，单位晶胞中原子的个数为 4 ，八面体空隙数为 4 ，四面体空隙数为 8 ；如按六方紧密堆积，单位晶胞中原子的个数为 6 ，八面体空隙数为 6 ，四面体空隙数为 12 ；如按体心立方近似密堆积，单位晶胞中原子的个数为 2 ， 八面体空隙数为 12 ，四面体空隙数为 6 。 5．等径球体最紧密堆积的空隙有两种：四面体空隙和八面体空隙。一个球的周围有 8个四面体空隙、 6 个八面体空隙；n个等径球体做最紧密堆积时可形成 2n 个四面体空隙、 n 个八面体空隙。不等径球体进行堆积时，大球做最紧密堆积或近似密堆积，小球填充于空隙中。
第七章 晶体结构 二、离子晶体 3、离子极化理论 离子极化的定义——当离子中的电子置于外加电场中，离子的原子核就会受到正电场的排斥和负电场的吸引；而离子中的电子则会受到正电场的吸引和负电场的排斥，原子核与电子发生相对位移，导致离子变形而产生诱导偶极。如图所示，此过程称为离子的极化。 离子极化的强弱取决于两个因素：①离子的极化力；②离子的变形性。 ( a ) 无电场作用 ( b ) 外加电场作用 阳离子、阴离子既有极化力，又有变形性。 通常阳离子半径小，电场强，“极化力”显著。 阴离子半径大，电子云易变形，“变形性”显著。 A 、离子的极化力『主动』 定义：某种离子使异号离子极化而发生变形的能力。 离子的极化力可以用“离子势（?）”或“有效离子势（*?）”来表示。 ?（或*?）→∞?离子极化力→∞。 定义式： =Z r ?（主要用于s 区，p 区） * *= Z r ?（主要用于d 区，ds 区） 式中Z 为离子电荷（绝对值）， Z *为有效核电荷，r 为离子半径（pm ），常用 L.Pauling 半径。 离子的极化力与离子的电荷、半径以及离子的电子构型密切相关。 离子的电子构型 ①阴离子：ns 2np 6 8电子构型 ②阳离子价电子分布通式 离子电子构型 实例 1s 2 2（稀有气体型） Li +、Be 2+ ns 2np 6 8（稀有气体型） Na +、Mg 2+、Al 3+ ns 2np 6nd 1~9 9~17 Cr 3+、Mn 2+、Fe 2+ ns 2np 6nd 10 18 Ag +、Zn 2+、Hg 2+ (n-1)s 2(n-1)p 6(n-1)d 10ns 2 18+2 Sn 2+、Pb 2+、Bi 3+ a 、q →∞，0r →，电场强度→∞?离子极化力→∞； b 、离子电荷相同，半径相近时，离子的电子构型决定离子极化力的大小。(18+2)e ，18e ，2e ＞(9~17)e ＞8e ；『原因： d 电子云“发散”，对核电荷屏蔽不完全，使 Z *↑，对异号离子极
无机非金属材料工程专业介绍及就业前景 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)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、铝酸盐、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。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。 成分结构 在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、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,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。 硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一，硅酸盐材料是陶瓷的主要组成物质。 应用领域 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。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料;耐火材料与高温技术,尤其与钢铁工业的发展关系密切;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活休戚相关。它们产量大,用途广。其他产品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化铝)、铸石(辉绿岩、玄武岩等)、碳素材料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)也都属于传统的无机非金属材料。