材料概論習(xí)題及答案

作業(yè)11.人類使用材料的歷史經(jīng)歷了哪些時代？答：人類使用材料的歷史經(jīng)歷了石器時代、青銅器時代、鐵器時代、水泥時代、鋼時代、硅時代、新材料時代。2.材料的化學(xué)(鍵)分類和使用性能分類？答：材料的化學(xué)(鍵)分類：金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料。材料的使用性能分類：構(gòu)造材料、功能材料。3.什么是材料科學(xué)、材料工程、材料科學(xué)與工程？答：材料科學(xué)：一門以固體材料為研究對象，以固體物理、固體化學(xué)、熱力學(xué)、動力學(xué)、量子力學(xué)、冶金、化工為理論基礎(chǔ)的邊緣交叉基礎(chǔ)應(yīng)用學(xué)科，是運(yùn)用電子顯微鏡、X射線衍射、熱譜、電子離子探針等多種精密儀器和技術(shù)，探討材料的構(gòu)成、構(gòu)造、制備工藝和加工使用過程與其機(jī)械、物理、化學(xué)性能之間的規(guī)律的一門基礎(chǔ)應(yīng)用學(xué)科。材料工程：運(yùn)用材料科學(xué)的理論知識和經(jīng)驗知識，為滿足多種特定需要而發(fā)展、制備和改善多種材料的工藝技術(shù)。材料科學(xué)與工程：研究材料的構(gòu)成與構(gòu)造、合成與制備(工藝)、性能、使用效能(用途)四者之間互相關(guān)系和規(guī)律的一門科學(xué)。4.簡述無機(jī)非金屬材料及其特點(diǎn)？答：無機(jī)非金屬材料是一種或多種非金屬元素(如O、C、N等，一般為O)的化合物，重要為金屬氧化物和金屬非氧化物，不含C-H-O鏈。無機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)：①構(gòu)成：一種或多種非金屬元素(如O、C、N等，一般為O)的化合物。②構(gòu)造：結(jié)合鍵重要為離子鍵、共價鍵或離子－共價混合鍵。③性能：高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、耐磨損、高硬度、耐腐蝕和抗氧化的基本屬性，廣闊的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和透光性以及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性，很差的延展性及耐沖擊性。④合成與制備(藝)：(暫忽視)。⑤使用效能(應(yīng)用)：(暫忽視)。作業(yè)21.從CaO-SiO2二元相圖分析礦物構(gòu)成與化學(xué)構(gòu)成、工藝條件的關(guān)系？答：①CaO-SiO2二元相圖。②礦物構(gòu)成與化學(xué)構(gòu)成的關(guān)系：在870-1125℃之間，伴隨SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減少，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，所形成的礦物構(gòu)成依次為α磷石英，α磷石英+β-CS，β-CS，β-CS+C2S，C2S，C2S+C3S，C3S，C3S+CaO，CaO。③礦物構(gòu)成與工藝條件的關(guān)系：在SiO2-CS區(qū)間，伴隨溫度的升高，依次生成α石英+β-CS，α磷石英+β-CS，α磷石英+α-CS，α方石英+L，L。2.計算[BO3]三角體和[SiO4]四面體中正負(fù)離子彼此互相接觸的正負(fù)離子半徑的比值。答：①[BO3]三角體中正負(fù)離子彼此互相接觸的正負(fù)離子半徑的比值：②[SiO4]四面體正負(fù)離子彼此互相接觸的正負(fù)離子半徑的比值：3.為何島狀、鏈狀、架狀硅酸鹽晶體構(gòu)造構(gòu)造的橋氧數(shù)、硅氧比不一樣？答：由于[SiO4]四面體聚合形狀不一樣，因此島狀、鏈狀、架狀硅酸鹽晶體構(gòu)造的橋氧數(shù)、硅氧比不一樣。