2025年超硬磨料制造工適應(yīng)性考核試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共40分）1.以下哪種材料不屬于超硬磨料范疇？A.人造金剛石單晶B.立方氮化硼（CBN）C.碳化硅微粉D.聚晶金剛石（PCD）答案：C2.六面頂壓機(jī)合成金剛石時(shí)，葉蠟石塊的主要作用是？A.提供碳源B.絕緣隔熱C.傳遞壓力并密封D.催化石墨轉(zhuǎn)化答案：C3.立方氮化硼（CBN）合成過(guò)程中，常用的觸媒劑是？A.鎳基合金B(yǎng).鎂鋁合金C.硼鎂化合物D.鈷基合金答案：B4.超硬磨料生產(chǎn)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.評(píng)價(jià)金剛石單晶抗壓強(qiáng)度時(shí)，通常選取的測(cè)試顆粒粒度為？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.特定粒級(jí)范圍內(nèi)顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的比例B.顆粒形狀的規(guī)則程度C.表面雜質(zhì)的含量D.顆粒間的團(tuán)聚程度答案：A7.合成金剛石時(shí)，若觸媒劑中硫含量過(guò)高，可能導(dǎo)致？A.金剛石顏色變淺B.晶體內(nèi)部出現(xiàn)空洞C.轉(zhuǎn)化率顯著提升D.合成壓力需求降低答案：B8.立方氮化硼合成溫度通常控制在？A.800-1000℃B.1200-1400℃C.1600-1800℃D.2000-2200℃答案：C9.超硬磨料清洗工藝中，氫氟酸主要用于去除？A.金屬觸媒殘留B.硅酸鹽雜質(zhì)C.碳質(zhì)包裹體D.表面氧化層答案：B10.檢測(cè)金剛石單晶熱穩(wěn)定性時(shí)，常用的加熱介質(zhì)是？A.空氣B.氮?dú)釩.真空D.氬氣答案：D11.六面頂壓機(jī)的頂錘材質(zhì)通常為？A.硬質(zhì)合金（WC-Co）B.高速鋼C.不銹鋼D.鈦合金答案：A12.超硬磨料分級(jí)時(shí)，水力分級(jí)與氣流分級(jí)的主要區(qū)別在于？A.處理量大小B.顆粒形狀控制精度C.介質(zhì)的物理狀態(tài)D.適用的粒度范圍答案：C13.合成金剛石時(shí)，若保壓時(shí)間不足，最可能出現(xiàn)的缺陷是？A.晶體顏色發(fā)灰B.晶形不完整（如歪晶）C.內(nèi)部包裹體增多D.表面裂紋答案：B14.立方氮化硼單晶的莫氏硬度約為？A.9.0B.9.5C.10.0D.10.5答案：B15.超硬磨料生產(chǎn)中，激光粒度儀主要用于檢測(cè)？A.顆粒表面粗糙度B.粒度分布C.晶體結(jié)構(gòu)D.雜質(zhì)元素含量答案：B16.合成金剛石用石墨柱的體積密度一般要求為？A.1.6-1.8g/cm3B.2.0-2.2g/cm3C.2.4-2.6g/cm3D.2.8-3.0g/cm3答案：A17.以下哪種工藝不屬于超硬磨料后處理步驟？A.酸蝕清洗B.磁選除鐵C.高溫退火D.觸媒合成答案：D18.評(píng)價(jià)CBN單晶耐氧化性的關(guān)鍵指標(biāo)是？A.起始氧化溫度B.抗壓強(qiáng)度保留率C.粒度集中度D.表面潤(rùn)濕性答案：A19.六面頂壓機(jī)的同步性誤差應(yīng)控制在？A.