無(wú)機(jī)非金屬材料制備工藝技術(shù)交流試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分。每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.采用溶膠凝膠法制備SiO?氣凝膠時(shí)，最關(guān)鍵抑制開(kāi)裂的工序是（）A.超臨界干燥?B.常溫干燥?C.真空干燥?D.冷凍干燥答案：A2.在水泥熟料煅燒過(guò)程中，C?S（硅酸三鈣）大量形成的溫度區(qū)間是（）A.1000–1100℃?B.1100–1200℃?C.1200–1300℃?D.1300–1450℃答案：D3.下列氧化物中，作為玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體且配位數(shù)為4的是（）A.Na?O?B.CaO?C.Al?O??D.SiO?答案：D4.采用熱壓燒結(jié)制備Si?N?陶瓷時(shí)，常添加的燒結(jié)助劑組合為（）A.MgO＋Al?O??B.Y?O?＋AlN?C.ZrO?＋TiO??D.B?O?＋P?O?答案：B5.在浮法玻璃成型中，決定玻璃帶平衡厚度的主要物理量是（）A.玻璃密度?B.表面張力與重力平衡?C.黏度溫度梯度?D.拉邊機(jī)速度答案：B6.水熱合成法制備納米TiO?時(shí)，提高晶型轉(zhuǎn)變銳鈦礦→金紅石的有效手段是（）A.提高pH?B.降低溫度?C.延長(zhǎng)保溫時(shí)間?D.加入F?礦化劑答案：C7.傳統(tǒng)陶瓷坯體中，常用作助熔劑降低燒成溫度的礦物是（）A.石英?B.長(zhǎng)石?C.高嶺石?D.方解石答案：B8.采用碳熱還原法合成SiC粉末時(shí)，理論上1molSiO?需配碳量為（）A.1mol?B.2mol?C.3mol?D.4mol答案：C9.在Al?O?陶瓷注射成形喂料中，提高生坯強(qiáng)度的最主要組分是（）A.石蠟基主粘結(jié)劑?B.鄰苯二甲酸酯增塑劑?C.硬脂酸潤(rùn)滑劑?D.聚乙烯副粘結(jié)劑答案：D10.下列表征手段中，可直接測(cè)定玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg的是（）A.XRD?B.DSC?C.SEM?D.FTIR答案：B11.對(duì)于ZrO?增韌Al?O?陶瓷，其增韌機(jī)理主要是（）A.微裂紋增韌?B.相變?cè)鲰g?C.纖維拔出增韌?D.晶須橋聯(lián)增韌答案：B12.在水泥粉磨過(guò)程中，加入三乙醇胺的主要作用是（）A.助磨劑?B.緩凝劑?C.早強(qiáng)劑?D.減水劑答案：A13.采用熔融淬冷法制備Bi系高溫超導(dǎo)塊材時(shí)，需控制冷卻速率為（）A.0.1–1K/min?B.1–10K/min?C.10–100K/s?D.10?–10?K/s答案：D14.下列因素中，對(duì)溶膠凝膠薄膜厚度影響最小的是（）A.溶膠黏度?B.提拉速度?C.環(huán)境溫度?D.襯底晶格常數(shù)答案：D15.制備透明YAG陶瓷時(shí)，需將原料粉體球磨至比表面積大于（）A.1m2/g?B.5m2/g?C.15m2/g?D.50m2/g答案：C16.在水泥水化放熱曲線中，第Ⅱ階段稱為（）A.初始期?B.誘導(dǎo)期?C.加速期?D.衰減期答案：B17.采用噴霧干燥制備陶瓷造粒粉時(shí)，進(jìn)口熱風(fēng)溫度一般控制在（）A.80–120℃?B.120–180℃?C.200–350℃?D.400–500℃答案：C18.下列玻璃中，耐堿侵蝕性能最好的是（）A.鈉鈣硅玻璃?B.鋁硅酸鹽玻璃?C.硼硅酸鹽玻璃?D.磷酸鹽玻璃答案：B19.對(duì)于反應(yīng)燒結(jié)SiC，其素坯密度與最終密度關(guān)系是（）A.素坯密度越高，最終密度越低?B.素坯密度與最終密度無(wú)關(guān)C.素坯密度越高，最終密度越高?D.素坯密度越低，線性收縮越大答案：C20.采用CVD法制備金剛石薄膜時(shí)，常用碳源氣體為（）A.C?H??B.CH??C.C?H?OH?D.CO?答案：B二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選少選均不得分）21.下列屬于水泥熟料礦物的有（）A.C?S?B.C?S?C.C?A?D.C?AF?E.CaO答案：ABCD22.影響陶瓷燒結(jié)致密化的關(guān)鍵因素包括（）A.粉體粒徑?B.