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的,具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。主要有先进陶瓷(advanced ceramics)、非晶态材料(noncrystal material〉、人工晶体〈artificial crys-tal〉、无机涂层(inorganic coating)、无机纤维(inorganic fibre〉等。 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的比较传统无机非金属材料新型无机非金属材料具有性质稳定，抗腐蚀耐高温等优点，但质脆，经不起热冲击。除具有传统无机非金属材料的优点外，还有某些特征如：强度高、具有电学、光学特性和生物功能等。 业务培养目标： 本专业培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识，能在
第一章晶体几何基础 1-1 解释概念： 等同点：晶体结构中，在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点。 空间点阵：概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形。 结点：空间点阵中的点称为结点。 晶体：内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。 对称：物体相同部分作有规律的重复。 对称型：晶体结构中所有点对称要素（对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴）的集合为对称型，也称点群。 晶类：将对称型相同的晶体归为一类，称为晶类。 晶体定向：为了用数字表示晶体中点、线、面的相对位置，在晶体中引入一个坐标系统的过程。 空间群：是指一个晶体结构中所有对称要素的集合。 布拉菲格子：是指法国学者A.布拉菲根据晶体结构的最高点群和平移群对称及空间格子的平行六面体原则，将所有晶体结构的空间点阵划分成14种类型的空间格子。 晶胞：能够反应晶体结构特征的最小单位。 晶胞参数：表示晶胞的形状和大小的6个参数（a、b、c、α 、β、γ ）. 1-2 晶体结构的两个基本特征是什么？哪种几何图形可表示晶体的基本特征？ 解答：⑴晶体结构的基本特征： ①晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。
②晶体的内部质点呈对称分布，即晶体具有对称性。 ⑵14种布拉菲格子的平行六面体单位格子可以表示晶体的基本特征。 1-3 晶体中有哪些对称要素，用国际符号表示。 解答：对称面—m，对称中心—1，n次对称轴—n，n次旋转反伸轴—n 螺旋轴—ns ，滑移面—a、b、c、d 1-5 一个四方晶系的晶面，其上的截距分别为3a、4a、6c，求该晶面的晶面指数。解答：在X、Y、Z轴上的截距系数：3、4、6。 截距系数的倒数比为：1/3:1/4:1/6=4:3:2 晶面指数为：（432） 补充：晶体的基本性质是什么？与其内部结构有什么关系？ 解答：①自限性：晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的反映。 ②均一性和异向性：均一性是由于内部质点周期性重复排列，晶体中的任何一部分在结构上是相同的。异向性是由于同一晶体中的不同方向上，质点排列一般是不同的，因而表现出不同的性质。 ③对称性：是由于晶体内部质点排列的对称。 ④最小内能和最大稳定性：在相同的热力学条件下，较之同种化学成分的气体、液体及非晶质体，晶体的内能最小。这是规则排列质点间的引力和斥力达到平衡的原因。 晶体的稳定性是指对于化学组成相同，但处于不同物态下的物体而言，晶体最为稳定。自然界的非晶质体自发向晶体转变，但晶体不可能自发地转变为其他物态。
