第一章原料
1.重点
粘土的定义和成因
粘土是一种颜色多样，细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。
各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化，水解，热液蚀变等作用可变为粘土。
一次粘土、二次粘土
风化残积型——一次粘土
成因：深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长石岩）在原产地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的矿床，一般称为一次粘土（也称为残留粘土或原生粘土）；粘土的产地不同，其成分也有较大波动。
代表：我国南方的高岭土大多属于此类，如：江西星子高岭、景德镇大州高岭、龙岩高岭、广东飞天燕等粘土矿。
沉积型——二次粘土
成因：风化了的粘土矿物借雨水或风力的迁移作用搬离母岩后，在低洼地方沉积而成的矿床，成为二次粘土（也称为沉积粘土或次生粘土）。
代表：漳州黑泥、山西紫木节等粘土矿。
特点：杂质多，塑性好，干燥强度大，收缩大。
按成因分：
原生粘土（一次粘土）
次生粘土（二次粘土）
两者区别：化学组成耐火度成型性
一次粘土较纯较高塑性低
二次粘土杂质含量高较低塑性高
高岭土结构特点
化学通式：Ａl2Ｏ3 ·2ＳiＯ2·2Ｈ2Ｏ
理论组成：Ａl2Ｏ339.5%，ＳiＯ2 6.54% Ｈ2Ｏ13.96%
晶系：三斜晶系，细分散的晶体，外形呈片状、粒状、杆状，假六方片状。
晶体结构式：Al4［Si4O10]（OH）8，1:1型层状结构硅酸盐，Si－O四面体层和Al－（O，OH）八面体层通过共用氧原子联系成双层结构，构成结构单元层。层间以氢键相连，结合力较小，所以晶体解理完全并缺乏膨胀性。
离子吸附与置换：晶格内部离子很少置换，在破裂时，边缘上有断键电荷不平衡时，才吸附其它阳离子［OH-］中的H+可被Ｋ+或Na+取代。
蒙脱石类（叶腊石）
外观：微晶高岭石，胶岭石。白色，灰白色，因含不同杂质呈黄、浅红、蓝至绿色。化学通式：Ａl2O3·4ＳiO2·nＨ2O（蒙脱石n>2，叶蜡石n=1）
晶系：单斜晶系，结晶程度差，颗粒极细小，属胶体微粒，故晶体轮廓不清。2:1型层状结构，两端[SiO4]四面体，中间夹一个[AlO6]八面体，构成单元层。单元层间靠氧相连，结合力较小，水分子及其它极性分子易进入晶层中间形成层间水，层间水的数量是可变的。特点一：蒙脱石显著的特点是能吸收大量的水，体积膨胀，如以蒙脱石为主的膨润土其吸水后体积可膨胀20～30倍，这就是膨润土的名称的由来。
特点二：离子交换能力强，晶格中的四面体层Ｓi4+部分被Ａl3+、Ｐ5+置换。八面体层中Ａl3+被Ｍg2+、Ｆe3+、Ｚn2+、Ｌi+等置换，使晶格中电价不平衡。晶层之间吸附阳离子如Ｃa2+、Ｎa+等，又增加了蒙脱石的离子交换能力。根据吸附离子不同分为Ｎa蒙脱石，Ｃa蒙脱石。
特点三：膨润土可塑性大，触变厚化性强，严重影响泥浆性能。煅烧时脱水过程长，收缩大，Ａl2Ｏ3含量低，又吸附了其它阳离子，杂质较多。因此烧结温度低，烧后色泽差，会使坯体软化变形，用量不宜太多，一般在５％左右。
特点四：随外界环境的温度和湿度而变化，引起Ｃ轴膨胀与收缩，因此蒙脱石吸水性强，吸水后体积膨胀，容易破裂。颗粒极细，可塑性强，干燥后强度大，干燥收缩也大。
粘土的工艺特性
可塑性
定义：粘土—水系统形成泥团，在外力作用下泥团发生变形，形变过程中坯泥不开裂，外力解除后，能维持形变，不因自重和振动再发生形变，这种现象称为可塑性。
表示方法：可塑性指数，可塑性指标。
可塑性指数W：W=W2-W1（液限与塑限之差）
可塑性限度（塑限）W1：粘土或（坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量。反映粘土被水润湿后，形成水化膜，使粘土颗粒能相对滑动而出现可塑性的含水量。塑限高，表明粘土颗粒的水化膜厚，工作水分高，但干燥收缩也大。
液性限度（液限）W2：粘土或（坯料）由粉末状态进入流动状态时的含水量。反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小。W2上升表明颗粒很细，在水中分散度大，不易干燥，湿坯强度低。
Ｗ降低——泥浆触变厚化度大，渗水性强，便于压滤榨泥。
可塑性指标：在工作水分下，粘土（或坯料）受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积，也可以以这时的相应含水率表示。
反映粘土的成型性能：应力大，应变小——挤坯成型应力小, 应变大——旋坯成型
结合性
定义：粘土的结合性是指粘土能够结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团，并且有一定干燥强度的能力。
粘土的结合性由其结合瘠性料的结合力的大小来衡量，而结合力的大小又与粘土矿物的种类、结构等因素有关。
一般而言，可塑性强的粘土其结合力也大。
离子交换性
起因：粘土颗粒带电荷，来源于Si4+被Al３+，Fe２+等置换以及边缘断键，而出现负电荷。
表示方法：离子交换能力用交换容量来表示，100g粘土所吸附能够交换的阳离子或阴离子的量，单位：mol×10／g。
交换容量大小：H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+
除阳离子交换能力外，阴离子也会被粘土颗粒吸附，但吸附能力较小，只发生在粘土矿物颗粒的棱边上，取代顺序如下：OH->CO32->P2O74->CNS->I->Br->Cl->NO3->F->SO42-
触变性
定义：粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加静置后能恢复原来状态。反之，相同泥浆放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象，上述现象可重复无数次，统称为触变性。
产生触变性的原因：
由于粘土片状颗粒的活性边面上尚残留少量电荷未被完全中和，以致形成局部边－边或边－面结合，使粘土颗粒之间常组成封闭的网络状结构。这时，泥料中的大量的自由水被分隔和封闭在网络的空隙中，使整个粘土－水系统好像水分减少，粘度增加，变稠及固化现象，但这样的网络状结构是疏松和不稳定的，当稍有剪切力的作用或振动时，网络即被破坏，又呈
流动状态。
收缩性
粘土泥料在干燥时颗粒间的水分排出，颗粒互相靠拢，引起体积收缩，称为干燥收缩。
当粘土泥料煅烧时，由于发生一系列物理化学变化，粘土泥料再度收缩，称为烧成收缩。成型试样经干燥、煅烧后的尺寸总变化称总收缩。