①島狀硅酸鹽晶體構(gòu)造：橋氧數(shù)：0，硅氧比1:4。②鏈狀硅酸鹽晶體構(gòu)造：單鏈：橋氧數(shù)：1，硅氧比1:3；雙鏈：橋氧數(shù)：2.5，硅氧比4:11。③架狀硅酸鹽晶體構(gòu)造：橋氧數(shù)：4，硅氧比1:2。4.什么叫晶體缺陷？有哪些類型？答：①晶體缺陷：實(shí)際晶體中原子規(guī)則排列遭到破壞而偏離理想構(gòu)造的區(qū)域。②晶體缺陷類型：點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。③點(diǎn)缺陷：晶格位置缺陷(弗蘭克爾缺陷、肖特基缺陷)、構(gòu)成缺陷(間隙型雜質(zhì)原子、置換型雜雜質(zhì)原子)和電荷缺陷。④線缺陷：刃型位錯、螺型位錯。⑤面缺陷：與晶體構(gòu)造無關(guān)的面缺陷：晶晶界和相界，與晶體構(gòu)造有關(guān)的面缺陷：共軛相界、孿晶界、堆垛層錯。5.試闡明圖像分析法與非圖像分析法的異同。答：①相似點(diǎn)：圖像分析法與非圖像分析法均基于物理措施，其工作原理是以電磁波轟擊樣品激發(fā)產(chǎn)生透射、反射和吸取等特性物理信息，將這些信息加以分析從而確定物相構(gòu)成和構(gòu)造特性。②不一樣點(diǎn)：圖像分析法是以顯微術(shù)為主，既可根據(jù)圖像的特點(diǎn)及有關(guān)的性質(zhì)來分析和研究固體材料的相構(gòu)成，也可形象地研究其構(gòu)造特性和形貌特性，測定其各項構(gòu)造參數(shù)，是材料的重要研究手段，其中最有代表性的是光學(xué)顯微鏡分析和電子顯微鏡分析。非圖像分析法分為衍射法和成分譜分析。衍射法包括X射線衍射、電子衍射和中子衍射等三種分析措施，重要用來研究材料的結(jié)晶相及其晶格常數(shù)，其中最有代表性的是粉末X射線衍射分析和單晶X射線衍射分析。成分譜分析的信息來源于整個樣品，是記錄性信息，重要測定材料的化學(xué)成分。成分譜種類諸多，有光譜，色譜，熱譜，質(zhì)譜，能譜，波譜，核磁共振譜、穆斯堡爾譜等等，其中最有代表性的是差熱分析，紅外光譜分析，能譜分析，核磁共振分析。作業(yè)31.名詞解釋：熔融法、高溫?zé)Y(jié)法。答：(1)熔融法：將合成所需材料的原料加熱，使其在加熱過程和熔融狀態(tài)下產(chǎn)生多種化學(xué)反應(yīng)，從而到達(dá)一定的化學(xué)成分和構(gòu)造。根據(jù)加熱溫度的高下，分為高溫熔融法和低溫熔融法。玻璃熔融、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼等為高溫熔融法。高分子化合物的本體聚合和熔融聚合為低溫熔融法。(2)高溫?zé)Y(jié)法：陶瓷、耐火材料、粉末冶金以及水泥熟料等一般都是要把成型后的坯體(粗制品)或固體粉料在高溫條件下進(jìn)行燒結(jié)后，才能得到對應(yīng)的產(chǎn)品。2.以石料生產(chǎn)為例闡明破碎-篩分流程及所需設(shè)備。答：(1)石料生產(chǎn)線如下圖所示：(2)破碎-篩分流程：對原料有粒度規(guī)定的原料制備工藝，篩分作業(yè)必須與破粉碎作業(yè)配合使用，構(gòu)成破碎－篩分流程，即破碎→篩分→粉碎(磨碎)→篩分→超細(xì)粉碎→篩分→符合粒度規(guī)定的原料。(3)所需設(shè)備：①破碎設(shè)備：顎式破碎機(jī)等多種破碎機(jī)；②粉碎(磨碎)設(shè)備：球磨機(jī)等多種磨機(jī)；③超細(xì)粉碎設(shè)備：氣流粉碎磨等多種磨；④篩分設(shè)備：振動篩等多種篩。3.什么是配料的原則和措施？答：(1)配料：根據(jù)不一樣種類材料的理化性能、尺寸及外形，并考慮有關(guān)工藝原因，制定對應(yīng)的配方，確定材料的原料構(gòu)成。(2)配料的原則：配合料的構(gòu)成包括按規(guī)定比例配合的多種原料的種類、數(shù)量(重量或體積)、粒級，因此，配料的原則是：①原料、制品化學(xué)構(gòu)成也許有波動，試樣分析也許有誤差，配合料的化學(xué)成分必須在滿足產(chǎn)品性能規(guī)定的同步，比產(chǎn)品規(guī)定的指標(biāo)要稍高些；②工藝過程對粉料結(jié)合性或分散性的規(guī)定；③原料中的水分和灼減成分。