“无机材料热工基础”课程习题库 第一章气体力学在窑炉中的应用 思考题 1.窑炉系统气体流动有何特点？将伯努利方程应用于窑炉系统的气体应注意哪些条 件?二气流伯努利方程有什么特点? 2.窑炉系统内的“窑压”大小与哪些因素有关?在生产实践中是如何调窑压的？窑压 大小对生产过程由什么影响。 3.在窑炉系统中气体垂直流动时的分流法则是什么?，此法则的适用条件是什么? 4.音速、马赫数 Ma 都是表示气体可压缩程度的参数，二者之间有何不同? 5.为什么亚音速气流无论在多长的收缩管道中流动都不能获得超音速气流? 6.在超音速流动中，速度随断面积增大而增大的物理实质是什么? 7.亚音速气流在缩—扩喷嘴中流动获得超音速的条件是什么? 8.烟囱的“抽力”与哪些因素有关?若烟气的温度相同、同一座烟囱的抽力是夏季大 还是冬季大? 9.若烟气与环境气温都不变，烟囱的抽力是晴天大还是雨天大?为什么? 10.为什么同样规模的烟囱在沿海地区能正常工作而在内地高原地区却达不到原有的 排烟能力? 11.家里燃气灶的结构如何？燃气灶的一次空气量吸入原理是什么？如何调节一次空 气量的大小？ 作业题 1.热气体在一垂直的等直径管内自下而上流动，管内气体的平均温度为500℃，管外 空气温度为20℃。试求2—2 截面上的静压并画出相应的压头转换图。设1—1 截面在上方，1—1 与2—2 截面之间的距离为10m，压力损失为6Pa。 2.某窑炉的窑墙厚为240mm，窑墙上下各有一个直径为200mm 的小孔，两个孔间垂 直距离为lm，窑内气体温度为1000℃，烟气标态密度为1.32kg/Nm3，外界空气温度20℃，窑内零压面在两个小孔垂直距离的中间。求通过上下两个小孔的漏气量。 3.压缩空气从装有一管嘴的气罐中流入大气，气罐中的压力p1=7×105Pa，温度20℃， 求流出速度（Pa=1.05×105Pa，管嘴速度系数 =0.9）； (1)管嘴为收缩管； (2)管嘴为拉伐尔管。 4.已知烟囱高度35m，上口直径1m，流速为2 Nm/m，烟囱下口直径为上口直径的两倍， 烟囱内烟气平均温度为273℃，烟气在烟囱内流动时摩擦阻力系数为0.05，烟囱外界温度20℃，密度1.20kg/m3，求烟囱底部的负压。 5.某窑炉的烟气量为8000Nm/h，烟气密度为1.34kg/Nm3，烟囱底部的烟气温度为400 ℃，系统总阻力为180Pa，夏季空气最高温度为38℃，计算烟囱的直径和高度。
第七章固体的结构与性质 思考题 1.常用的硫粉是硫的微晶，熔点为11 2.8℃，溶于CS2，CCl4等溶剂中，试判断它属于哪一类晶体?分子晶体 2.已知下列两类晶体的熔点： (1) 物质NaF NaCl NaBr NaI 熔点/℃993 801 747 661 (2) 物质SiF4SiCl4 SiBr4 SiI4 熔点/℃ -90.2 -70 5.4 120.5 为什么钠的卤化物的熔点比相应硅的卤化物的熔点高? 而且熔点递变趋势相反? 因为钠的卤化物为离子晶体，硅的卤化物为分子晶体，所以钠的卤化物的熔点比相应硅的卤化物的熔点高，离子晶体的熔点主要取决于晶格能，NaF、NaCl、NaBr、NaI随着阴离子半径的逐渐增大，晶格能减小，所以熔点降低。分子晶体的熔点主要取决于分子间力，随着SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4相对分子质量的增大，分子间力逐渐增大，所以熔点逐渐升高。 3.当气态离子Ca2+，Sr2+，F-分别形成CaF2，SrF2晶体时，何者放出的能量多?为什么?形成CaF2晶体时放出的
能量多。因为离子半径r(Ca2+)
无机非金属材料 以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料的泛称。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。其中陶瓷一词，随着与陶瓷工艺相近的无机材料的不断出现，其概念的外延也不断扩大。最广义的陶瓷概念几乎与无机非金属材料的含意相同。无机非金属材料也和金属材料以及有机高分子材料等一样，是当代完整的材料体系中的一个重要组成部分。 普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上,陶瓷在耐蚀、介电性能上,耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。特种无机非金属材料的特点是：①各具特色,例如:高温氧化物等的高温抗氧化特性；氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性；铁氧体的磁学性质；光导纤维的光传输性质;金刚石、立方氮化硼的超硬性质;导体材料的导电性质；快硬早强水泥的快凝、快硬性质等。