粘土收缩常以线收缩及体收缩来表示。体收缩近似等于线收缩的三倍（误差6％～9％）。烧结性
原因：粘土加热过程中发生一系列的物理和化学变化。
脱水、分解、析晶等较复杂的过程，是制品烧成的基本理论。
石英的多晶转变及特点
高温型的迟缓转化（横向转化或一级转化）
由表面向内部逐步进行，结构变化。因为形成新的稳定晶型，所以需较高的活化能；转变速度慢；体积变化较大，所以需较高温度及较长时间。
低温型的迅速转变（纵向转变或二级转变）
由表及里瞬间同时转化，体积变化小，结构不特殊变化，位移型转变（键之间的角度稍做变动为位移型转变），易进行，且转化可逆。
自然界中石英大部分以 —石英存在，很少以鳞石英或方石英的介稳状态存在。
石英多晶转变的体积效应：
一级转变的体积变化大，但由于其转化速度慢，体积效应小，且在高温下有液相存在，对坯体影响不大。
二级转变的体积变化小，但转化速度快，瞬间完成，体积效应大，无液相，对坯体影响大，必须严格控制。
石英理论晶型转化的基础条件：慢升温，维持晶型转化在平衡态下进行。
陶瓷生产实际转化情况：升温快（快速烧成），无论是否有矿化剂，都经过半安定方石英这一过渡状态。
长石的混熔特性
几种基本类型的长石，由于其结构关系，彼此可混合形成共熔体。
粘土、长石和石英在陶瓷生产中的作用
长石的作用：
1.在高温下熔融，形成粘稠的玻璃体，是坯料中碱金属氧化物的主要来源，能降低陶瓷坯
体组分的熔化温度，利于成瓷和降低烧成温度。
2.熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒；液相中Al2O3和SiO2互相作
用，促进莫来石的形成和长大，提高瓷体的机械强度和化学稳定性。
3.长石熔体能填充坯体孔隙，减少气孔率，增大致密度，提高坯体机械强度，改善透光性
能及电学性能。
4.作为瘠性原料，提高坯体渗水性，提高干燥速度，减少坯体的干燥收缩和变形。
5.在釉料中做熔剂，形成玻璃相。
粘土的作用：
1.赋予泥坯的可塑性；
2.使注浆料与釉料具有悬浮性和稳定性；
3.在坯料中结合其它瘠性原料，使具有一定干坯强度及最大堆积密度；
4.是瓷坯中Al２O３的主要来源，也是烧成时生成莫来石晶体的主要来源。
石英的作用：
1.烧成前，石英为瘠性料，可调节泥料的可塑性，是生坯水分排出的通道，降低坯体的干
燥收缩，增加生坯的渗水性，缩短干燥时间，防止坯体变形；利于施釉。
2.烧成时，石英的加热膨胀可部分抵消坯体的收缩；高温时石英部分溶解于液相，增加熔
体的粘度，未溶解的石英颗粒构成坯体的骨架，防止坯体软化变形。
3.可提高坯体的机械强度，透光度，白度。
4.釉料中,SiO2是玻璃质的主要成分，提高釉料的机械强度，硬度，耐磨性，耐化学侵蚀
性；提高釉料的熔融温度与粘度。
2、难点
粘土的结构特点
石英的多晶转变
第三章坯料制备
1.重点
坯料的种类和质量要求
按成型方法分为：可塑性泥料，泥浆，干压粉料。例如：
碗盘——滚压成型——可塑性泥料
陶瓷砖——模压成型——干压粉料
卫生洁具——注浆成型——泥浆
坯料的总体质量要求
配料准确组分均匀细度合理空气含量少
对水分的要求
可塑性泥料——滚压、旋坯：18～25%
注浆泥浆——卫生洁具，茶壶：28～35%
干压粉料——陶瓷砖：8 ～15%（半干压）3～7% （干压）
注浆料的基本要求
流动性好：保证产品造型完全和浇注速度。
悬浮性好：料浆久置，固体颗粒长期悬浮不致分层沉淀。
触变性恰当：
过大：易填塞泥浆管道影响料浆输送；
过小：生坯强度不够，影响脱膜和修坯质量，脱膜后坯体易塌陷。
滤过性好：水分在石膏模的压力下容易扩散、迁移，在短时间内成坯。
泥浆含水量少：保证流动性的同时，减少水量，缩短注浆时间。
可塑泥料的基本要求
良好的可塑性：可塑性指标>2
具有一定的形状稳定性
含水量适当：强可塑性原料多则含水量提高
小件制品含水量>大件制品手工成型> 旋坯> 滚压成型
干燥强度高和收缩率小
压制粉料的基本要求
流动性好：保证致密度压坯速度
堆积密度大：体积密度大，气孔率下降，压缩比提高
含水率及水分均匀性：水分均匀
成型压力大——含水率较低成型压力小——含水率较高
颗粒形状、大小粒度分布
氧化铝的预烧
作用
1．在高温下使γ- Al2O3尽量转变为α- Al2O3，保证产品性能稳定。
2．预烧工业氧化铝时，所加入的添加物和Na 20生成挥发性化合机离开氧化铝，可提高原料纯度。
3．由γ- Al2O3转变α- Al2O3为引起的体积收缩在烧成时已经完成，可以使产品尺寸准确，减少开裂。
4．采用预烧过的工业氧化铝配制热压注浆料时，可以减少用蜡的数量。
方法：
影响氧化铝的预烧的因素
矿化剂H3BO3, NH4F,AlF3加入量0.3-3％
预烧气氛
γ- Al2O3转变α- Al2O3检验方法染色法显微镜法比重法
滑石的预烧
滑石预烧结晶水排出，原有结构破坏，形成偏硅酸镁MgO·SiO2，不再是鳞片状结构，因而可防止挤制泥料时，因颗粒定向排列而带来的缺陷。
预烧滑石的温度决定于原料的本性
海城滑石1400~1450o C才破坏薄片结构
掖南滑石1350~1400o C片状结构破坏
液相法合成原料
金属有机或无机化合物(称前驱物)经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理转化为氧化物或其它化合物固体材料的方法，是应用胶体化学原理制备无机材料的一种常见方法。
溶胶－凝胶法的工艺过程
新型无机非金属材料有哪些 新材料全球交易网 新型无机非金属材料有哪些？“新材料全球交易网”收集整理最全新型无机非金属材料知识点。更多增值服务，请关注“新材料全球交易网”。 一、重要概念 1、新型无机非金属材料 （1）是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。 （2）包括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、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。 2、陶瓷 （1）从制备上开看，陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品。 （2）从组分上来看，陶瓷是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。 3、玻璃 （1）狭义：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机非金属物质。 （2）一般：若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，则不管其组成如何都可称为玻璃（具有玻璃转变温度 Tg）。 玻璃转变温度：玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互转化的温度。 具有Tg的非晶态新型无机非金属材料都是玻璃。 4、水泥 凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，能在空气或水中硬化，并能将砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 5、耐火材料 耐火度不低于1580℃的新型无机非金属材料 6、复合材料 由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。 通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能。 二、陶瓷知识点 1、陶瓷制备的工艺步骤 原材料的制备→坯料的成型→坯料的干燥→制品的烧成或烧结 2、陶瓷的天然原料 （1）可塑性原料：黏土质陶瓷成瓷的基础（高岭石、伊利石、蒙脱石） （2）弱塑性原料：叶蜡石、滑石 （3）非塑性原料：减塑剂——石英；助熔剂——长石 3、坯料的成型的目的
化学无机非金属材料的专项培优练习题(含答案)及答案解析 一、无机非金属材料练习题（含详细答案解析） 1．某混合物X由Na2O、Fe2O3、Cu、SiO2中的一种或几种物质组成．某校兴趣小组以两条途径分别对X进行如下实验探究． 下列有关说法不正确的是（） A．由Ⅱ可知X中一定存在SiO2 B．无法判断混合物中是否含有Na2O C．1.92 g固体成分为Cu D．15.6 g混合物X中m（Fe2O3）：m（Cu）=1：1 【答案】B 【解析】 途径a：15.6gX和过量盐酸反应生成蓝色溶液，所以是铜离子的颜色，但是金属Cu和盐酸不反应，所以一定含有氧化铁，和盐酸反应生成的三价铁离子可以和金属铜反应，二氧化硅可以和氢氧化钠反应，4.92g固体和氢氧化钠反应后，固体质量减少了3.0g，所以该固体为二氧化硅，质量为3.0g，涉及的反应有：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+，SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，又Cu与NaOH不反应，1.92g固体只含Cu；结合途径b可知15.6gX和足量水反应，固体质量变为6.4g，固体质量减少15.6g﹣6.4g=9.2g，固体中一定还有氧化钠，其质量为9.2g， A．由以上分析可知X中一定存在SiO2，故A正确； B.15.6gX和足量水反应，固体质量变为6.4g，只有氧化钠与水反应，混合物中一定含有Na2O，故B错误； C．Cu与NaOH不反应，1.92g固体只含Cu，故C正确； D．设氧化铁的物质的量是x，金属铜的物质的量是y，由Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、 Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+得出：Fe2O3～2Fe3+～Cu，则160x+64y=6.4，64y﹣64x=1.92，解得 x=0.02mol，y=0.05mol，所以氧化铁的质量为0.02mol×160g/mol=3.2g，金属铜的质量为0.05mol×64g/mol=3.2g，则原混合物中m（Fe2O3）：m（Cu）=1：1，故D正确； 【点评】本题考查了物质的成分推断及有关化学反应的简单计算，侧重于学生的分析和计算能力的考查，为高考常见题型，注意掌握检验未知物的采用方法，能够根据反应现象判断存在的物质，注意合理分析题中数据，根据题中数据及反应方程式计算出铜和氧化铁的质量，难度中等． 2．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（） ①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 ②水泥、玻璃、陶瓷都是硅酸盐产品 ③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
(无机非金属材料专业)试卷 一、单选：（每题1分，共20分） 1、影响熟料安定性的主要因素是（）。 A. 一次游离氧化钙 B.二次游离氧化钙 C.固溶在熟料中的氧化镁 D.固溶在熟料中的氧化钠 2、粉磨水泥时，掺的混合材料为：矿渣16% ，石灰石5%，则这种水泥为（） A. 矿渣硅酸盐水泥 B.普通硅酸盐水泥 C.复合硅酸盐水泥 D.硅酸盐水泥 3、以下哪种措施有利于C3S的形成？（） A.降低液相粘度 B.减少液相量 C.降低烧成温度 D.缩短烧成带 4、国家标准规定，通用硅酸盐水泥中各个品种的初凝时间均不得早于（） A. 45分钟 B.55分钟 C. 60分钟 D.390分钟 5、和硅酸盐水泥相比，掺有混合材料的水泥的如下那个性质较差（） A. 耐水性 B.后期强度 C.抗冻性 D.泌水性 6、引起硅酸盐水泥熟料发生快凝主要原因是（） A.C3S水化快 B. C3A水化快 C.C4AF水化快 D.C2S水化快 7、水泥产生假凝的主要原因是（） A.铝酸三钙的含量过高 B.石膏的掺入量太少 C.磨水泥时石膏脱水 D.硅酸三钙的含量过高 8、根据GB/T175-2007，下列指标中属于选择性指标的是（） A. KH减小，SM减小，铝率增大。 B. KH增大，SM减小，铝率增大。 C. KH减小，SM增大，铝率减小。 D. KH增大，SM增大，铝率增大。 9、硅酸盐水泥熟料的烧结围一般在（） A.50-80℃ B. 80-100℃ C. 100-150℃ D.150-200℃ 10、国家标准规定矿渣硅酸盐水泥中SO3 （） A ＜3.5% B ≤3.5% C ＜4.0% D ≤4.0% 11、复合硅酸盐水泥的代号是（） A P·S B P·O C P·F D P·C 12、国家标准规定骨质瓷的热稳定性为（） A. 140℃ B.160℃ C. 180℃ D.200℃ 13、一般来说，凡烧成温度降低幅度在( ）以上者，且产品性能与通常烧成的性能相近的烧成方法可称为低温烧成。 A. 40-60 ℃ B.60-80℃ C. 80-100℃ D.100-120℃ 14、炉温为1250-1400℃的电炉，电热体可采用（）。
