材料工艺与设备

1.理解材料对人类文明进步的地位和作用
2.玻璃的定义
玻璃是呈现玻璃转变现象的非晶态固体（or是由熔融物冷却硬化而得到的非晶态固体）。

广义的玻璃包括单质玻璃、有机玻璃和无机玻璃，狭义的指无机玻璃。

3.什么是玻璃转变现象
指当玻璃由固体加热或由熔体冷却时，在相当于晶态物质熔点绝对温度的1/2~2/3温度附近出现热膨胀等性能的突变，这一温度成为玻璃转变温度。

4.如何理解玻璃的四个通性
（1）各向同性：玻璃态物质的质点排列是无规则的，是统计均匀的，其理化性质在任何方向都是相同的。

（2）无固定熔点：玻璃态物质由固体转变为液体是在一定的温度范围内进行的，并且没有新的晶体生成。

（3）亚稳性（热力学不稳定，动力学稳定）玻璃是由熔体急剧冷却而得到的，因为温度下降黏度增加。

质点来不及做有规则排列形成晶体，没有放出结晶潜热。

（4）性质变化的连续性与可逆性：玻璃的性质随成分发生连续和逐渐变化；从熔体状态冷却过程中，可以多次进行，其物理化学性质产生逐渐和连续的变化，而且是可逆的，没有生成新相。

5.玻璃的结构及特点
玻璃结构是指玻璃中的质点的几何配置、有序程度以及他们之间的结合状态。

玻璃结构的三种尺度：原子排布范围、亚微结构范围、显微组织或宏观结构范围。

特点：近程有序，远程无序。

6.玻璃的结构理论及其学术内容
晶子学说：宏观上强调了玻璃中多面体间排列的连续性、均匀性和无序性。

无规则网络学说：强调了不连续性、微不均匀性和有序性。

7.什么是铝（硼）反常现象，解释其原因
当加入Na2O后，提供游离氧，使硼氧三角体[BO3]转变
为硼氧四面体[BO4]，层状结构转化为架状结构，性质变化
曲线上出现极值或折点。

（硼反常）
8.玻璃生产工艺中的四大稳、玻璃熔制过程的四小稳
四大稳：原料稳，燃料稳，熔化稳，成型、退火稳；
四小稳：温度稳、压力稳、液面稳、气氛稳。

9.玻璃的熔制过程五个阶段及其特点（P83）
（1）硅酸盐形成：很大程度在固体状态下进行，粉料和各组分发生一系列物理化学反应，粉料由固相反应完成，大量气体物质逸出。

这一阶段结束时，配合料变成由硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物，800~1000℃完成。

（2）玻璃形成：继续加热，烧结物开始熔融。

硅酸盐和剩余的二氧化硅相互熔解，烧结物变成了透明体。

此时已没有未起反应的配合料，但在玻璃种还存在着大量的气泡和条纹，化学组成和性质尚未均匀一致。

1200~1250℃。

（平板玻璃1200~1400℃）
（3）澄清：温度继续升高，粘度下降，气泡逐渐逸出，即去除可见气泡的过程。

1400~1500℃，粘度10 Pa*s左右。

（4）均化：高温，玻璃液热运动及相互扩散、条纹逐渐消失，玻璃液各处的化学组成与折射率逐渐趋向一致，均化温度可在低于澄清温度下完成。

（5）冷却成型：将玻璃液温度冷却200~300℃，使粘度102~103 Pa*s。

10.成分对玻璃的粘度的影响
（1）玻璃的粘度首先取决于硅氧四面体网络的连接程度，即随O/Si比上升而下降。

（2）化学键强度也影响玻璃粘度。

其他条件相同下，粘度随阳离子与氧的键力的增大而增大。

如二价金属对粘度增加的顺序为Mg>Ca>Sr>Ba。

O/Si大时，粘度Li2O>Na2O>K2O；O/Si小时，键力大的使Si-O键断裂，故粘度Li2O<Na2O<K2O。

（3）结构对称性。

结构不对称，粘度下降。

（4）配位数B2O3%增大（相当于Na2O减少），粘度先增大后减小（硼反常）。

11.玻璃的料性及其对生产的指导意义
料度表示粘度随温度的变化率，对玻璃成型有指导意义
料性短——快凝——短性玻璃
料性长——慢凝——长性玻璃
12.粘度如何测量
（1）旋转法1~107 Pa*s测扭力矩
（2）落球法1~103 Pa*s
（3）拉丝法107~1014 Pa*s
13.温度对玻璃粘度的影响
温度升高，粘度下降。