②各种物理效应和微观现象,例如：光敏材料的光-电、热敏材料的热－电、压电材料的力－电、气敏材料的气体-电、湿敏材料的湿度-电等材料对物理和化学参数间的功能转换特性。③不同性质的材料经复合而构成复合材料，例如：金属陶瓷、高温无机涂层，以及用无机纤维、晶须等增强的材料。 沿革旧石器时代人们用来制作工具的天然石材是最早的无机非金属材料。在公元前6000～前5000年中国发明了原始陶器。中国商代（约公元前17世纪初～约前11世纪）有了原始瓷器，并出现了上釉陶器。以后为了满足宫廷观赏及民间日用、建筑的需要，陶瓷的生产技术不断发展。公元 200年（东汉时期）的青瓷是迄今发现的最早瓷器。陶器的出现促进了人类进入金属时代，中国夏代（约公元前22世纪末至约前21世纪初～约前17世纪初）炼铜用的陶质炼锅，是最早的耐火材料。铁的熔炼温度远高于铜，故铁器时代的耐火材料相应地也有很大发展。18世纪以后钢铁工业的兴起，促进耐火材料向多品种、耐高温、耐腐蚀方向发展。公元前3700年，埃及就开始有简单的玻璃珠作装饰品。公元前1000年前，中国也有了白色穿孔的玻璃珠。公元初期罗马已能生产多种形状的玻璃制品。1000～1200年间玻璃制造技术趋于成熟，意大利的威尼斯成为玻璃工业中心。1600年后玻璃工业已遍及世界各地区。公元前3000～前2000年已使用石灰和石膏等气硬性胶凝材料。随着建筑业的发展，胶凝材料也获得相应的发展。公元初期有了水硬性石灰，火山灰胶凝材料，1700年以后制成水硬性石灰和罗马水泥。1824年英国J.阿斯普丁发明波特兰水泥（见水泥）。上述陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等的主要成分均为硅酸盐，属于典型的硅酸盐材料。 18 世纪工业革命以后，随着建筑、机械、钢铁、运输等工业的兴起，无机非金属材料有了较快的发展，出现了电瓷、化工陶瓷、金属陶瓷、平板玻璃、化学仪器玻璃、光学玻璃、平炉和转炉用的耐火材料以及快硬早强等性能优异的水泥。同时，发展了研磨材料、碳素及石墨制品、铸石等。 20世纪以来，随着电子技术、航天、能源、计算机、通信、激光、红外、光电子学、生物医学和环境保护等新技术的兴起，对材料提出了更高的要求，促进了特种无机非金属材料的迅速发展。30～40年代出现了高频绝缘陶瓷、铁电陶瓷和压电陶瓷、铁氧体（又称磁性瓷）和热敏电阻陶瓷（见半导体陶瓷）等。50～60年代开发了碳化硅和氮化硅等高温结
无机非金属材料的分类 (1)传统陶瓷（其中，瓷是在陶的基础上上一层釉） 陶瓷在我国有悠久的历史，是中华民族古老文明的象征。从西安地区出土的秦始皇陵中大批陶兵马俑，气势宏伟，形象逼真，被认为是世界文化奇迹，人类的文明宝库。唐代的唐三彩、明清景德镇的瓷器均久负盛名。 传统陶瓷材料的主要成分是硅酸盐，自然界存在大量天然的硅酸盐，如岩石、土壤等，还有许多矿物如云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。此外，人们为了满足生产和生活的需要，生产了大量人造硅酸盐，主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。 硅酸盐制品一般都是以黏土（高岭土）、石英和长石为原料经高温烧结而成。黏土的化学组成为Al?O3·2SiO?·2H?O，石英为SiO?，长石为K?O·Al?O3·6SiO?（钾长石）或Na2O·Al2O3·6SiO2（钠长石）。这些原料中都含有SiO2，因此在硅酸盐晶体结构中，硅与氧的结合是最重要也是最基本的。 硅酸盐材料是一种多相结构物质，其中含有晶态部分和非晶态部分，但以晶态为主。硅酸盐晶体中硅氧四面体[SiO4]是硅酸盐结构的基本单元。在硅氧四面体中，硅原子以sp杂化轨道与氧原子成键，Si—O键键长为162 pm，比起Si和O的离子半径之和有所缩短，故Si—O键的结合是比较强的。 (2)精细陶瓷 精细陶瓷的化学组成已远远超出了传统硅酸盐的范围。例如，透明的氧化铝陶瓷、耐高温的二氧化锆（ZrO2）陶瓷、高熔点的氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC）陶瓷等，它们都是无机非金属材料，是传统陶瓷材料的发展。精细陶瓷是适应社会经济和科学技术发展而发展起来的，信息科学、能源技术、宇航技术、生物工程、超导技术、海洋技术等现代科学技术需要大量特殊性能的新材料，促使人们研制精细陶瓷，并在超硬陶瓷、高温结构陶瓷、电子陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷、超导陶瓷和生物陶瓷等方面取得了很好的进展，下面选择一些实例做简要的介绍。 