燒結(jié)溫度?C.保溫時(shí)間?D.氣氛氧分壓?E.樣品顏色答案：ABCD23.關(guān)于溶膠凝膠法，下列說(shuō)法正確的有（）A.可在低溫合成多組分氧化物?B.易于制備薄膜與纖維?C.原料成本高?D.干燥收縮小?E.可分子級(jí)均勻混合答案：ABCE24.下列屬于玻璃網(wǎng)絡(luò)外體的氧化物有（）A.Na?O?B.K?O?C.CaO?D.MgO?E.SiO?答案：ABCD25.采用水熱法合成納米羥基磷灰石時(shí)，需控制的工藝參數(shù)有（）A.溫度?B.pH?C.Ca/P摩爾比?D.反應(yīng)時(shí)間?E.攪拌速度答案：ABCDE26.下列措施可提高陶瓷熱震穩(wěn)定性的有（）A.降低熱膨脹系數(shù)?B.提高彈性模量?C.引入微裂紋?D.提高導(dǎo)熱率?E.降低泊松比答案：ACD27.關(guān)于ZrO?的相變，下列說(shuō)法正確的有（）A.單斜→四方為馬氏體相變?B.相變伴隨3–5%體積收縮?C.添加Y?O?可穩(wěn)定四方相D.相變?cè)鲰g需控制晶粒尺寸?E.相變溫度隨Y?O?含量升高而降低答案：ACD28.下列屬于傳統(tǒng)陶瓷成型方法的有（）A.注漿成型?B.可塑成型?C.干壓成型?D.流延成型?E.3D打印答案：ABC29.下列關(guān)于水泥水化產(chǎn)物說(shuō)法正確的有（）A.CSH凝膠占水化產(chǎn)物體積50%以上?B.CH晶體呈六方板狀?C.鈣礬石呈針狀D.單硫型水化硫鋁酸鈣為立方晶體?E.CSH化學(xué)組成固定不變答案：ABC30.采用CVD法制備SiC纖維，需具備的條件有（）A.前驅(qū)體含SiCl鍵?B.載氣為H??C.沉積溫度>1000℃?D.氣氛為氧化性?E.基底為鎢絲答案：ABCE三、填空題（每空1分，共20分）31.水泥熟料四種主要礦物中，早期強(qiáng)度最高的是________，體積收縮最小的是________。答案：C?S；C?S32.浮法玻璃錫槽保護(hù)氣體通常采用________與________的混合氣。答案：N?；H?33.溶膠凝膠過(guò)程中，TEOS完全水解的化學(xué)方程式為：________。答案：Si(OC?H?)?+4H?O→Si(OH)?+4C?H?OH34.反應(yīng)燒結(jié)SiC的兩大主要原料為_(kāi)_______與________。答案：SiC粉；碳粉35.陶瓷燒結(jié)后期封閉氣孔排除需滿足氣孔內(nèi)氣壓________外界燒結(jié)氣氛壓力。答案：≤36.在Y?O?穩(wěn)定ZrO?中，若Y?O?摩爾分?jǐn)?shù)為3%，則穩(wěn)定相為_(kāi)_______相。答案：四方37.水泥水化放熱量測(cè)定常用________量熱儀，其原理為_(kāi)_______熱流。答案：等溫；傳導(dǎo)38.傳統(tǒng)陶瓷燒成溫度范圍一般為_(kāi)_______℃，對(duì)應(yīng)瓷化階段的吸水率應(yīng)<________%。答案：1200–1300；0.539.采用噴霧干燥所得陶瓷造粒粉，其顆粒形貌理想為_(kāi)_______，松裝密度可提高_(dá)_______%。答案：球形；20–3040.制備透明AlON陶瓷時(shí)，需將素坯在________氣氛下燒結(jié)至________℃以上。答案：N?；1850四、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）41.簡(jiǎn)述水泥熟料形成四個(gè)主要溫度階段及對(duì)應(yīng)的物理化學(xué)變化。答案：（1）100–400℃：自由水蒸發(fā)，黏土脫除吸附水；（2）400–900℃：黏土結(jié)構(gòu)水脫除，高嶺石→偏高嶺石，碳酸鹽開(kāi)始分解；（3）900–1300℃：CaCO?大量分解為CaO與CO?，CaO與SiO?、Al?O?、Fe?O?反應(yīng)生成C?S、C?A、C?AF；（4）1300–1450℃：液相出現(xiàn)，C?S+CaO→C?S，完成熟料礦物形成，冷卻后得波特蘭水泥熟料。42.說(shuō)明溶膠凝膠法制備SiO?薄膜出現(xiàn)裂紋的三大原因及對(duì)應(yīng)解決措施。答案：（1）干燥收縮應(yīng)力：采用超臨界干燥或分段升溫干燥；（2）膜厚過(guò)大：降低提拉速度或稀釋溶膠；（3）襯底與凝膠熱膨脹失配：選用熱膨脹系數(shù)接近的襯底或引入有機(jī)改性劑增韌。