材料工艺学课后思考题 答案

第一章：概述1.什么是无机非金属材料?如何分类？答：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，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。

通常把它分为普通的（传统的）和先进的（新型的）无机非金属两大类。

其中传统可分为：水泥，陶瓷，耐火材料，玻璃，搪瓷磨料等。

而新型的有：先进陶瓷，非晶态材料，人工晶体，无机涂层，无机纤维等。

第二章：原料和燃料1.钙质原料主要有那些分类？有何品质要求？常见钙质原料有石灰石、泥灰岩、白垩、硅灰石。

钙质原料的化学成分及其杂质含量对水泥生料粉磨和熟料的煅烧质量都有很大影响。

例如，未消除方镁石膨胀造成的水泥安定性不良，要求熟料中氧化镁的含量小于 5.0%，在生产过程中则必须控制石灰石的氧化镁含量小于3.0%。

同样，对石灰石原料中的碱的含量等也有相应的限制。

2．黏土类原料如何分类？按成因可分为两类：1.原生黏土，是母岩风化崩解后在原地残留下来的黏土。

特征：质地较纯，耐火度较高，可塑性较差。

2.次生黏土：由风化、经自然力作用沉积下来的黏土层。

特征：质地不纯，可塑性较好，耐火度较差，呈色3.什么是黏土的可塑性、离子交换性、触变性、膨化性、耐火度和烧结温度范围？可塑性是指黏土与适量水混合后形成的泥团，在外力作用下可塑造乘各种形状而不开裂，当外力去除后，仍能保持该形状不变的性能。

离子交换性是指能够吸附溶液中的异性离子，这些被吸附的离子又可被其他离子所置换，这种性质成为黏土的离子交换性。

触变性是指若此时收到搅拌或者振动，则可使其黏度降低而流动性增加，在放置一段时间后又能恢复原来的状态，这种性质成为触变性。

膨化性是指黏土加水后发生体积膨胀的性质称之为膨化性。

收缩性是指黏土景110度甘干燥后，由于自由水及吸附水排出后所引起的颗粒间距减少而产生的体积収缩，称之为收缩性。

耐火度是指材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度。

烧结温度范围的大小主要取决于黏土中溶剂矿物的种类和数量。

4.石英类原料主要有那些种类？有何品质要求？在陶瓷工业中常用的石英类原料有以下几种：脉石英属火成岩.脉石英外观色纯白,半透明,呈油脂光泽,断口呈贝壳状;SiO2含量高达99%,是生产日用细瓷的良好原料。

在玻璃工业中，其品质要求是sio2含量不小于百分之九十八，三氧化二铁含量不大于百分之零点二。

在耐火材料工业，其品质要求是二氧化硅的含量不小于百分之九十六，三氧化二铝、二氧化钛、碱性氧化物杂质的总含量不大于2%。

在陶瓷行业，二氧化硅的含量大于90%。

5.石英有那些晶型转变和体积变化？又称多晶转变。

同种物质由于环境温度变化，材料中晶体结构发生相应变化的现象。

由于不同晶型比重不同，内部质点排列不同，因此晶型转变时伴有体积变化、导电率变化和比热容变化等现象发生，对材料生产工艺和使用有重要影响。

例如β石英←→α石英在573℃时发生快速转变，而石英、鳞石英和方石英之间的转变属慢转变。

又如ZrO2单斜←→四方之间的转变在1170℃时快速进行，并伴有显著体积变化，加热时收缩，冷却时膨胀，两种晶型可反复瞬时转变，利用多晶转变现象产生的微裂纹可达到增加陶瓷材料韧性之目的。

6.长石的种类和作用是什么？长石的英文名称为Feldspar，由德文Feldspath演化而来。

Spar是裂开的意思，刚好说明了长石具有完全解理的特性。

长石族矿物品种繁多，凡色泽艳丽、透明度高、无裂纹、块度较大均可用做宝石，重要的长石宝石还有特殊光学效应，如：月光石、日光石和拉长石等。

长石是无水架状结构硅酸盐矿物，长石族矿物产出于各类成因的岩石中，它大约占地壳重量的50%，为其体积的60%，是一种最重要的造岩矿物，在自然界中广泛存在。

1、玻璃熔剂：长石是玻璃混合料的主要成份之一。

长石含Al2O3高，铁质含量低，且比氧化铝易熔，不但熔融温度低而且熔融范围宽，主要用来提高玻璃配料中的氧化铝含量，降低玻璃生产中的熔融温度和增加碱含量，以减少碱的用量。