应变点（Ts）——对应Pa*s的温度。

在此温度下，几小时可消除玻璃中的应力。

转变点（Tg）——对应Pa*s的温度。

温度高于此点，玻璃进入粘滞状态，开始塑性变形。

12
变形点——对应1010~11 Pa*s的温度。

玻璃开始变形，可进行热弯处理。

软化温度（Tf）——对应（3~15）*106 Pa*s的温度
操作范围——对应103~Pa*s的温度。

相当于玻璃成型时，玻璃液表面温度范围。

14.影响玻璃表面张力有哪些因素
（1）温度升高，表面张力减小
（2）外界气氛。

非极性气体影响小，极性气体影响大（降低越多）。

（3）还原气氛比氧化气氛下玻璃表面张力大20%
（4）氧化物
15.玻璃表面张力的测量原理
拉脱法：用测量一个已知周长的金属片从待测液体表面脱离时所需要的力，来求得该液体表面张力的系数的方法。

16.玻璃为什么会析晶
玻璃具有亚稳性
有控制的析晶或诱导析晶是制造微晶玻璃的基础，而成核和晶体长大是实现有控制析晶的关键。

17.玻璃结晶成核的机理（P86）（塔曼双曲线）
均相核化:指在宏观均匀的熔体和玻璃体中在没有外来物参与下，与相界、结构缺陷等无关的成核过程，又称本征成核或自发成核。

异相核化：依靠相界、晶界或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核的过程，又称非本征成核或不均匀成核。

成核——吸热，晶化——放热。

可用差热法测量
18.玻璃的原料（了解）
主要原料：SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O、K2O、MgO、CaO。

辅助原料：澄清剂、着色剂、脱色剂、乳浊剂、氧化剂、还原剂、助溶剂等。

19.玻璃熔制所用的设备（了解）
20.玻璃的熔制过程可分为哪几个阶段
硅酸盐形成、玻璃形成、澄清、均化、冷却成型。

21.影响玻璃形成速率的因素
玻璃成分。

一般来说τ值越小，玻璃越易熔。

沙粒大小（石英颗粒）。

半径越大，形成时间越久。

t=K*R3
熔制温度（熔融体温度）。

温度越高，时间越短。

τ=a*e-bt，t是温度
形成速率因素都是复杂的，不能单一决定。

22.浮法玻璃的成型原理
23.玻璃液中，气体的存在形式包括：可见气泡、物理溶解、化学结合
24.玻璃配合料的质量要求有哪些
25.排出玻璃液中可见气泡的方式有哪些
气泡的上升逸散。

大直径气泡比小直径气泡更容易逸出。

26.玻璃澄清的方法有：化学澄清和物理澄清。

化学澄清的原理是：利用化学物质（澄清剂）在高温下释放出气体，气体在上升的过程中，将玻璃液中的小气泡吸收，并排出玻璃液。

27.玻璃的均化过程的任务是：在澄清温度附近，使玻璃达到化学均匀和热均匀。

影响均化的因素：扩散、表面张力、热对流。

28.玻璃浮法工艺为什么选择金属锡作为浮抛介质
密度、蒸气压、不反应、成本
29.玻璃退火的工艺制度
30.论述玻璃的缺陷及其产生原因
缺陷：气泡（气体夹杂物）、结石（结晶夹杂物）、条纹和节瘤（玻璃态夹杂物）。