(3)配料的措施：即體積法和重量法。4.簡述泥料混練的目的、措施和設(shè)備。答：(1)泥料混練：使兩種以上不均勻物料的成分和顆粒度均勻化，增進(jìn)顆粒接觸和塑化的操作過程。(2)泥料混練的目的：使坯料中的成分和性質(zhì)均勻，即在單位重量或體積內(nèi)具有同樣的成分和顆粒構(gòu)成。(3)泥料混煉的措施：原料的制備與混合一體化、困料、塑化處理。(4)泥料混煉的設(shè)備：高速混煉機(jī)、真空擠泥機(jī)、一般捏合機(jī)等。5.根據(jù)材料的成型特性，材料的成型措施分為哪幾類？答：(1)材料的成型特性：可流動性和可塑性變形性。①可流動性：材料在加熱作用下或添加溶劑時體現(xiàn)出來的流動性。②可塑性變形性：材料在加熱作用下或添加溶劑、增塑劑等助劑時，同步受外力作用下，體現(xiàn)出來的塑性變形行為。(2)材料成型措施的成型特性分類：自由流動成型、受力流動成型、受力塑性成型和其他成型。①自由流動成型：成型時無外力作用下，將呈流動狀態(tài)的物料倒入模型型腔，或使其附在模型表面，經(jīng)變化溫度、反應(yīng)或溶劑揮發(fā)等作用，使之固化或凝固，從而形成具有模型形狀的產(chǎn)品，最終產(chǎn)品可以是成品，也可以是半成品。②受力流動成型：成型時在受力作用下，將呈流動狀態(tài)的物料注入模型型腔，或使物料通過一定形狀的口模，或附在模型表面，經(jīng)溫度變化、反應(yīng)或溶劑揮發(fā)等作用，使物料冷凝、固化，最終形成產(chǎn)品，產(chǎn)品一般無需后續(xù)加工即可直接使用。③受力塑性成型：在受力條件下，在高溫或常溫，或塑化條件下，使固態(tài)物料產(chǎn)生塑性變形而獲得所需尺寸、形狀及力學(xué)性能的成型措施。6.簡述干燥及干燥過程？答：(1)干燥：使含水物料(如濕坯、原料、泥漿等)中的液體水汽化而排除水分的過程。(2)干燥過程：可大體分為四個階段。第一階段為升速干燥階段，即伴隨干燥時間的增長，坯體含水量減少，干燥速度升高，坯體的表面層溫度也隨之升高。第二階段為等速干燥階段，是干燥過程中最重要的階段。在此階段中，水分的蒸發(fā)僅發(fā)生在坯體表面上，干燥速度等于自由水面的蒸發(fā)速度，雖然水分大量排出，但速度恒定。因此，干燥速度取決于干燥介質(zhì)(空氣)的溫度、濕度及運(yùn)動速度，而與坯體的厚度(或粒度)及最初含水量無關(guān)。第三階段是降速干燥階段，伴隨干燥時間的增長，坯體含水量減少，水分從表面蒸發(fā)的速度超過自坯體內(nèi)部向表面擴(kuò)散的速度。因此干燥速度受水分的擴(kuò)散速度控制，受空氣的溫度、濕度及運(yùn)動速度的影響較小。第四階段為平衡干燥階段，即干燥速度逐漸靠近于零，最終坯體水分不再減少。當(dāng)空氣的溫度低于100℃時，保留在坯體中的水分稱為平衡水分。這部分水分被固體顆粒牢固地吸附著。7.以硅酸鹽制品為例，簡述常壓燒結(jié)過程。答：(1)燒結(jié)：使坯體顯氣孔率靠近于零，到達(dá)完全致密程度狀態(tài)的過程。(2)硅酸鹽制品的常壓燒結(jié)過程：①坯體排出水分階段(10～200℃)：在該階段中，重要是排出坯體中殘存的自由水和大氣吸附水。水分的排除，使坯體中留下氣孔，具有透氣性，有助于下一階段反應(yīng)的進(jìn)行。②分解、氧化階段(200～1000℃)：這一階段發(fā)生的物理化學(xué)變化依原料種類而異，有排出化學(xué)結(jié)合水、硅酸鹽或硫酸鹽分解、有機(jī)物的氧化燃燒等。此外還也許有晶型轉(zhuǎn)變發(fā)生或少許低熔液相的開始生成。此時坯體的重量減輕，氣孔率深入增大，強(qiáng)度亦有較大變化。③液相形成和晶相合成階段(>1000℃)：分解作用將繼續(xù)進(jìn)行，隨溫度升高，液相生成量增長，液相粘度減少，某些新礦物相開始形成，并進(jìn)行溶解重結(jié)晶。