C3S水化反应水泥水化的化学收缩与胶孔比 ASR 与ACR的鉴别方式（LiOH） （1）利用Bingham方程定量描述水泥基材料流变性能时存在的问题：具有不同粘度的材料可能具有相同的屈服应力（图a），而具有不同屈服应力的材料也可能具有相同的粘度。 （a）（b）（2）水泥水化产物： 钙矾石碱-硅凝胶 水化硅酸钙氢氧化钙 （3）熟练掌握平均原子序数计算 主要元素的原子序数： H-1；O-8；Na-11；Mg-12；Al-13；Si-14；S-16；K-19 ；Ca-20 ；Fe-26
i i Z C Z =∑ Ci 为质量百分数。 钙矾石3CaO·Al 2O 3·3 CaSO 4·32H 2O: 10.77 单硫型3CaO·Al 2O 3·CaSO 4·12H 2O:11.66 C4AH13: 4CaO·Al 2O 3·13H 2O: 11.11 3CaO·Al 2O 3·6H 2O: 11.95 单碳型C 3A.CaCO 3.11H 2O: 11.54 C-S-H: 1.7CaO·SiO 2·4H 2O: 12.08 示例：计算C-S-H 的平均原子序数 i i Z C Z =∑ =（1.7×20×40+14×28+7.7×8×16+8×1×1）/227.2 =12.08 （4）熟练掌握Powers 理论的应用： 水灰比小于0.42时，水泥最大水化程度α=2.386（w/c ） 自养护时，水泥最大水化程度α=2.81（w/c ），水灰比小于等于0.36 自养护时需要的内引水量：水灰比小于0.36时为0.18（w/c ） 水灰比为0.36~0.42时：0.42-（w/c ） 化学收缩Vcs=0.2(1-P) α，P=（w/c ）/*(w/c)+(ρw /ρc )] 100克水泥完全水化，化学收缩约为6.4ml 胶孔体积Vgs=1.52(1-P) α 毛细孔体积Vcw=P-1.32(1-P) α 水泥达到最大水化程度时，毛细孔体积为零。 （5）1molC3S 水化生成1.3mol 氢氧化钙、1molC2S 水化生成0.3mol 氢氧化钙 （6）类Tobermotite 的C-S-H 的钙硅比为0.83 （7）AFm 是水泥水化过程中形成的与水化铝酸盐相关的一类特定水化产物的缩写，以下几种AFm 较为常见： 羟基型AFm ：C 3A·Ca(OH)2·xH 2O 。 单硫型AFm ：C 3A·CaSO 4·12H 2O 。 单碳型AFm ：C 3A·CaCO 3·11H 2O 。 半碳型AFm ：C 3A·Ca[(OH)0.5(CO 3)0.5]·xH 2O 。 （8）1体积水泥完全水化占据2.06体积空间，胶空比计算公式如下： 式中：X pc 为胶空比
第二届全国高校无机非金属材料 基础知识大赛决赛试题 一、必答题 1. 硅酸盐熔体的粘度随（）而降低。 A. 温度下降 B. SiO2含量增加 C. 碱性氧化物含量增加 D .以上三个都不对 2. 马赫数是气体动力学一个很重要无量纲量，它反映（）相对比。 A. 粘性力与惯性力 B. 惯性力与弹性力 C. 粘性力与重力 D .惯性力与重力 3. 某晶面族X 射线衍射强度正比于该晶面的（）。 A. 晶面间距 B .结构因子 C. 多重因子 D. B 和C 4. 在形成连续固溶体的二元相图中存在一个二元无变量点，该说法（）。 A. 对
B. 错 C. 不能确定 D. 5. 关于气体燃料预混燃烧的叙述错误的是（）。 A. 火焰较短，燃烧空间较小 B .需要的空气过剩系数较大 C.火焰黑度小，不发光 D .不需将空气和燃料预热到较高的温度 6. 透射电镜主要由四大系统构成，其中（）是其核心。 A. 真空系统 B .电子光学系统 C. 供电控制系统 D. 附加仪器系统 7?研究表明，Ni2+和Ca2^子可完全置换MgO晶体中的Mg2+离子, 因此可以推测NiO或CaO可与MgO生成（）。 A. 有限固溶体 B .连续固溶体 C. 化合物 D. 非化学计量化合物 8. 在不可压缩流体流动过程中，各相邻流体间的（）做功，造成流体自身机械能的损失。 A. 内摩擦力
B. 重力 C. 曳力 D. 范德华力 9. 在获得的试样DSC曲线上，如果存在373C晶型转变放热峰， 基本可说明是石英相变，具体是（）。 A. 0SiO2 转变a SiO2 B. B SQ2 转变丫SiO2 C. a SiO2 转变怜Si。？ D. -SiO2 转变 &SiO2 10. 制备玻璃要经过高温熔化形成无气泡的玻璃液，但是玻璃还是分 相。（） A. 会 B. 不会 C. 可能 D. 11. 静止液体中其一点的压强与（）的一次方成正比。 A. 淹没深度 B .位置高度 C. 表面压强 D. 以上都不对 12. 要测定聚合物的熔点，可以选择（）。 B. 紫外可见光谱 A. 红外光谱
【化学】化学 无机非金属材料的专项 培优易错试卷练习题及答案 一、无机非金属材料练习题（含详细答案解析） 1．甲、乙、丙、丁、戊五种物质是中学化学常见的物质，其中甲、乙均为单质，它们的转化关系如图所示(某些条件和部分产物已略去)。下列说法正确的是 A ．若甲可以与NaOH 溶液反应放出H 2，则丙一定是两性氧化物 B ．若甲为短周期中最活泼的金属，且戊为碱，则丙生成戊一定是氧化还原反应 C ．若丙、丁混合产生大量白烟，则乙可能具有漂白性 D ．若甲、丙、戊都含有同一种元素，则三种物质中，该元素的化合价由低到高的顺序可能为甲<丙<戊 【答案】D 【解析】 【详解】 A ．甲为单质，若甲可以与NaOH 溶液反应放出2H ，则甲为Al 或Si ，所以丙可能是氧化铝，也可能是二氧化硅，不一定是两性氧化物，故A 错误； B ．若甲为短周期中最活泼的金属，且戊为碱，则甲为Na ，乙为氧气，所以丙可以为氧化钠或过氧化钠，当丙为氧化钠时，丙生成戊不是氧化还原反应，故B 错误； C ．丙、丁混合产生白烟，则丙、丁可为HCl 和3NH 或3HNO 和3NH 等，甲、乙均为单质，则乙可能是氯气或氢气或氮气，都不具有漂白性，故C 错误； D ．若甲、丙、戊含有同一种元素，当甲为S ，乙为氧气，丙为二氧化硫，丁为HClO 等具有强氧化性的物质，戊为硫酸，则含S 元素的化合价由低到高的顺序为甲<丙<戊，故D 正确； 故答案为D 。 2．某一固体粉末含有SiO 2、Fe 2O 3、Al 2O 3，加入足量NaOH 溶液充分反应后，过滤，向所得溶液中加入过量盐酸，过滤，将所得滤渣洗涤并灼烧至恒重，最终固体成份为 A ．SiO 2 B ．Fe 2O 3、SiO 2 C ．SiO 2、Al 2O 3 D ．Fe 2O 3 【答案】A 【解析】 SiO 2、Fe 2O 3、Al 2O 3，加入足量NaOH 溶液充分反应后，过滤，向所得溶液中含有硅酸钠、偏铝酸钠，加入过量盐酸，生成硅酸沉淀，将所得滤渣洗涤并灼烧生成二氧化硅，故A 正确。 3．化学与生活密切相关，下列有关说法正确的是( )