高温结构陶瓷汽车发动机一般用铸铁铸造，耐热性能有一定限度。由于需要用冷却水冷却，热能散失严重，热效率只有30%左右。如果用高温结构陶瓷制造陶瓷发动机，发动机的工作温度能稳定在1 300 ℃左右，由于燃料充分燃烧而又不需要水冷系统，使热效率大幅度提高。用陶瓷材料做发动机，还可减轻汽车的质量，这对航天航空事业更具吸引力，用高温陶瓷取代高温合金来制造飞机上的涡轮发动机效果会更好。 目前已有多个国家的大的汽车公司试制无冷却式陶瓷发动机汽车。我国也在1990年装配了一辆并完成了试车。陶瓷发动机的材料选用氮化硅，
材料科学与工程(无机非金属材料科学与工程) Materials Science & Engineering (Inorganic Non-metal Materials Science & Engineering） 专业代码：080205 学制：4年 Specialty Code:080205 Schooling Years： 4 years 培养目标： 培养具有良好素质，德、智、体全面发展，从事材料的研究、开发和生产管理的高级工程技术人才。 目标1：（扎实的基础知识）培养学生掌握扎实的材料科学与工程学科的基础知识，特别是无机非金属材料的组成-工艺-结构-性能之间的关系，掌握各种材料的表征方法及应用，掌握材料设计、制备、加工、检测和评价等方面的先进理论和方法。 目标2：（解决问题能力）培养学生能够创造性地利用材料科学和工程基本原理解决实践和工业需求遇到的问题。 目标3：（团队合作与领导能力）培养学生在团队中的沟通和合作能力，进而能够具备材料科学和工程领域的领导能力。 目标4：（工程系统认知能力）让学生认识到材料是实现材料工程系统的设计和装备的重要组成部分，并使之服务于社会、服务于世界。 目标5：（专业的社会影响评价能力）培养学生正确看待材料选择、设计和应用对人们日常生活、工商业的经济结构以及人类健康所产生的潜在影响。 目标6：（全球意识能力）培养学生能够在全球化的环境里保持清晰意识，有竞争力地、负责任地行使自己的职责。 目标7：（终身学习能力）材料科学与工程毕业生既能从事各种传统材料、先进材料、特殊新材料的研制开发与应用，，又能从事材料的生产管理，具备终身学习的能力。。 Educational Objectives: The students should be able to reach the following goals upon the completion of the degree program: Objective 1:[Foundations] To generate a solid understanding of the fundamental knowledge of materials science and engineering discipline, in particular, the interrelationships of composition-processing-structure-properties in materials; to study various characterization methods and their applications in different materials, and acquire practical skills in designing, fabricating, processing, testing and evaluating of materials. Objective 2:[Professional Knowledge]
无机非金属材料的现状与前景 【摘要】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、铝酸盐、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。在材料学飞速发展的今天，无机非金属材料有这广阔的应用前景和良好的就业形势。 【关键字】无机非金属材料方向前景智能 1. 无机非金属材料的特点及应用 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)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、铝酸盐、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。