由于液相的擴(kuò)散、流動、溶解、沉析傳質(zhì)的進(jìn)行，顆粒在液相表面張力作用下，深入靠攏而促使坯體致密化，使其強(qiáng)度增大、體積縮小、氣孔率減少、燒結(jié)急劇進(jìn)行。④燒結(jié)階段：坯體中多種反應(yīng)趨于完全、充足，液相數(shù)量繼續(xù)增長，結(jié)晶相深入成長而到達(dá)致密化，即所謂“燒結(jié)”。⑤冷卻階段：從最高燒成溫度至室溫的冷卻過程中，重要發(fā)生玻璃相的析晶、某些晶相的晶型轉(zhuǎn)變、玻璃相的固化等過程。在此過程中，坯體的強(qiáng)度、密度、體積依品種不一樣均有對應(yīng)的變化。作業(yè)41.簡述溫度對無機(jī)晶體材料熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)、熱穩(wěn)定性的影響？答：(1)溫度對無機(jī)晶體材料熱容的影響：當(dāng)溫度遠(yuǎn)高于德拜溫度時，無機(jī)晶體材料的摩爾比熱容(或Cv)遵照杜隆-珀替定律，變化很小，是一種與構(gòu)成固體的物質(zhì)無關(guān)的常量(3R)。當(dāng)溫度遠(yuǎn)低于德拜溫度時，摩爾比熱容(或Cv)將遵照量子規(guī)律，而與熱力學(xué)溫度的三次方成正比，即Cv∝T3。伴隨溫度靠近絕對零度而迅速趨近于零。(2)溫度對無機(jī)晶體材料熱膨脹的影響：無機(jī)晶體材料熱膨脹隨溫度升高而增大。(3)溫度對無機(jī)晶體材料熱傳導(dǎo)的影響：溫度對無機(jī)晶體材料熱傳導(dǎo)的影響見下圖。在低溫時，熱導(dǎo)率λ與T3成比例。高溫時,λ則迅速減少，在40K附近，出現(xiàn)極大值。當(dāng)?shù)竭_(dá)1600K時，由于輻射傳熱，λ又有所升高。(4)溫度對無機(jī)晶體材料熱穩(wěn)定性的影響：無機(jī)晶體材料熱穩(wěn)定性隨溫度的升高而減少。2.試闡明材料介電性、壓電性、熱釋電性、鐵電性的形成機(jī)理。答：(1)介電性：材料在電場作用下產(chǎn)生感應(yīng)電荷的性質(zhì)。形成機(jī)理：極化，即介質(zhì)內(nèi)質(zhì)點(diǎn)(原子、分子、離子)正負(fù)電荷重心的分離，從而轉(zhuǎn)變成偶極子。或在外電場作用下，正、負(fù)電荷盡管可以逆向移動，但它們并不能掙脫彼此的束縛而形成電流，只能產(chǎn)生微觀尺度的相對位移并使其轉(zhuǎn)變成偶極子的過程。(2)壓電性：某些晶體材料按所施加的機(jī)械應(yīng)力成比例地產(chǎn)生電荷的能力。形成機(jī)理：由于晶體受機(jī)械作用(應(yīng)力與應(yīng)變)而引起正負(fù)離子相對位移產(chǎn)生偶極子，引起了晶體介質(zhì)的極化，導(dǎo)致兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號相反的束縛電荷。(3)熱釋電性：由于溫度的變化而引起晶體表面荷電的現(xiàn)象。形成機(jī)理：由于晶體受熱膨脹而引起正負(fù)離子相對位移產(chǎn)生偶極子，引起了晶體介質(zhì)的極化，從而導(dǎo)致致晶體的總電矩發(fā)生變化。(4)鐵電性：晶體中的電偶極子由于它們的互相作用而產(chǎn)生自發(fā)平行排列的現(xiàn)象。形成機(jī)理：所謂自發(fā)極化，即這種極化狀態(tài)并非由外電場所導(dǎo)致的，而是由晶體的內(nèi)部構(gòu)造特點(diǎn)導(dǎo)致的，晶體中每一種晶胞里存在固有電偶極矩。3.試分析反射、折射、吸取、散射對材料透光性的影響。答：影響材料透光性的多種原因：①反射：反射系數(shù)愈大，兩個表面的界面反射損失就愈大，材料的透光性就愈差。②折射：材料對周圍環(huán)境的相對折射率大，反射損失也大。③吸?。何∠禂?shù)愈大，吸取損失就愈大，材料的透光性就愈差。④散射：散射系數(shù)愈大，材料的宏觀及微觀缺陷、晶粒排列方向的影響、氣孔引起的散射損失就愈大，材料的透光性就愈差。4.簡述材料鐵磁性的形成機(jī)理，并畫出其磁滯回線。