此外，长石熔融后变成玻璃的过程比较缓慢，结晶能力小，可以防止在玻璃形成过程中析出晶体而破坏制品。

长石还可以用来调节玻璃的粘性。

一般各种玻璃混合料用钾长石或钠长石。

2、陶瓷坯体配料：在烧成前长石能起瘠性原料的作用，减少坯体的干燥收缩和变形，改善干燥性能，缩短干燥时间。

在烧成时可作为熔剂降低烧成温度，促使石英和高岭土熔融，并在液相中互相扩散渗透而加速莫来石的形成。

熔融中生成的长石玻璃体充填于坯体的莫来石晶粒之间，使坯体致密而减少空隙，从而提高其机械强度和介电性能。

7.表示煤的组成有哪几种基准和方法？为了表示方便且形成相应的评价依据，以期组成元素的组成含量的多少，将其组成统一用碳、氧、氢、氮、硫、灰分、和水分来表示，这种方法称之为元素分析法。

煤在不同状态下的组成可以用以下四个基准表示：收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基。

8.黏土的主要化学成分和矿物组成是什么？黏土是含沙粒很少、有黏性的土壤，水分不容易从中通过才具有较好的可塑性。

一般的粘土都由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成，一般在原地风化，颗粒较大而成分接近原来的石块的，称为原生黏土或者是一次黏土。

这种黏土的成分主要为氧化硅与氧化铝，色白而耐火，为配制瓷土之主要原料。

黏土矿物（clay minerals）是指具有层状构造的含水铝硅酸盐矿物，是构成黏土岩、土壤的主要矿物组分，如高岭石、蒙脱石、伊利石等。

9.什么是燃烧发热量？高位发热量和低位发热量的主要区别是什么？什么是标准燃料？其热值是多少?燃料热值也叫燃料发热量，是指单位质量（指固体或液体）或单位体积（指气体）的燃料完全燃烧，燃烧产物冷却到燃烧前的温度（一般为环境温度）时所释放出来的热量。

燃料发热量分为高位发热量和低位发热量。

高位发热量是指1Kg燃料完全燃烧时放出的全部热量，包括烟气中水蒸汽已凝结成水所放出的汽化潜热。

从燃料的高位发热量中扣除烟气中水蒸汽的汽化潜热时，称燃料的低位发热量。

显然，高位发热量在数值上大于低位发热量，差值为水蒸汽的汽化潜热。

10.衍生燃料主要有那些？其发热量情况如何?废弃物衍生燃料（refuse-derived fuel，RDF）是指固体废弃物经过切碎、筛分、气流分选等分离过程，将固体废弃物的可燃部分与不可燃部分分离后得到的可燃部分物质。

经过分离处理，可从城市固体废弃物中得到的可燃部分质量占55%～85%，经过燃烧产生的热值达12～16MJ/kg。

这种系统也可称为补充燃料系统，因为对于使用煤或其他固体燃料产生能量而言，这种系统仅起一种补充燃料的作用。

粗糙的cRDF可以在硫化床焚烧炉中燃烧，而压实的dRDF 可在硫化床或常规格栅焚烧炉中焚烧。

11.什么是清洁燃料？包括哪些品种？各有什么优势？清洁燃料是指燃烧时不产生对人体和环境有害的物质，或有害物质十分微量，如天然气、液化石油气、清洁煤气、醇醚燃料（甲醇、乙醇、二甲醚等）、生物燃料、氢燃料等。

水力、风力、太阳、生物（沼气）、海潮、核能发电产生的电能属于清洁能源。

清洁能源的准确定义应是：对能源清洁、高效、系统化应用的技术体系。

含义有三点：第一清洁能源不是对能源的简单分类，而是指能源利用的技术体系；第二清洁能源不但强调清洁性同时也强调经济性；第三清洁能源的清洁性指的是符合一定的排放标准。