原因：气泡（1）一次气泡：澄清不良、炉内气氛或气压控制不当。

（2）二次气泡：温度升高溶解度降低（物理）、过氧化物或高价态氧化物分解（化学）
（3）耐火材料气泡（孔隙）、外界空气气泡（配合料和成型操作）、金属铁引起的气泡结石（1）配合料结石：与配合料制备质量、熔制时加料方式和熔制工艺制度有关
（2）耐火材料结石：耐火材料质量差、熔化温度过高、助熔剂用量过大、易起反应的耐火
材料堆砌在一起。

（3）析晶结石：在一定温度范围内，自身析晶。

条纹和节瘤（1）熔制不均匀引起
（2）窑碹玻璃滴引起
（3）耐火材料被侵蚀
（4）结石熔化
31.玻璃中产生应力有哪些原因
热应力（温度差）——永久&暂时
结构应力（组成不一致）——永久
机械应力（因外力作用）——暂时
32.玻璃中永久热应力是如何产生的
水泥
33.水泥的定义、分类
定义
分类：通用硅酸盐水泥、专用水泥、特性水泥。

34.水泥、水泥熟料、硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥概念的区别
水泥熟料：由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例磨成细粉烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质成为硅酸盐水泥熟料，简称熟料。

硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥区别：掺混合材比例不同。

35.水泥的组成材料、水泥熟料的矿物以及生产水泥的原料等概念的区别
水泥组成材料：硅酸盐水泥熟料、石膏、活性混合材、非活性混合材、窑灰。

水泥熟料的矿物：C3A、C3S、C2S、C4AF。

生产水泥的原料：石灰石质原料（钙质原料）、粘土质原料（SiO2、Al2O3）、铝质原料、铁质原料、燃料、混合材、石膏。

36.水泥熟料中主要矿物的性能及其水化反应
性能：水化速率：C3A>C3S>C4AF>C2S。

C4AF早起介于C3A和C3S之间，随后不如C3S。

水化热：C3A>C3S>C4AF>C2S。

凝结时间：C3A很快，C3S正常，C2S缓慢。

强度：C3S早强高后期强度增进率大；C2S早强低后期强度增进率较大，一年可赶上C3S；C3A 强度3d内发挥出来，绝对值不高，以后几乎不增长；C4AF早强高类似C3S，后期还能不断增长类似C2S。

抗水性：C3S差，C2S好
抗硫酸盐性：C3A差，C4AF好。

37.水泥的品质指标有哪些
38.废品与不合格品有什么不同
39.简述水泥的生产工艺
40.在水泥生产工艺中，三个率值的计算、含义
石灰饱和系数
硅率: 熟料中SiO2百分含量和Al2O3、Fe2O3百分含量之比， SM
铝率（铁率）:Al2O3和Fe2O3百分含量之比， IM
41.如何提高水泥的粉磨效率
42.什么是“两磨一烧”
见39题
1）第一阶段：生料粉磨。

石灰质原料、粘土质原料、以及少量的校正原料，（立窑生产还要加入一定量的煤）经破碎或烘干后，按一定比例配合、磨细，并制备为成分合适、质量均匀的生料；
2）第二阶段：熟料煅烧。

将生料加入水泥窑中煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的水泥熟料；
3）第三阶段：水泥粉磨。

熟料加入适量的石膏，有时还加入一些混合材料，共同磨细为水泥。

43.推导石灰饱和系数的计算公式
44.什么是水泥的安定性及其影响因素
水泥加水硬化后体积变化的均匀性称为水泥安定性，即水泥加水以后，逐渐水化硬化，水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂、不变形、不溃散的性质。

影响因素：一般是由于熟料中的f-CaO、结晶MgO或水泥中掺入石膏过多等原因造成的。

其中f-CaO是最常见也是影响最严重的因素。

生成Ca(OH)2体积膨胀。

其次是结晶MgO。

生成Mg(OH)2体积膨胀
第三是水泥中SO3含量过多，多余的SO3在水泥硬化后与水和C3A反应生成钙矾石，体积膨胀。

45.水泥熟料的煅烧过程及其特点（仔细看书P196-200）
（1）干燥与脱水
（2）碳酸盐分解
（3）固相反应
（4）熟料的烧结
（5）熟料的冷却
46.为什么说快速冷却可以提高水泥熟料的质量
47.影响水泥水化速率的因素有哪些
48.窑外分解窑（预分解窑）干法水泥生产工艺的特点
49.悬浮预热器的工作原理
悬浮预热器的主要功能在于充分利用回转窑及分解炉内排出的炽热气流所具有的热焓加热生料，使之进行预热及部分碳酸盐分解，然后进入分解炉或回转窑内继续加热分解，完成熟料煅烧任务。