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。 在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、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,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。 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。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。 普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。
长沙理工大学考试试卷 试卷编号 002 拟题教研室（或教师）签名叶昌教研室主任签名 一、填空（本题总分20 分，每空题1 分） 1、减少气体在流动过程中的局部阻力损失途径可归纳为圆平直缓少五个字。 2、隧道窑内正压有利于还原气氛的形成，而负压有利于氧化气氛的形成。 3、隧道窑钢架结构的作用是平衡拱顶对窑墙的横向力。 4、坯体在隧道窑低温阶段升温速度主要是根据坯体的入窑水分来决定的。 5、温度梯度是一沿等温线法线方向的矢量，它的正方向朝着温度升高的方向。 6、空气的湿度表示方法主要有：绝对湿度、相对湿度、湿含量。 7、有一重油其牌号为200#，则200 表示的是（11）。 8、影响对流换热的主要因素有（12），（13），（14），（15）。 9、在两块无限大平行平板之间设置遮热板时，其隔热效果与遮热板的 (16) 无关，与遮热板的(17) 有关。 10、H2、CO 及气态烃类的燃烧是按（18）反应进行的，在反应感应期内不断生成高能量的（19），并不放出大量热量，故气体燃料燃烧有（20）现象。 二、是非判断题（你认为正确的打“√”错误的打“×”，共12 分） 1、流体与管道壁处层流底层厚度增加时，对流换热过程增强。 2、隧道窑内阻力损失是靠消耗窑内动压头来弥补的，因此如果窑内阻力损失大，就会使窑内的正压和负 压都大。 3、在平壁导热过程中，若平壁材料的温度系数β为正值，则表示低温区内材料的导热系数比高温区 的小，平壁内温度分布曲线是向上凸的。 4、一般情况下，固体燃料的挥发分越高，则其着火温度越低，灰渣不完全燃烧热损失愈小，热值相应 也愈高。 5、气体的黑度随着气体的分压与气体层有效厚度乘积的增加而增大，随着温度的升高而减小。 6、在电阻炉中，一般要求电热体具有较高的比电阻和较小的电阻温度系数。 三、选择题（请把正确答案写在括号内，多选不给分，共 24 分） 1、已知煤干燥无灰基C daf=80%,收到基时水分组成M ar=5%，灰分组成A ar =10%，则收到基 时C ar的百分含量为（） a. 76 b. 72 c. 68 d. 69.6 2、热气体在收缩形垂直管内向上流动时，下面有关叙述正确的是（） a.静压头补偿了动压头的增量和压头损失； b.部分几何压头在向上流动过程中逐步转变成了静压头； c.热气体向上流动时，几何压头实际上是一种压头损失；
第三章陶瓷 1 陶瓷是由粉状原料成型后在高温下作用硬化而成的制品，是多晶、多相的聚集体。 2 分为传统陶瓷和新型陶瓷。新型陶瓷根据功能分类包括：1力学功能陶瓷（叶片、转子）2热功能陶瓷（高温用坩埚、导弹）3电子功能陶瓷（大容量电容器、红外检测元件）4磁功能陶瓷（记忆运算元件、磁蕊）5光功能陶瓷（窗口材料、胃照相机）6化学功能陶瓷（传感器、催化剂）7放射性功能陶瓷（核燃料、减速剂）8吸声功能陶瓷（吸声板）9生物功能陶瓷（人造骨、生物陶瓷）。 3 陶瓷的制备工艺：1原料的制备（天然原料，合成原料）；2胚料的成形和干燥（可塑成形，注浆成形，压制成形）；3烧结或烧成。 烧结方法：粉末在室温下加压成形后再进行烧结的传统方法、热等静压、水热烧结、热挤压烧结、电火花烧结、爆炸烧结、等离子体烧结等。 自蔓延高温合成法：利用金属与硅、硼、碳、氮等相互作用的强烈放热效应，不采取外部加热源，而利用元素内部潜在的化学能将原始粉末在几秒到几十秒的极短时间内转化成化合物或致密烧结体。优点：不需要高温炉，过程简单，几乎不消耗电能，制得的产品纯净，能获得复杂相和亚稳相。