≤0.1mmB.≤0.5mmC.≤1.0mmD.≤2.0mm答案：B20.超硬磨料制造中，“觸媒中毒”是指？A.觸媒劑與雜質(zhì)反應(yīng)失去活性B.觸媒劑用量超過(guò)臨界值C.觸媒劑溫度過(guò)高分解D.觸媒劑與金剛石發(fā)生反應(yīng)答案：A二、判斷題（每題1分，共10分）1.人造金剛石的硬度高于天然金剛石。（×）2.立方氮化硼在空氣中的熱穩(wěn)定性優(yōu)于金剛石。（√）3.合成金剛石時(shí)，石墨純度越高，轉(zhuǎn)化率一定越高。（×）4.六面頂壓機(jī)的工作壓力可達(dá)5-7GPa。（√）5.超硬磨料微粉的粒度越細(xì)，集中度要求越低。（×）6.磁選工序可有效去除金剛石中的非磁性雜質(zhì)。（×）7.立方氮化硼合成時(shí)，壓力需高于金剛石合成壓力。（√）8.葉蠟石的含水率對(duì)合成過(guò)程無(wú)顯著影響。（×）9.金剛石單晶的顏色越深，抗壓強(qiáng)度一定越高。（×）10.超硬磨料清洗后需檢測(cè)電導(dǎo)率以控制殘留雜質(zhì)。（√）三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述六面頂壓機(jī)合成金剛石的主要工藝流程。答案：①原料準(zhǔn)備：將石墨柱、觸媒片按比例組裝成合成柱；②裝模：將合成柱放入葉蠟石模具，密封后裝入壓機(jī)；③升壓加熱：?jiǎn)?dòng)壓機(jī)逐步升壓至5-7GPa，同時(shí)加熱至1300-1600℃；④保壓保溫：維持壓力溫度30-60分鐘，完成石墨向金剛石的轉(zhuǎn)化；⑤卸壓冷卻：緩慢卸壓至常壓，自然冷卻至室溫；⑥卸模處理：取出合成塊，經(jīng)破碎、酸蝕、清洗、分選得到金剛石單晶。2.分析影響立方氮化硼單晶強(qiáng)度的主要因素。答案：①原料純度：硼粉、氮源或氮化硼原料中雜質(zhì)（如氧、碳）會(huì)降低晶體完整性；②合成參數(shù)：壓力溫度不足會(huì)導(dǎo)致晶體缺陷（如位錯(cuò)、微裂紋），過(guò)高則可能引起分解；③冷卻速率：快速冷卻易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，降低強(qiáng)度；④觸媒性能：觸媒與原料反應(yīng)不完全會(huì)殘留包裹體；⑤后處理工藝：酸蝕過(guò)度可能腐蝕晶面，清洗不徹底殘留雜質(zhì)影響結(jié)合力。3.超硬磨料微粉分級(jí)時(shí)，為何需控制“粒度集中度”？列舉2種常用分級(jí)設(shè)備。答案：粒度集中度直接影響磨具的加工精度和壽命：集中度高時(shí)，微粉粒度均勻，磨具切削力穩(wěn)定，表面粗糙度低；集中度低則易導(dǎo)致局部磨損過(guò)快或切削不均。常用設(shè)備：①水力旋流器（用于亞微米級(jí)分級(jí)）；②氣流分級(jí)機(jī)（用于微米級(jí)干分級(jí)）；③振動(dòng)篩（用于粗顆粒分級(jí)）。4.合成金剛石時(shí)，若出現(xiàn)“白片”（未轉(zhuǎn)化的石墨片），可能的原因有哪些？答案：①合成壓力不足：未達(dá)到石墨-金剛石相平衡壓力；②加熱溫度偏低：石墨未充分轉(zhuǎn)化；③觸媒劑失效：觸媒氧化或與雜質(zhì)反應(yīng)失去催化作用；④合成時(shí)間過(guò)短：反應(yīng)未完成；⑤裝模偏差：合成柱位置偏移導(dǎo)致局部壓力溫度不均；⑥葉蠟石密封不良：壓力泄漏影響轉(zhuǎn)化效率。