答：(1)鐵磁性的形成機(jī)理：鐵磁物質(zhì)內(nèi)部存在很強(qiáng)的“分子場”，在“分子場”的作用下，原子磁矩趨于同向平行排列，即自發(fā)磁化至飽和，稱為自發(fā)磁化；鐵磁體自發(fā)磁化提成若干個小區(qū)域(這種自發(fā)磁化至飽和的小區(qū)域稱為磁疇)，由于各個區(qū)域(磁疇)的磁化方向各不相似，其磁性彼此互相抵消，因此大塊鐵磁體對外不顯示磁性。磁性材料的磁性是自發(fā)產(chǎn)生的。所謂磁化過程(又稱感磁或充磁)只不過是把物質(zhì)自身的磁性顯示出來，而不是由外界向物質(zhì)提供磁性的過程。試驗證明，鐵磁質(zhì)自發(fā)磁化的本源是原子(正離子)磁矩，并且在原子磁矩中起重要作用的是電子自旋磁矩。與原子順磁性同樣，在原子的電子殼層中存在沒有被電子填滿的狀態(tài)是產(chǎn)生鐵磁性的必要條件。(2)鐵磁體的磁滯回線：Bs：飽和磁化強(qiáng)度；Hc：矯頑力；Br：剩余磁化強(qiáng)度。5.畫出低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，標(biāo)出其力學(xué)特性，并闡明多種力學(xué)特性的含義？答：低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線見下圖，力學(xué)特性有：①比例極限σp：保證材料的彈性變形按正比關(guān)系變化的最大應(yīng)力，即在拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線上開始偏離直線時的應(yīng)力值。②彈性極限σe：材料由彈性變形過渡到彈-塑性變形時的應(yīng)力。應(yīng)力超過彈性極限后來，材料便開始產(chǎn)生塑性變形。③屈服強(qiáng)度σs：材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時的屈服極限，亦即抵御微量塑性變形的應(yīng)力。④抗拉強(qiáng)度σb：材料由均勻塑性變形向局部集中塑性變形過渡的臨界值，也是材料在靜拉伸條件下的最大承載能力。⑤斷裂強(qiáng)度σk(拉伸條件)：材料在靜拉伸條件下發(fā)生斷裂時的應(yīng)力。6.磨損失效類型有哪些？腐蝕失效類型有哪些？答：(1)磨損失效：導(dǎo)致機(jī)件尺寸變化和質(zhì)量損失的表面損傷。(2)磨損失效類型：粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損。(3)腐蝕失效：材料表面和周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)所引起的表面損傷。(4)腐蝕失效類型：高溫氧化腐蝕、電化學(xué)腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞。作業(yè)51.畫出鐵碳相圖，并簡述鐵碳相圖中的特性點(diǎn)、特性線的意義。答：(1)鐵碳相圖如圖所示。(2)鐵碳相圖中的特性點(diǎn)(3)鐵碳相圖中的特性線①ECF水平線：共晶反應(yīng)線，1148℃。②PSK線(A1線)：共析反應(yīng)線，727℃。③GS線(A3線)：冷卻時自A中開始析出F的臨界溫度線，912℃-727℃。④ES線(Acm線)：碳在A中的固溶線，將在A中析出Fe3CⅡ，1148℃-727℃。亦稱從A中開始析出Fe3CⅡ的臨界溫度線。2.畫出鋁合金相圖，并闡明變形鋁合金與鑄造鋁合金的區(qū)別。答：(1)鋁合金相圖如下。(2)變形鋁合金與鑄造鋁合金的區(qū)別①構(gòu)成與構(gòu)造：變形鋁合金為鋁合金相圖D點(diǎn)已左成分的合金，具有大量塑性很好的α固溶體。鑄造鋁合金為鋁合金相圖D點(diǎn)已右成分的合金，具有塑性較差的共晶組織。②性能與使用效能：變形鋁合金具有良好的塑性和壓力加工性能，可采用鑄造、軋制、擠壓等壓力加工措施制成板材、帶材、棒材、管材、線材等多種型材。鑄造鋁合金具有良好的鑄造性能，可直接澆鑄成鋁合金鑄件。