重 点 突 破 锁定高考热点 探究规律方法 考点1 碳、硅元素单质及其化合物的特征 熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。 2．一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。 3．一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱氧化剂＋较弱 还原剂，而碳却能还原出比它更强的还原剂：SiO 2＋2C===== 高温Si ＋2CO ↑，FeO ＋C===== 高温Fe ＋CO ↑。 4．硅为非金属，却可以和强碱溶液反应，放出氢气： Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。 5．一般情况，较活泼金属＋酸===盐＋氢气，然而Si 是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。 6．一般情况，碱性氧化物＋酸===盐＋水，SiO 2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。 7．一般情况，较强酸＋弱酸盐===较弱酸＋较强酸盐。虽然酸 性：H 2CO 3＞H 2SiO 3，却能发生如下反应：Na 2CO 3＋SiO 2===== 高温Na 2SiO 3＋CO 2↑。 8．一般情况，非常活泼金属(Na 、K 等)才能够置换出水中的氢， 但C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2 。 9．一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如SO 3＋H 2O===H 2SO 4，但SiO 2不溶于水，不与水反应。 题组训练
1．某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素() A．在自然界中只以化合态的形式存在 B．单质常用作半导体材料和光导纤维 C．最高价氧化物不与酸反应 D．气态氢化物比甲烷稳定 解析该短周期非金属元素为Si，硅在自然界中只以化合态形式存在，A项正确；单质硅可用作半导体材料，而光导纤维的主要成分是SiO2，B项错误；Si的最高价氧化物为SiO2，其可以与氢氟酸反应，C项错误；由于非金属性Si 非金属材料的应用现状与发展趋势 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)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、铝酸盐、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。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。无机非金属材料工程是材料学中的一个专业。无机非金属材料工程是为了培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识，能在无机非金属材料结构研究与分析、材料的制备、材料成型与加工等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。 本专业学生主要学习无机非金属材料及复合材料的生产过程、工艺及设备的基础理论、组成、结构、性能及生产条件间的关系，具有材料测试、生产过程设计、材料改性及研究开发新产品、新技术和设备及技术管理的能力。我国无机非金属材料工业的发展中存在很多问题，特别是传统的无机非金属材料与国外先进水平有非常大的差距，主要有： (1) 产品等级低 在传统无机非金属材料中，无论是水泥、玻璃还是陶瓷的产品等级普遍偏低。例如：发达国家的水泥熟料强度一般都在70MPa以上，而我国平均强度仅为50 MPa。我国高等级水泥（ISO≥）仅占18%，大量生产的是中、低等级水泥（ISO≤），而很多发达国家的高等级水泥占90％以上。 (2) 资源消耗高 在资源的消耗方面，水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开采，未能充分利用有限资源，造成了极大浪费。例如：生产水泥熟料的主要原料是相对优质的石灰石，其化学成份须满足CaO含量不低于45%、MgO不高于3%等要求。我国符合水泥生产要求，可以使用的量仅约250亿吨。目前每年生产水泥消耗的优质石灰石约亿吨，因此该储量仅可生产水泥熟料约200亿吨，仅能提供约40年的水泥生产 高考化学无机非金属材料(大题培优)及答案 一、无机非金属材料练习题（含详细答案解析） 1．下列溶液中，不能存放在带玻璃塞的试剂瓶中的 ①碱石灰②NaCl③KNO3④CaO⑤CuSO4⑥NaOH⑦Na2CO3 A．①④⑥⑦B．①③⑤⑥C．②③④⑦D．①⑥⑦ 【答案】A 【解析】 【分析】 玻璃的主要成分中含有二氧化硅，能和二氧化硅反应的药品不能盛放在带有玻璃塞的试剂瓶中，据此分析解答。 【详解】 ①碱石灰为CaO和NaOH的混合物，能与二氧化硅反应生成具有黏性的硅酸盐和水，因此不能存放在带玻璃塞的试剂瓶中，符合题意； ②NaCl与玻璃中的成分不发生反应，因此能存放在带玻璃塞的试剂瓶中，不符合题意； ③KNO3与玻璃中的成分不发生反应，因此能存放在带玻璃塞的试剂瓶中，不符合题意； ④CaO为碱性氧化物，溶于水生成的氢氧化钙能与二氧化硅反应生成具有黏性的硅酸盐和水，因此不能存放在带玻璃塞的试剂瓶中，符合题意； ⑤CuSO4与玻璃中的成分不发生反应，因此能存放在带玻璃塞的试剂瓶中，不符合题意； ⑥NaOH能与二氧化硅发生反应生成具有黏性的硅酸盐和水，因此不能存放在带玻璃塞的试剂瓶中，符合题意； ⑦Na2CO3水解呈碱性，与二氧化硅反应生成具有黏性的硅酸钠，所以Na2CO3不能盛放在玻璃瓶中，符合题意； 故答案为：A。 2．在室温时，下列各组中的物质分别与过量NaOH溶液反应，共生成4种盐的是（）A．SO2、CO2、SO3 B．H2S、NO、SO3 C．CO2、Cl2、SO3 D．SiO2、CO、Cl2 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】 A．SO2、CO2、SO3分别与过量NaOH溶液反应生成Na2SO3、Na2CO3、Na2SO4，生成3种盐，故不选A； B．NO与氢氧化钠溶液不反应，H2S、SO3分别与过量NaOH溶液反应生成Na2S、Na2SO4，生成2种盐，故不选B； C．