可再生能源，是指原材料可以再生的能源，如水力发电、风力发电、太阳能、生物能（沼气）、地热能（包括地源和水源）海潮能这些能源。

可再生能源不存在能源耗竭的可能，因此，可再生能源的开发利用，日益受到许多国家的重视，尤其是能源短缺的国家。

12.新型高校煤粉燃烧器有哪些主要特点？第三代节能型燃烧器采用本公司的专有技术，其特点是内外风由两台风机单独供风，头部喷嘴采用了特殊结构，一次风比例只有7.0%—8.0%，比现在市场上常用的2500t/d窑用煤粉燃烧器下降了约40%—50%，节煤节电明显，同时，还提高了熟料强度和产量。

13.什么是富氧燃烧技术？什么是全氧燃烧技术？富氧燃烧是指用氧含量超过21%的富氧空气作为助燃气体，这种燃烧方式成为富氧燃烧。

富氧燃烧的原理是：空气中的氧含量高，燃料燃烧更加充分、燃料分子在富氧状态下会更加活跃，燃料分子与氧气分子结合的更加完全，从而释放更多的热量。

同时富氧燃烧能够有效的降低燃烧后各种排放物的有害程度，对于节能减排有很好的应用前景。

全氧燃烧是指用工业氧气代替空气来燃烧燃料，可以使燃料燃烧更加完全。

全氧燃烧对于空气燃烧有诸多优点：全氧燃烧过程与空气燃烧相比，空气中约79%的氮气不再参与燃烧，可以提高火焰温度，烟气中不存在氮气，燃烧产物为三原子产物，三原子物质的传热效果高于双原子的物质，提高加热效率；而且氮气不再参与排烟，可以大幅减少烟气量，减少排烟热损失。

全氧助燃直接带来的经济效益就是能够节约燃料，减少NOx的排放，达到净化环境的要求。

14．纯低温余热发电的能源是什么？与大中型的火力发电不同，低温余热发电技术是通过回收钢铁、水泥、石化等企业几乎每天都在持续不断的向大气环境中排放的温度低于300～400℃的中低温的废蒸汽、烟气所含的低品位的热量来发电，它将企业在生产环节产生的低品位的或废弃的热能转化为高级能源——电能，因此它是一项变废为宝的高效节能技术。

第三章：粉粒体制备1.为什么说对无聊粉碎的难易程度即与物料本身的物性有关，又与粉碎机械有关？强度和硬度虽然反映了物料本身对外力的抵抗能力，但是实践表明，不仅同一台粉碎机械粉碎不同的物料，其粉碎能力不同，而且同一种物料对不同的粉碎机械，后者的粉碎能力也可能不同。

这说明，物料的强度和硬度对施力方式的不同的粉碎机械所产生的抗破碎阻力效果是不同的，所以，粉碎的难易程度不仅与物料的硬度、脆性、韧性和机械强度有关，还与粉碎机械的原理和粉碎工艺等因素有关。

2.粉碎的施力方式主要有哪些？对物料的适用性如何？挤压粉碎：挤压粉碎时粉碎设备的工作部件对物料施加挤压作用，物料在压力作用下发生粉碎。

挤压磨、颚式破碎机均属于此类粉碎设备。

物料在两个工作面之间受到相对缓慢的压力而被破碎，因为压力作用较缓慢和均匀，故物料粉碎过程比较均匀。

这种方法通常多用于物料的粗碎。

当然，近年来发展的细颚式破碎机也可将物料破碎至几毫米以下。

另外，挤压磨出磨物料是由大量的粉料压成的料饼，故常作为细分磨前的预粉碎设备。

冲击粉碎：冲击粉碎包括高速运动的粉碎体对呗粉碎物料的冲击和高速运动的物料向固定壁或靶的冲击。

这种粉碎过程可在较短时间内发生多次冲击碰撞，每次冲击碰撞的粉碎时间是在瞬间完成的，所以粉碎体与被粉碎物料的动量交换非常迅速。

剪切摩擦粉碎：研磨和磨削本质上均属剪切摩擦粉碎，包括研磨介质对物料的粉碎和物料相互之间的摩擦作用。