③合金類型：變形鋁合金可深入分為可熱處理和不可熱處理強(qiáng)化兩類，包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金、鑄造鋁合金。鑄造鋁合金包括Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系等。3.解釋黃銅、青銅、白銅的區(qū)別。答：(1)黃銅：以鋅為重要合金元素的銅合金，具有美觀的黃色。(2)青銅：含鋁、硅、鉛、鈹、錳等的銅基合金，分為壓力加工青銅和鑄造青銅。(3)白銅：以鎳為重要添加元素的銅基合金。作業(yè)61.一般陶瓷的生產(chǎn)工藝流程及其特點(diǎn)？答：(1)一般陶瓷的生產(chǎn)工藝過程：原料制備→(配料)→(泥料混練)→成型→干燥→施釉→燒成→(成品加工)等工序。(2)一般陶瓷的生產(chǎn)工藝流程特點(diǎn)：①原料制備：可塑性原料：高嶺土、伊利石、蒙脫石等粘土礦物；弱塑性原料：葉臘石和滑石；非塑性原料：石英砂、粘土燒熟料、長石。②成型：重要有可塑成型、注漿成型、壓制成型等3種措施。③干燥：干燥過程分為升速干燥階段、等速干燥階段、降速干燥階段、平衡干燥階段等四個階段。干燥措施重要有熱氣干燥、電熱干燥、高頻干燥、微波干燥、近紅外與遠(yuǎn)紅外干燥。④燒結(jié)：燒結(jié)是陶瓷制備中重要的一環(huán)，伴隨燒結(jié)發(fā)生的重要變化是顆粒間接觸界面擴(kuò)大并逐漸形成晶界；氣孔從連通逐漸變成孤立狀態(tài)并縮小，最終大部分甚至所有從坯體中排除，使成型體的致密度和強(qiáng)度增長，成為具有一定性能和幾何外形的整體。燒結(jié)過程分為初期、中期和后期三個時期，五個階段。燒結(jié)措施重要是常壓燒結(jié)。⑤施釉：釉是附著在陶瓷坯體表面上的一層很薄的玻璃體。施釉制品分一次燒成和二次燒成工藝。2.老式熔體冷卻法制備玻璃的工藝過程及特點(diǎn)？答：(1)老式熔體冷卻法制備玻璃的工藝過程：原料制備→配料→熔融→成型→退火→成品加工。(2)老式熔體冷卻法制備玻璃的工藝特點(diǎn)：①原料制備：硅砂：28.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))；砂巖：34.00%；白云石：14.10%；純堿：16.14%。②配料：對于配合料的重要規(guī)定：①構(gòu)成對的和穩(wěn)定；②具有一定的顆粒級配；③具有一定的水分：3%～7%；④具有一定的氣體率；⑤均勻性良好。③熔融：將配合料在池窯中通過高溫加熱形成均勻的、無氣泡并符合成型規(guī)定的玻璃液的過程。熔融是玻璃生產(chǎn)中很重要的環(huán)節(jié)，玻璃的許多缺陷都是在熔制過程中導(dǎo)致的，玻璃的產(chǎn)量、質(zhì)量、合格率、生產(chǎn)成本、燃料消耗和池窯壽命等都與玻璃的熔融親密有關(guān)。玻璃熔融包括一系列物理的、化學(xué)的、物理化學(xué)的變化過程。熔融過程分為硅酸鹽形成、玻璃形成、澄清、均化和冷卻等5個階段。④成型：成型是熔融的玻璃液轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄潭◣缀涡螤钪破返倪^程。玻璃成型的措施有壓制法、吹制法、拉制法、壓延法、澆注法、離心法、噴吹法、漂浮法、燒結(jié)法以及焊接法等。成型過程分為成型和定型兩個階段。成型是賦予制品以一定的幾何形狀；定型是把制品的形狀固定下來，玻璃的定型通過溫度減少進(jìn)行的。⑤退火：消除或減少玻璃中熱應(yīng)力至容許值的熱處理過程。玻璃制品在成型后的冷卻過程中，經(jīng)受劇烈的、不均勻的溫度變化，產(chǎn)生的熱應(yīng)力會導(dǎo)致大多數(shù)制品在寄存、加工及使用中自行破裂，因此一般玻璃制品在成型或熱處理后要通過退火以減少或消除熱應(yīng)力。3.簡述硅酸鹽水泥熟料礦物的形成過程？答：硅酸鹽水泥熟料礦物的形成過程如表所示。①干燥與脫水。干燥：生料中自由水和吸附水的蒸發(fā)。脫水：生料中粘土礦物放出其結(jié)合水，形成偏高嶺石。