CO2、Cl2、SO3分别与过量NaOH溶液反应生成Na2CO3、NaClO、NaCl、Na2SO4，生成4种盐，故选C； 化学无机非金属材料的专项培优易错试卷练习题及答案 一、无机非金属材料练习题（含详细答案解析） 1．某一固体粉末含有SiO2、Fe2O3、Al2O3，加入足量NaOH溶液充分反应后，过滤，向所得溶液中加入过量盐酸，过滤，将所得滤渣洗涤并灼烧至恒重，最终固体成份为 A．SiO2B．Fe2O3、SiO2 C．SiO2、Al2O3D．Fe2O3 【答案】A 【解析】 SiO2、Fe2O3、Al2O3，加入足量NaOH溶液充分反应后，过滤，向所得溶液中含有硅酸钠、偏铝酸钠，加入过量盐酸，生成硅酸沉淀，将所得滤渣洗涤并灼烧生成二氧化硅，故A正确。 2．蛇纹石由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3组成。现取一份蛇纹石试样进行实验，首先将其溶于过量的盐酸，过滤后，在所得的沉淀X和溶液Y中分别加入NaOH溶液至过量。下列叙述正确的是 A．沉淀X的成分是SiO2 B．将蛇纹石试样直接溶于过量的NaOH溶液后过滤，可得到红色颜料Fe2O3 C．在溶液Y中加入过量的NaOH溶液，过滤得到沉淀是Fe(OH)3 D．溶液Y中的阳离子主要是Mg2+、Al3+、Fe3+ 【答案】A 【解析】 【分析】 金属氧化物MgO、A12O3、Fe2O3会溶于盐酸，生成氯化镁、氯化铝以及氯化铁，过滤后，得的沉淀X是二氧化硅，溶液Y中含有氯化镁、氯化铝以及氯化铁以及过量的盐酸，向Y 中加入过量的氢氧化钠，会生成氢氧化镁、氢氧化铁沉淀，过滤后的溶液中含有氯化钠、偏铝酸钠等。 【详解】 A、沉淀X的成分是SiO2，A正确； B、将蛇纹石试样直接溶于过量的NaOH溶液后过滤，可得到MgO、Fe2O3的混合物，B错误； C、溶液Y中加入过量的NaOH溶液后过滤，过滤后的溶液中含有氯化钠、偏铝酸钠，沉淀是氢氧化镁、氢氧化铁沉淀，C错误； D、溶液Y中含有氯化镁、氯化铝以及氯化铁以及过量的盐酸，含有的阳离子主要是 Mg2+、Al3+、Fe3+、H+，D错误； 答案选A。 3．青石棉（cricidolite）是世界卫生组织确认的一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，青石棉的化学式为：Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理 无机非金属材料物理化学知识点整理无机非金属材料为北航材料学院2009年考研新加科目，考试内容包括大三金属方向限选课《无机非金属材料物理化学》（60%左右）和大四金属方向限选课《特种陶瓷材料》（40%左右）。参考书：陆佩文主编《无机材料科学基础》，武汉理工大学出版社，1996年。本资料由陆晨整理录入。祝愿大家考出好成绩。 第一章无机非金属材料的晶体结构 第一节：概述 一、晶体定义：晶体是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。 二、晶体结构=空间点阵+结构单元 三、晶体的基本性质： 1、均一性 2、各向异性 3、自限性 4、对称性 5、稳定性 四、对称性、对称元素、七大晶系、十四种布拉菲格子 结晶符号1、晶面符号——米勒指数(hkl) 2、晶棱符号[ uvw] PS：其实只要看了金属学，这些就都会了，懒得写了… 第二节：晶体化学 一、离子键、共价键、金属键、分子间力、氢键定义、特点（大家都知道的东西…） 二、离子极化： 三、鲍林规则（重点）： 鲍林第一规则──配位多面体规则，其内容是：“在中，在正离子周围形成一个负离子多面体，正负离子之间的距离取决于离子半径之和，正离子的配位数取决于离子半径比”。 鲍林第二规则──电价规则指出：“在一个稳定的离子晶体结构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度的总和，其偏差≤1/4价”。静电键强度S=正离子数Ｚ＋/正离子配位数n ，则负离子数Ｚ ＝∑Si=∑(Zi+/ni)。 鲍林第三规则──多面体共顶、共棱、共面规则，其内容是：“在一个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。其中高电价，低配位的正离子的这种效应更为明显”。 鲍林第四规则──不同配位多面体连接规则，其内容是：“若晶体结构中含有一种以上的正离子，则高电价、低配位的多面体之间有尽可能彼此互不连接的趋势”。例如，在镁橄榄石结构中，有[SiO4]四面体和[MgO6]八面体两种配位多面体，但Si4+电价高、配位数低，所以[SiO4]四面体之间彼此无连接，它们之间由[MgO 6]八面体所隔开。 鲍林第五规则──节约规则，其内容是：“在同一晶体中，组成不同的结构基元的数目趋向于最少”。例如，在硅酸盐晶体中，不会同时出现[SiO4]四面体和[[Si2 O7]双四面体结构基元，尽管它们之间符合鲍林其它规则。这个规则的结晶学基础是晶体结构的周期性和对称性，如果组成不同的结构基元较多，每一种基元要形成各自的周期性、规则性，则它们之间会相互干扰，不利于形成晶体结构。 第三节：典型的晶体结构（参考课件或复印的资料） 型 型 型 和A2X5型 型 型 型 8.硅酸盐晶体结构 第二章无机非金属材料的晶体缺陷 第一节：晶体缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷（参考金属学吧…） 第二节：缺陷化学反应表示法（重点） 一、点缺陷符号： 克罗格-明克（Kroger-Vink）符号 ①主符号，表明缺陷种类； ②下标，表示缺陷位置；“i”表示填隙位置 ③上标，表示缺陷有效电荷，“?”表示有效正电荷，用“'”表示有效负电荷，用“?”表示有效零电荷，零电荷可以省略 ①空位：V VM ——M 原子空位 VX ——X 原子空位 在金属材料中，只有原子空位 对于离子晶体，如果只是M2+ 离子离开了格点形成空位，而将 2 个电子留在 无机非金属材料工程专业介绍及就业前景 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)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、铝酸盐、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。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。 