无机非金属材料试卷2011-

中国矿业大学(北京)

《无机非金属材料学》试卷标准答案（01级A型）

得分：

一、填空题（22分）

1. 玻璃粘度的参考点中，应力能在几分钟内消除，大致相当于为粘度1012Pa.s的温度称之__退火__点；应力能在几小时内消除，其粘度相当于为1013.6Pa.s -1012的温度称之_应变_点；相当于粘度（3-15）×106Pa.s之间时的温度称之为__软化温度__。

2. Sialon陶瓷是__Si___；___Al__；___O___；__N___四种元素组成。

3. 请填上下列硅酸盐水泥代号的含义：

P.0:___普通硅酸盐水泥___；P.S:____矿渣硅酸盐水泥__；

P.P:___火山灰质硅酸盐水泥__；P.F:___粉煤灰硅酸盐水泥__。

4. 石灰在消化过程中的分散可分为①.__吸附分散___；②.__化学分散___。

5. 在未来燃气轮机用高温结构材料的探求中，__Si

3N

4

___和__Sialon__陶瓷是最有前景的。

6. ZrO

2陶瓷相变增韧是通过室温下__t- ZrO

2

__转变成___m- ZrO

2

___来实现的。

7. 根据玻璃无规则学说观点，按元素与氧结合的单键能的大小和能否生成玻璃可将氧化物分

为：①. _网络生成体氧化物___；②. _网络外体氧化物_；③._中间体氧化物。

8. α-半水石膏是___致密的、完整的、粗大的原生颗粒；β-半水石膏是_片状的、不规则的、

由细小的_单个晶粒组成的次生颗粒。

二、问答题（42分）

1、什么是玻璃结构？典型的玻璃结构有哪几种？其主要结构特征是什么？

答：①玻璃结构是指玻璃中原子或离子在空间上的几何配置以及它们在玻璃中形成的结构形成体。（2分）

②典型的玻璃结构有：

（1）石英玻璃其主要结构特征是硅氧四面体[SiO4]以顶角互相连接，形

成一种三维空间架状结构，其Si-O-Si键角分布完全是无序的。（2分）（2）钠钙硅玻璃由于Na2O、CaO的加入硅氧四面体[SiO4] 三维空间架状结构中的桥氧断裂，产生非桥氧而Na+、Ca++离子处于非桥氧附近的网隙（穴）中。（1分）

（3）硼酸盐玻璃B2O3玻璃由硼氧三角体[BO3]组成二维层状网络，当碱金属或碱土金属氧化物加入到B2O3玻璃中时，使硼氧三角体[BO3]转变成完全由桥氧组成的硼氧四面体三维空间架状结构。即所谓的“硼氧反常性”结构。（1分）

（4）其它氧化物玻璃如Al2O3、As2O3、Ga2O3、BeO、TeO2等氧化物均可形成玻璃。这些氧化物玻璃的结构特点是均通过桥氧形成聚合结构。（1分）

2、典型玻璃着色剂有哪几类？其着色机理有哪些？

答：①典型玻璃着色剂有三类：（1）离子着色剂，如V3-4+、Fe2-3+、Co2+、Ni2+、Ti2-4+、Mn2-3+、Ce3-4+等；（2）硫硒及其化合物着色剂如硫化镉、硒化镉等；金属胶体着色剂，如铜红、金红、银黄玻璃着色剂。（3分）

②玻璃的颜色是玻璃对不同波长的光波选择吸收、透射、反射的结果。一种物质之所以能选择性的吸收光波，是由于原子中的电子受到光能的激发，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，也即从基态跃迁到激发态所致。因此只要基态与激发态之间的能量差处于可见光的能量范围，相应波长的光波就被吸收，从而显示颜色。（2分）

根据上述着色原理可将玻璃着色机理分为：（2分）

（1）离子着色机理过渡金属离子的d轨道或f轨道会发生晶体场的分裂，其所产生的能量差大约在25000cm-1到14000 cm-1之间与某种波波长相当可被吸收，以及金属离子间发生电子或电荷转移从而显示颜色。

（2）硫硒着色机理由于硫硒为透明物质，除透过的颜色以外其它颜色均被吸收而呈透过之色。

（3）硫硒化合物着色机理如硫化镉、硒化镉中的S、Se活动电子同过渡金属离子形成п键，它类似于金属键的自由电子，其禁带宽度与可见光能量相等或小时可吸收部分可见光而显示颜色。

（4）金属胶体着色机理金属胶体的着色机理是由于胶态金属如铜、金、银颗粒的光散射而引起的。

3、为什么高铝水泥可用于抢建修建工程施工？

答：①高铝水泥又称矾土水泥，其主要矿物是铝酸一钙（CA），是由Al2O3含量约为50%的水泥熟料磨细而成。（2分）

②高铝水泥的水化主要是铝酸一钙（CA）的水化,其水化产物与温度有很大的关系，在室温下产生的水化产物主要为CAH10和C2AH8。CAH10和C2AH8均属六方晶系，结晶形成的针状和片状晶体相互交叉搭连形成了非常坚固的结晶结构网。此外较高温度下（>20℃）水化产物还有氢氧化铝凝胶填充在结晶结构网的空隙中，使结构更加致密，从而导致了高铝水泥可以有很高的机械强度。（3分）

③由于高铝水泥的强度提高很快，24小时后可达到最高强度的80%，因此高铝水泥可用来抢修抢建工程施工。（2分）

4、什么是水泥的假凝现象？

答：①假凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。（3分）

②引起水泥的假凝现象的原因有：

（1）C3A的含量太高，水泥水化时C3A很快水化生成足够多的水化铝酸钙

C4AH13，形成松散的网络结构就会使水泥在瞬间很快凝结；（2分）（2）为此在水泥磨粉是通常都掺有石膏。如果水泥在磨粉时受到高温，二水石膏脱水成半水石膏，水泥水化时半水石膏迅速溶于水，溶解度也大，部分又重新水化析出二水石膏，形成针状结晶网状结构，从而引起浆体固化。（1分）（3）当石膏掺量较多，对于含碱较高的水泥，所含的硫酸钾会与二水石膏形成钾石膏结晶迅速长大，这也是造成假凝的原因。（1分）

5、为什么含Fe杂质高的瓷器要求在还原气氛下烧结？

答：①在氧化气氛中，Fe2O3分解温度较高，此时由于釉面已玻化气孔已封闭，气体不能排出，易形成膨胀气泡，在还原气氛下，Fe2O3分解温度降至中温，气体可以在釉面玻化前自由逸出避免封孔出现；（2分）

②在氧化气氛中，Fe2O3在碱含量较低的瓷坯玻璃相中的溶解度很低，冷却时即由其中析出黄色胶体Fe2O3影响坯体颜色。在还原气氛下，Fe2O3被还原为FeO，后者能在较低温度下与SiO2反应生成淡蓝色易溶的玻璃态物质FeSiO3使坯体呈淡青色，且提高瓷器的透光性改善瓷器的色泽；（3分）

③此外Fe2O3被还原为FeO，与SiO2反应生成低熔点的硅酸盐，并降低玻璃相的粘度，增加表面张力，促使坯体在较低温度下烧结并有很大的收缩。（2分）

6、耐火材料按化学、矿物组成可分为哪几类？

答：耐火材料是由多种矿物组成，按其化学、矿物组成可分为以下6大类：（1分）

（1）硅酸铝质耐火材料，如粘土砖、高铝砖等；（1分）

（2）硅质耐火材料，如硅砖、熔融石英制品等；（1分）