②碳酸鹽和鋁硅酸鹽分解。形成氧化鈣、二氧化硅和氧化鋁。③固相反應(yīng)。在生料煅燒過程中，碳酸鈣分解的組分與粘土分解的組分提供質(zhì)點(diǎn)間互相擴(kuò)散，進(jìn)行固相反應(yīng)，隨溫度升高，反應(yīng)生成硅酸二鈣、七鋁酸十二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸二鈣、鐵鋁酸四鈣。④液相燒結(jié)和熟料結(jié)晶。占硅酸鹽水泥熟料45～65%的C3S是在熟料液相出現(xiàn)后形成的。它由已形成的C2S和未結(jié)合的CaO在液相中擴(kuò)散反應(yīng)所生成。熔體含量有限，粘度較大，便只能形成熟料球那樣的燒結(jié)產(chǎn)物。其反應(yīng)式：液相燒結(jié)和熟料結(jié)晶是煅燒水泥的關(guān)鍵，必須要有足夠的時間使C3S生成反應(yīng)進(jìn)行完全，否則，殘存的游離CaO將嚴(yán)重影響水泥質(zhì)量。通過上述各階段煅燒，形成硅酸鹽水泥熟料，其礦物構(gòu)成重要是C3S、C2S、C3A、C4AF，其中C3S+C2S占70%。⑤熟料的強(qiáng)制冷卻。其目的是回收熟料帶走的熱量，預(yù)熱二次空氣，提高窯的熱效率；迅速冷卻熟料以改善熟料質(zhì)量與易磨性；減少熟料溫度，便于熟料的運(yùn)送、儲存與粉磨。物料在1250～1450～1250℃燒結(jié)，緊接著將其迅速冷卻，可得到最佳的熟料。作業(yè)71.名詞解釋：單體、構(gòu)造單元、反復(fù)單元、聚合度。答：①單體：可與同種或其他分子聚合而生成高分子物質(zhì)的那些小分子原料。②構(gòu)造單元(鏈節(jié))：構(gòu)成高分子鏈的那些最簡樸的反復(fù)出現(xiàn)的構(gòu)造式，這些構(gòu)造式一般與合成它們的單體相似或有關(guān)。③反復(fù)單元：高分子鏈中反復(fù)出現(xiàn)的原子集合構(gòu)造(反復(fù)出現(xiàn)的最小單元)。④聚合度：聚合物分子鏈中持續(xù)出現(xiàn)的反復(fù)單元(或稱鏈節(jié))的次數(shù)。用n表達(dá)。2.什么叫加聚反應(yīng)？什么叫縮聚反應(yīng)？各有何特性？答：①加聚反應(yīng)：由一種或多種單體互相加成，或由環(huán)狀化合物開環(huán)互相結(jié)合成聚合物的反應(yīng)。加聚反應(yīng)的單體具有雙鍵。②加聚反應(yīng)特性：烯類單體的加聚反應(yīng)重要按鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)的機(jī)理進(jìn)行，鏈?zhǔn)骄酆系奶匦允钦麄€聚合過程由鏈引起、鏈增長、鏈終止等幾步基元反應(yīng)構(gòu)成。其體系一直由單體相對分子質(zhì)量高的高分子和微量引起劑構(gòu)成，沒有相對分子質(zhì)量遞增的中間產(chǎn)物。伴隨聚合時間的延長，高分子物質(zhì)的生成量逐漸增長，而單體則逐漸減少。加聚物分為均聚物和共聚物。均聚物：僅由一種單體聚合而成的，其分子鏈中只包括一種單體構(gòu)成的鏈節(jié)，這種聚合反應(yīng)稱均聚反應(yīng)，生成的聚合物稱均聚物。聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚異戊二烯等碳鏈聚合物都是由加聚反應(yīng)制得的。共聚物：由兩種或兩種以上單體同步進(jìn)行聚合，則生成的聚合物具有多種單體構(gòu)成的鏈節(jié)，這種聚合反應(yīng)稱為共聚反應(yīng)，生成的聚合物稱為共聚物。如工程塑料，是由丙烯腈(acrylonitrile以A表達(dá))，丁二烯(butadiene，以B表達(dá))，苯乙烯(styrene，以S表達(dá))三種不一樣單體共聚而成的。③縮聚反應(yīng)：由一種或多種單體互相縮合生成高聚物，同步有低分子物質(zhì)(如水、鹵化氫、氨、醇等)析出的反應(yīng)。所生成的高聚物的化學(xué)構(gòu)成與單體的構(gòu)成不一樣(少若干原子)。