成分结构 在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。 硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一，硅酸盐材料是陶瓷的主要组成物质。 应用领域 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。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料;耐火材料与高温技术,尤其与钢铁工业的发展关系密切;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活休戚相关。它们产量大,用途广。其他产品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化铝)、铸石(辉绿岩、玄武岩等)、碳素材料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)也都属于传统的无机非金属材料。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的,具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。主要有先进陶瓷(advanced ceramics)、非晶态材料(noncrystal material〉、人工晶体〈artificial crys-tal〉、无机涂层(inorganic coating)、无机纤维(inorganic fibre〉等。 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的比较传统无机非金属材料新型无机非金属材料具有性质稳定，抗腐蚀耐高温等优点，但质脆，经不起热冲击。除具有传统无机非金属材料的优点外，还有某些特征如：强度高、具有电学、光学特性和生物功能等。 业务培养目标： 本专业培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识，能在 无机非金属材料知识点 一、重要概念 1、无机非金属材料 ①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、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。 ②是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。 2、陶瓷 ①从制备上开看，陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品。 ②从组分上来看，陶瓷是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。 3、玻璃 ①狭义：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机物质 ②一般：若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，则不管其组成如何都可称为玻璃（具有玻璃转变温度 Tg）。 玻璃转变温度：热膨胀系数和比热等物理性质的突变温度。 具有Tg的非晶态材料都是玻璃。 4、水泥 凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 5、耐火材料 耐火度不低于1580℃的无机非金属材料 6、复合材料 复合材料是两种或两种以上物理、化学性质不同的物质组合而成的一种新的多相固体材料。 通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能。 二、陶瓷知识点 1、陶瓷制备的工艺步骤 原材料的制备→坯料的成型→坯料的干燥→制品的烧成或烧结 2、陶瓷的天然原料 ①可塑性原料：黏土质陶瓷成瓷的基础（高岭石、伊利石、蒙脱石） ②弱塑性原料：叶蜡石、滑石 ③非塑性原料：减塑剂：石英助熔剂：长石 3、坯料的成型的目的 将坯料加工成一定形状和尺寸的半成品，使坯料具有必要的机械强度和一定的致密度 4、陶瓷的成型方法 ①可塑成型：在坯料中加入水或塑化剂，制成塑性泥料，然后通过手工、挤压或机加工成型；（传统陶瓷） ②注浆成型：将浆料浇注到石膏模中成型 ③压制成型：在金属模具中加较高压力成型；（特种陶瓷） 5、烧结 将初步定型密集的粉块（生坯）高温烧成具有一定机械强度的致密体。 固相烧结：烧结发生在单纯的固体之间 液相烧结：有液相参与，加助溶剂产生液相 好处：降低烧结温度，促进烧结 6、陶瓷的组织结构：晶相、玻璃相、气相 ①晶相：陶瓷的主要组成；分为主晶相和次晶相 ②玻璃相：玻璃相对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热性等不利，不能成为陶瓷的主导组成部分。 玻璃相在陶瓷中的作用：粘结：粘结晶粒，填充空隙，提高致密度 降低烧成温度，促进烧结 ③气相：气孔；降低强度，造成裂纹。 7、陶瓷力学性能的特点 ①硬度：高②强度：抗拉强度很低、抗压强度非常高 ③塑性：塑性极差④韧性：韧性差、脆性大 8、陶瓷热学性能的特点 ①导热性：差，良好的绝热材料 ②热稳定性（抗热震性）：概念：材料承受温度的急剧变化而不至于被破坏的能力。陶瓷抗热震性一般较差 9、结构陶瓷 ①概念：能作为工程结构材料使用的陶瓷，一般具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等优异性能，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境。 ②常见种类：Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4…陶瓷 ③应用：…… 10、陶瓷增韧技术：【机理：阻碍裂纹的扩展】 ①相变增韧：相变可吸收能量；体积膨胀可松弛裂纹尖端的拉应力，甚至产生 无机非金属材料 以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料的泛称。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。其中陶瓷一词，随着与陶瓷工艺相近的无机材料的不断出现，其概念的外延也不断扩大。最广义的陶瓷概念几乎与无机非金属材料的含意相同。无机非金属材料也和金属材料以及有机高分子材料等一样，是当代完整的材料体系中的一个重要组成部分。 