缺点：不易获得高密度材料，不易严格控制制品的性能，易燃，有毒。 4 陶瓷的典型组织结构：晶相，玻璃相，气相。 晶相是陶瓷的主要组成成分，数量较大，对性能影响较大。它的结构、数量、形态和分布，决定了陶瓷的主要特点和应用。 玻璃相作用(1)将晶相颗粒粘结起来，填充晶相之间的空隙，提高材料的致密度；（2）降低烧成温度，加速烧成过程；（3）阻止晶体转变，抑制晶体长大；（4）获得一定程度的玻璃特性，如透光性及光泽等。玻璃相对陶瓷的机械强度、介电性能、耐火性等是不利的，因此不能成为陶瓷的主导组成成分，一般含量为20%-40%. 气相是指陶瓷组织内部残留下来未排除的气体，通常以气孔形式出现。根据气孔含量可将陶瓷分为致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶瓷。除多孔陶瓷外，气孔都是不利的，它降低了陶瓷的强度和导热性能，也常常是造成裂纹的根源。一般普通陶瓷气孔率5%-10% ，特种陶瓷5%以下，金属陶瓷0.5%以下。 经历低温（室温至300℃）中温（300-950℃）高温（950℃至烧成温度）冷却（烧成温度至室温）四个阶段 5 陶瓷的性能 力学性能【刚度硬度】决定于化学键的强度 【强度】实际强度比理论值低—1组织中存在晶界2陶瓷的实际强度受致密度、杂质和各种缺陷的影响很大。 【塑性】塑性变形是在剪切应力作用下由位错运动引起的密排原子面间的滑移变形。塑性开始的温度约为0.5Tm(Tm为熔点温度）。由于开始塑性变形的温度很高，所以陶瓷具有较高的高温强度。 【韧性或脆性】常温下陶瓷受载时都不发生塑性变形，就在较低的应力作用下断裂，因此，韧性极低或脆性很高。断裂包括裂纹的形成和扩展2个过程。脆性是陶瓷的最大缺点，是其作为结构材料被广泛应用的主要障碍。 热学性能【热膨胀】温度升高时物质原子振动振幅增加及原子间距增大所导致的体积增大现象。 【导热性】热传导主要依靠原子的热振动。几乎没有自由电子参与传热，导热性差，用作绝热材料。 【热稳定】即抗热震性，热稳定性低是陶瓷的另一个主要缺点 其他性能导电性耐火性化学稳定性（陶瓷的结构非常稳定）
文档 . 课程名称：热工基础 一、概念题（本题共8道小题，每小题4分，共32分） 1、由红砖、保温砖、粘土砖组成多层平壁，如层与层间由于接触不紧密而存在空气，则多层平壁的传导热流量将____ （a ）增大；（b ）减小；（c ）不变；（d ）不能确定。 2、在相同温度下，湿空气的密度总是比干空气大？_______________ 3、准数方程Nu =f (Re 、Pr 、Gr) 在自然对流换热时，可简化为：_____________ 4、在多层平壁内，稳定导热的温度分布曲线为_________；如增加其中任意一层材料的厚度，则通过传导传热所传递的热量将________________。 5、一种材料的导温系数越大，表示当温度变化时，这种材料内部各点温度趋向均匀一致的能力越强？____ 6、气体的流动速度影响对流换热系数？____ 7、气体辐射具有选择性？____ 8、高度抛光的金属材料对热射线有很强的反射能力？____ 二、综合题（本题共4道小题，每小题17分，共68分） 1、窑炉燃料量为500kg/h （收到基），煤的成分为C daf =80%,Ad=25%,M ar =80%,求完全燃烧煤中的碳至少需要多少立方米空气？（空气的温度为20℃，大气压强为98kpa ） 2、已知煤的相关数据为：Cdaf=70%；Ad=20%，Mar=8.8%，Har=8.8%，Oar=6.3%，Nar=2.1%，Sar=7.1%。求 （1）Car 和Qnet,ar 的大小。 （2）若有该煤干燥无灰基5kg ，折合收到基为多少kg ？ 3、将20℃，%151=?的新鲜空气与50℃,%602=?的尾体混合，且s kg m s kg m a a /20,/4021==，新鲜空气和尾气的比热相同，20℃和50℃饱和水蒸气分压为2.3379kPa 和12.3338kPa 。求混合后气体的相对湿度、焓。 4、两无限大平行平面，其表面温度分别为20 ℃及600℃，辐射率均为0.8。在这两平面中安放一块辐射率为0.8或0.05的遮热板，试求这两块无限大平行平面间的净辐射热量。