④縮聚反應(yīng)特性：絕大多數(shù)縮聚反應(yīng)遵照逐漸聚合機(jī)理，在反應(yīng)初期，大部分單體很快聚合成二聚體、三聚體、四聚體等低聚物，短期內(nèi)轉(zhuǎn)化率很高。隨即，低聚物間繼續(xù)反應(yīng)，當(dāng)轉(zhuǎn)化率不小于98%時，逐漸變成高聚物。縮聚物中留有官能團(tuán)的構(gòu)造特性，因此多為雜鏈聚合物。尼龍、滌綸、環(huán)氧樹脂等都是通過縮聚反應(yīng)合成的。3.簡述三種類型的高分子材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。這三類曲線分別對應(yīng)哪種類型的高分子材料？解釋三類拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的變形機(jī)理。答：(1)高分子材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線：高分子材料的種類龐大，雖然是同種高分子材料，其相對分子質(zhì)量也不一樣，因此體現(xiàn)出不一樣的力學(xué)性能，其拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線也各不相似。高分子材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線大體分為三類。(2)這三類曲線分別對應(yīng)的高分子材料類型。①脆性型：該類材料彈性模量高，斷裂伸長率很小。如熱固性塑料等脆性高分子材料；②韌性型：該類材料的彈性模量、屈服強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度都較高，斷裂伸長率也較大。如熱塑性塑料等塑性高分子材料；③高彈型：此類材料的彈性模量和屈服強(qiáng)度低，斷裂伸長率大。如橡膠等高彈性高分子材料。(3)三類高分子材料拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的變形機(jī)理①熱固性塑料(脆性型高分子材料)變形機(jī)理：熱固性塑料具有很高的交聯(lián)密度，形成網(wǎng)狀構(gòu)造，在外力作用下很難變形。②熱塑性塑料(結(jié)晶高分子材料)變形機(jī)理：熱塑性塑料變形機(jī)理如圖所示。Ⅰ.在拉伸應(yīng)力作用下，變形從材料強(qiáng)度最弱的非晶區(qū)開始，在晶片之間的最弱非晶區(qū)發(fā)生傾斜、轉(zhuǎn)動甚至滑移，導(dǎo)致非晶區(qū)的分子鏈段取向，即分子鏈沿外應(yīng)力場方向平行排列。Ⅱ.伴隨外應(yīng)力場的增大，晶區(qū)部分晶片中的折疊鏈被拉伸成直鏈，使原有的晶片構(gòu)造部分或所有破壞形成新的取向折疊鏈晶片。Ⅲ.伴隨外應(yīng)力場的深入增大，非晶辨別子鏈沿著外應(yīng)力場深入取向，晶區(qū)內(nèi)形成深入碎化取向的折疊鏈晶片，形成貫穿在晶片之間的伸直鏈構(gòu)成的微觀構(gòu)造，稱為晶區(qū)取向。在材料最弱處的宏觀部位體現(xiàn)出縮頸現(xiàn)象。③非晶態(tài)高分子材料變形機(jī)理：橡膠等高彈型高分子材料的變形機(jī)理如圖所示。受力前，分子鏈鏈段雜亂排列。受力時，整個分子鏈沿外力方向平行排列(稱為取向)，取向過程可當(dāng)作分子在外場作用下的有序化過程。外場除去后，分子熱運(yùn)動又會使分子重新答復(fù)無序化，即解取向。非晶態(tài)高分子材料的取向狀態(tài)在熱力學(xué)上是一種非平衡態(tài)。4.塑料及其分類，橡膠及其分類。答：①塑料：以聚合物為重要成分，加入適量添加劑，在一定條件下可塑化成型，在常溫下能保持既定形狀的有機(jī)高分子材料。目前，塑料產(chǎn)品達(dá)15000多種，產(chǎn)量占合成高分子材料總產(chǎn)量的70%。②塑料受熱后的形態(tài)和性能分類：熱塑性塑料和熱固性塑料。③塑料制品的用途分類：通用塑料、工程塑料和特殊塑料。④橡