43.比較熱壓燒結(jié)（HP）與放電等離子燒結(jié)（SPS）在制備納米YAG陶瓷時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)。答案：HP：優(yōu)點(diǎn)——設(shè)備簡(jiǎn)單、壓力高（>30MPa），致密度>99%；缺點(diǎn)——升溫慢（~10℃/min），晶粒易長(zhǎng)大。SPS：優(yōu)點(diǎn)——升溫速率快（>100℃/min），脈沖電流凈化顆粒表面，晶粒細(xì)小；缺點(diǎn)——設(shè)備昂貴，樣品尺寸受限，溫度場(chǎng)不均勻。44.寫(xiě)出反應(yīng)燒結(jié)SiC的宏觀反應(yīng)式，并說(shuō)明為何該工藝可實(shí)現(xiàn)近零收縮。答案：宏觀反應(yīng)：Si(l)+C(s)→SiC(s)液態(tài)Si滲入多孔CSiC坯體，與殘余C反應(yīng)生成SiC，新生SiC體積恰好填充孔隙，故凈體積變化≈0，實(shí)現(xiàn)近零收縮。45.列舉三種提高玻璃化學(xué)強(qiáng)化（離子交換）效率的途徑，并說(shuō)明原理。答案：（1）多步交換：先小離子后大離子，降低表面應(yīng)力松弛；（2）電場(chǎng)輔助：外加直流電場(chǎng)加速Na?→K?擴(kuò)散，提高交換深度；（3）熔鹽添加Zn2?：Zn2?進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)間隙，擴(kuò)大通道，降低K?擴(kuò)散激活能。五、綜合計(jì)算與分析題（共50分）46.（15分）采用固相法合成莫來(lái)石（3Al?O?·2SiO?），原料為γAl?O?（比表面積100m2/g，粒徑0.1μm）與石英粉（比表面積3m2/g，粒徑5μm）。（1）寫(xiě)出合成反應(yīng)式；（2）按化學(xué)計(jì)量比計(jì)算100g莫來(lái)石所需各原料質(zhì)量；（3）分析為何實(shí)際燒成溫度比熱力學(xué)預(yù)測(cè)高200℃，并提出兩條降低溫度的措施。答案：（1）3Al?O?+2SiO?→3Al?O?·2SiO?（2）M(莫來(lái)石)=426g/mol，n=100/426=0.235mol需Al?O?：3×0.235=0.705mol，m=0.705×102=71.9g需SiO?：2×0.235=0.470mol，m=0.470×60=28.1g（3）原因：石英粉粒徑大、活性低，擴(kuò)散距離長(zhǎng)；措施：①高能球磨石英至0.5μm以下提高活性；②引入1%V?O?作礦化劑降低液相形成溫度。47.（15分）某企業(yè)采用浮法工藝生產(chǎn)2mm超薄電子玻璃，已知玻璃液密度ρ=2.48g/cm3，表面張力γ=0.34N/m，錫液溫度1000℃。（1）利用平衡厚度公式h=√(2γ/ρg)，計(jì)算理論平衡厚度；（2）若需獲得2mm厚度，拉邊機(jī)應(yīng)施加何種力？（3）列舉兩條克服重力下垂、穩(wěn)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）拉邊機(jī)需施加橫向拉力，使玻璃帶在錫槽方向受張應(yīng)力，厚度減至2mm；張力大小由速度差Δv決定，Δv≈(h?/h1)v?≈1.65v?。（3）①采用多級(jí)拉邊機(jī)+紅外邊緣加熱，減小邊緣黏度；②在錫槽出口設(shè)置負(fù)壓吸附輥，垂直向上牽引抵消下垂。48.（20分）設(shè)計(jì)一條年產(chǎn)1000t的溶膠凝膠法制備SiO?氣凝膠絕熱氈的連續(xù)生產(chǎn)線。已知：氣凝膠密度0.08g/cm3，氈體SiO?質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，TEOS利用率90%，溶膠固含量5%，超臨界干燥收率95%。（1）計(jì)算年需TEOS質(zhì)量；（2）若溶膠老化時(shí)間12h，干燥釜單批裝500kg濕凝膠，求需干燥釜數(shù)量（年工作日330d，24h作業(yè)）；（3）畫(huà)出流程框圖并標(biāo)明三廢處理節(jié)點(diǎn)；（4）指出能耗最高工序并提出節(jié)能方案。答案：（1）年產(chǎn)SiO?：1000t×8%=80tTEOS理論：80×208/60=277.3t，實(shí)際：277.3/0.9=308.2t（2）濕凝膠量：80t/(0.0