智能材料论文： 智能无机非金属材料 摘要结构材料所处的环境极为复杂，材料损坏引起事故的危险性不断增加，研究与开发对损坏能自行诊断并具有自修复能力的结构材料是十分重要而急迫的任务。本文对智能材料的发展、构思、无机非金属智能材料进行了综述，对智能材料进一步研究进行了展望。 关键词智能；无机非金属；材料 智能材料是指对环境具有可感知、可响应并具有功能发现能力的新材料。日本高木俊宜教授[]将信息科学融于材料的物性和功能，于年提出了智能材料（）概念。至此智能材料与结构的研究也开始由航空航天及军事部门[]逐渐扩展到土木工程[]、医药、体育和日常用品[]等其他领域。 同时，美国的··教授围绕具有传感和执行功能的材料提出了灵巧材料（）概念，又有人称之为机敏材料。他将灵巧材料分为三类： 被动灵巧材料——仅能响应外界变化的材料； 主动灵巧材料——不仅能识别外界的变化，经执行线路能诱发反馈回路，而且响应环境变化的材料； 很灵巧材料——有感知、执行功能，并能响应环境变化，从而改变性能系数的材料。 ··的灵巧材料和高木俊宜的智能材料概念的共同之处是：材料对环境的响应性。 自年以来，先是在日本、美国，尔后是西欧，进而世界各国的材料界均开始研究智能材料。科学家们研究将必要的仿生()功能引入材料，使材料和系统达到更高的层次，成为具有自检测、自判断、自结论、自指令和执行功能的新材料。智能结构常常把高技术传感器或敏感元件与传统结构材料和功能材料结合在一起，赋予材料崭新的性能，使无生命的材料变得有了“感觉”和“知觉”，能适应环境的变化，不仅能发现问题，而且还能自行解决问题。 由于智能材料和系统的性能可随环境而变化，其应用前景十分广泛[]。例如飞机的机翼引入智能系统后，能响应空气压力和飞行速度而改变其形状；进入太空的灵巧结构上设置了消震系统，能补偿失重，防止金属疲劳；潜水艇能改变形状，消除湍流，使流动的噪声不易被测出而便于隐蔽；金属智能结构材料能自行检测损伤和抑制裂缝扩展，具有自修复功能，确保了结构物的可靠性；高技术汽车中采用了许多灵巧系统，如空气燃料氧传感器和压电雨滴传感器等，增加了使用功能。其它还有智能水净化装置可感知而且能除去有害污染物；电致变色灵巧窗可响应气候的变化和人的活动，调节热流和采光；智能卫生间能分析尿样，作出早期诊断；智能药物释放体系能响应血糖浓度，释放胰岛素，维持血糖浓度在正常水平。 国外对智能材料研究与开发的趋势是：把智能性材料发展为智能材料系统与结构。这是当前工程学科发展的国际前沿，将给工程材料与结构的发展带来一场革命。国外的城市基础建设中正构思如何应用智能材料构筑对环境变化能作出灵敏反应的楼层、桥梁和大厦等。这是一个系统综合过程，需将新的特性和功能引入现有的结构中。
…………………………………………………………………………………………………………… 试卷编号002 拟题教研室（或教师）签名叶昌教研室主任签名…………………………………………………………………………………………………………… 课程名称（含档次）无机材料热工基础及设备（专业课）课程代号002631 专业无机非金属材料工程层次（本、专）本科考试方式（开、闭卷）闭卷 一、填空（本题总分20分，每空题1分） 1、减少气体在流动过程中的局部阻力损失途径可归纳为（1）五个字。 2、隧道窑内正压有利于 (2)气氛的形成，而负压有利于 (3) 气氛的形成。 3、隧道窑钢架结构的作用是(4)。 4、坯体在隧道窑低温阶段升温速度主要是根据(5) 来决定的。 5、温度梯度是一沿（6）方向的矢量，它的正方向朝着（7）的方向。 6、空气的湿度表示方法主要有：（8）、（9）、（10）。 7、有一重油其牌号为200#，则200表示的是（11）。 8、影响对流换热的主要因素有（12），（13），（14），（15）。 9、在两块无限大平行平板之间设置遮热板时，其隔热效果与遮热板的(16) 无关，与 遮热板的(17) 有关。 10 、H 、CO及气态烃类的燃烧是按（18）反应进行的，在反应感应期内不断生成高2 能量的（19），并不放出大量热量，故气体燃料燃烧有（20）现象。 二、是非判断题（你认为正确的打“√”错误的打“×”，共12分） 1、流体与管道壁处层流底层厚度增加时，对流换热过程增强。 2、隧道窑内阻力损失是靠消耗窑内动压头来弥补的，因此如果窑内阻力损失大，就会 使窑内的正压和负压都大。 3、在平壁导热过程中，若平壁材料的温度系数β为正值，则表示低温区内材料的导热 系数比高温区的小，平壁内温度分布曲线是向上凸的。 4、一般情况下，固体燃料的挥发分越高，则其着火温度越低，灰渣不完全燃烧热损失 愈小，热值相应也愈高。 5、气体的黑度随着气体的分压与气体层有效厚度乘积的增加而增大，随着温度的升高 而减小。 6、在电阻炉中，一般要求电热体具有较高的比电阻和较小的电阻温度系数。 第 1 页（共 3 页）