5.簡(jiǎn)述超硬磨料生產(chǎn)中“酸蝕清洗”的作用及常用酸液組合。答案：作用：去除合成后殘留的觸媒金屬（如鐵、鎳、鈷）、硅酸鹽雜質(zhì)及碳質(zhì)包裹體，提高磨料純度和表面活性。常用酸液組合：①王水（濃鹽酸+濃硝酸）：溶解金屬觸媒；②氫氟酸+硫酸：去除硅酸鹽（如葉蠟石殘留）；③高氯酸：氧化去除碳質(zhì)雜質(zhì)。需根據(jù)雜質(zhì)類型調(diào)整酸液配比和處理時(shí)間。四、計(jì)算題（每題8分，共16分）1.某批次金剛石微粉經(jīng)篩分后，各粒級(jí)質(zhì)量如下：-3μm占5%，3-5μm占65%，5-7μm占25%，+7μm占5%。計(jì)算該微粉的集中度（以3-5μm為目標(biāo)粒級(jí)）。答案：集中度=（目標(biāo)粒級(jí)質(zhì)量/總質(zhì)量）×100%=（65%/100%）×100%=65%。2.某金剛石砂輪配方要求結(jié)合劑中鈷粉與金剛石微粉的質(zhì)量比為1:4，若需制備5kg結(jié)合劑，需投加鈷粉和金剛石微粉各多少？答案：設(shè)鈷粉質(zhì)量為x，金剛石微粉質(zhì)量為4x，則x+4x=5kg→x=1kg（鈷粉），4x=4kg（金剛石微粉）。五、綜合分析題（每題12分，共24分）1.某企業(yè)生產(chǎn)的立方氮化硼單晶出現(xiàn)“黃芯”缺陷（晶體中心呈黃色，邊緣透明），試分析可能原因及解決措施。答案：可能原因：①合成溫度梯度不均：中心溫度低于邊緣，導(dǎo)致雜質(zhì)（如氧、碳）在中心富集；②觸媒擴(kuò)散不充分：觸媒劑未均勻滲透至原料中心，局部反應(yīng)不完全，殘留雜質(zhì)；③原料混合不均：硼粉與氮化硼或觸媒混合不充分，中心區(qū)域原料純度低；④保壓時(shí)間不足：中心區(qū)域未完全完成相變，殘留未轉(zhuǎn)化的前驅(qū)體；⑤冷卻速率過(guò)快：中心與邊緣冷卻不同步，導(dǎo)致雜質(zhì)偏析。解決措施：①優(yōu)化加熱系統(tǒng)，確保合成腔內(nèi)溫度均勻（如調(diào)整加熱碳管功率分布）；②延長(zhǎng)觸媒與原料的混合時(shí)間（如采用球磨混合），提高均勻性；③增加保壓時(shí)間，確保中心區(qū)域充分反應(yīng)；④減緩冷卻速率（如分段冷卻），減少熱應(yīng)力和雜質(zhì)偏析；⑤提高原料純度（如使用硼含量≥99.5%的高純硼粉），降低雜質(zhì)來(lái)源。2.某超硬磨料生產(chǎn)線近期頻繁出現(xiàn)頂錘碎裂事故，分析可能原因并提出改進(jìn)方案。答案：可能原因：①頂錘材質(zhì)問(wèn)題：硬質(zhì)合金強(qiáng)度或韌性不足（如鈷含量過(guò)低、WC晶粒粗大）；②壓機(jī)同步性差：六面頂壓機(jī)各頂錘推進(jìn)不同步，導(dǎo)致局部應(yīng)力集中；③裝模偏差：合成塊與頂錘接觸面不平整（如葉蠟石模具尺寸誤差），受力不均；④操作不當(dāng)：升壓速率過(guò)快（超過(guò)200MPa/s），或卸壓時(shí)沖擊過(guò)大；⑤頂錘磨損嚴(yán)重：長(zhǎng)期使用后表面出現(xiàn)凹坑或裂紋，未及時(shí)更換；⑥合成壓力過(guò)高：超過(guò)頂錘設(shè)計(jì)承受極限（如長(zhǎng)期在7.5GPa以上運(yùn)行）。改進(jìn)方案：