陶瓷
50.陶瓷材料的性能、成分、结构和成型工艺之间的关系
陶瓷材料的性能与系统的化学成分、显微结构是密切相关的，而成型工艺对显微结构也有重要影响。

陶瓷性能与原子或分子的排列方式和结构也有很重要关系。

结构缺陷对陶瓷也有显著影响。

51.陶瓷生产的主要原料及其作用是什么（+书P327）
（1）粘土：高岭石、蒙脱石、伊利石。

（2）石英类原料：砂岩、石英岩、石英砂。

（主要为SiO2少量Al2O3、Fe2O3）
（3）长石类原料（熔剂类原料）：钠长石、钾长石、钙长石。

（4）其他原料：碳酸盐类原料（起熔剂作用）、滑石（引入MgO）、硅灰石（引入CaO）。

52.粘土的工艺性能及其影响因素有哪些
（1）可塑性：指含工作水分的泥团，在一定外力作用下产生形变，除去外力仍保持其形变性能的能力。

（2）触变性
（3）烧结性能
烧结温度范围取决于粘土中熔剂矿物质类和数量。

（4）离子交换性
（5）膨化性
（6）收缩
（7）耐火度
53.如何确定造渣材料的用量
54.陶瓷制品的成型方法
注浆成型、塑性成形、压制成型
55.陶瓷施釉的基本方法
浸釉、淋釉、喷釉
56.什么是釉的适应性P350-351
坯釉适应性是指陶瓷坯体与釉层有相互适应的物理化学性质，使釉面不剥脱、不开裂的性能。

在工艺上主要是控制釉的膨胀系数。

坯体和釉面有两种不适应：
（1）釉层受张应力，釉层开裂（2）釉层受压应力，釉层剥离
57.已知某陶瓷坯料的组成,如何写出其实验式P329-331
（1）先将坯料化学式换算成不含烧失量的化学组成百分数
（2）将各氧化物的质量除以该氧化物的摩尔质量，得到物质的量
（3）将中性氧化物的总的物质的量算出
（4）将各氧化物的物质的量分别除以中性氧化物总的物质的量，得到一套以中性氧化物系数为1的各氧化物的系数（中性和为1）
（5）将所得的各氧化物按规定的顺序排列，即得到所要求的的实验式（碱、中、酸）
58.如何制定陶瓷的烧成温度制度（陶瓷烧成过程中所发生的物理化学变化）
从以下几个方面来制定：
（1）升温速率
a. 低温预热阶段（水分排出）：质量减轻；气孔率增加；体积收缩。

b. 氧化分解期：结构水的排出；碳酸盐、硫酸盐的分解；碳素、有机物的氧化；硫化物的氧化；石英多晶转化。

c. 玻化成瓷期：
d. 冷却期
（2）烧成温度
（3）保温时间
炼钢
59.论述炼钢的主要过程和基本原理
Si、Mn氧化，脱P、C、O、S
60.拉瓦尔管的结构与工作原理
高压低速低压高速
61.如何控制炼钢的终点
62.炼钢过程中，脱氧的方法有哪些
（1）沉淀脱氧——效率高，合金消耗少，脱氧产物易残留（2）扩散脱氧——时间长，脱氧剂消耗多，残留杂质少（3）真空脱氧——效率高，不消耗合金，需专用设备63.论述碱性电弧炉炼钢工艺过程（PPT）
64.为什么说吹氩搅拌可以提高炼钢的质量
65.脱氧元素有什么要求（附加）。