普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上,陶瓷在耐蚀、介电性能上,耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。特种无机非金属材料的特点是：①各具特色,例如:高温氧化物等的高温抗氧化特性；氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性；铁氧体的磁学性质；光导纤维的光传输性质;金刚石、立方氮化硼的超硬性质;导体材料的导电性质；快硬早强水泥的快凝、快硬性质等。②各种物理效应和微观现象,例如：光敏材料的光-电、热敏材料的热－电、压电材料的力－电、气敏材料的气体-电、湿敏材料的湿度-电等材料对物理和化学参数间的功能转换特性。③不同性质的材料经复合而构成复合材料，例如：金属陶瓷、高温无机涂层，以及用无机纤维、晶须等增强的材料。 沿革旧石器时代人们用来制作工具的天然石材是最早的无机非金属材料。在公元前6000～前5000年中国发明了原始陶器。中国商代（约公元前17世纪初～约前11世纪）有了原始瓷器，并出现了上釉陶器。以后为了满足宫廷观赏及民间日用、建筑的需要，陶瓷的生产技术不断发展。公元 200年（东汉时期）的青瓷是迄今发现的最早瓷器。陶器的出现促进了人类进入金属时代，中国夏代（约公元前22世纪末至约前21世纪初～约前17世纪初）炼铜用的陶质炼锅，是最早的耐火材料。铁的熔炼温度远高于铜，故铁器时代的耐火材料相应地也有很大发展。18世纪以后钢铁工业的兴起，促进耐火材料向多品种、耐高温、耐腐蚀方向发展。公元前3700年，埃及就开始有简单的玻璃珠作装饰品。公元前1000年前，中国也有了白色穿孔的玻璃珠。公元初期罗马已能生产多种形状的玻璃制品。1000～1200年间玻璃制造技术趋于成熟，意大利的威尼斯成为玻璃工业中心。1600年后玻璃工业已遍及世界各地区。公元前3000～前2000年已使用石灰和石膏等气硬性胶凝材料。随着建筑业的发展，胶凝材料也获得相应的发展。公元初期有了水硬性石灰，火山灰胶凝材料，1700年以后制成水硬性石灰和罗马水泥。1824年英国J.阿斯普丁发明波特兰水泥（见水泥）。上述陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等的主要成分均为硅酸盐，属于典型的硅酸盐材料。 18 世纪工业革命以后，随着建筑、机械、钢铁、运输等工业的兴起，无机非金属材料有了较快的发展，出现了电瓷、化工陶瓷、金属陶瓷、平板玻璃、化学仪器玻璃、光学玻璃、平炉和转炉用的耐火材料以及快硬早强等性能优异的水泥。同时，发展了研磨材料、碳素及石墨制品、铸石等。 20世纪以来，随着电子技术、航天、能源、计算机、通信、激光、红外、光电子学、生物医学和环境保护等新技术的兴起，对材料提出了更高的要求，促进了特种无机非金属材料的迅速发展。30～40年代出现了高频绝缘陶瓷、铁电陶瓷和压电陶瓷、铁氧体（又称磁性瓷）和热敏电阻陶瓷（见半导体陶瓷）等。50～60年代开发了碳化硅和氮化硅等高温结 无机非金属材料工学试卷（B） 一、填空题(每空l分，计20分) 1.无机非金属材料生产过程的共性包括:原料、物料的制备与运输、热处理、成形和干燥等 2.粘土的主要化学组成为:二氧化硅、三氧化二铝、结晶水，还有少晕碱金属氧化物（K2O、Na2O）碱土金属氧化物等。 3.表明煤的组成时，必须指明所选用煤的基准，才能确切说明问题，通常煤有四个基准，即:收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基。 4、玻璃的热膨胀系数是极重要的基本性质，通常分为和。 6.整个物料干燥过程可分为三个阶段，即加热阶段、等速干燥阶段、降速干燥阶段。 8.陶瓷注浆成形的基本力方法分空心注浆和实心注浆两种。 9.水泥的石灰饱和系数越大表明硅酸盐矿物中硅酸三钙的比例越高，熟料强度越好。 10，硅质耐火材料是指以二氧化硅为上要成分的耐火材料。 11.玻璃体中的缺陷主要包括三大类:气泡、结石、节瘤和条纹。 二、判断题〔每题l分，计15分) 2.石英品型转变的重建性转变是一石英、一鳞石英、一方石英间的转变。(错） 3 浮法玻璃成形的平衡厚度是指当重力和表而张力达到平衡时玻璃带的厚度，约为7mm（对） 4、.建筑石膏是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。(对） 5.回转窑的主体部分是圆筒体，倾斜放置，物料山圆筒的高端加入，燃烧用空气也由 高端通入（错） 6.立窑中的“带”按窑的高度方大致可分为预热带、碳酸盐分解带、烧成带和冷却 带。（错） 7建筑石膏是将一水石膏〔熟石膏)磨细而成的自色粉末;水玻璃是一种能溶于水的硅酸盐，山不同比例的碱金属和二:氧化硅组成。( 错） 1}.物料中的水分可分为化学结合水、物理化学结合水和机械结合水三类;〔对） 11，立窑在锻烧的时候常会导致立窑中部通风不良、边风过剩的现象，是影响立窑熟料 质量的主要原因之一（） 12.水泥回转窑的窑头是指物料进入回转窑的一端，窑尾是指回转窑出熟料一端。 13 耐火材料的耐火度是评价耐火材料的重要技术指标（对） 14、陶瓷的烧成制度包括温度度制度其中温度制度、气氛制度是关键，压力制度起中保证温度制度、气氛制度顺利实施的作用（对） 15.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 性质。（对） 三、名词解释(每题5分，计25分) 1.玻璃的熔化 2.宾汉体模型 3、石灰饱和系数、硅率、铝率 4.高温体积稳定性 5硅酸铝质耐火材料 四、问答题(第1题8分，第2题1分，第3、4题何题10分，计40分) 1.简要回答胶凝材料的定义及分类，并分析建筑石膏的硬化机理。 2试论述水泥窑中的物料反应带，并分析每个反应带所发生的主要物理化学变化并指出水泥 无机非金属材料的分类 (1)传统陶瓷（其中，瓷是在陶的基础上上一层釉） 陶瓷在我国有悠久的历史，是中华民族古老文明的象征。从西安地区出土的秦始皇陵中大批陶兵马俑，气势宏伟，形象逼真，被认为是世界文化奇迹，人类的文明宝库。唐代的唐三彩、明清景德镇的瓷器均久负盛名。 传统陶瓷材料的主要成分是硅酸盐，自然界存在大量天然的硅酸盐，如岩石、土壤等，还有许多矿物如云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。此外，人们为了满足生产和生活的需要，生产了大量人造硅酸盐，主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。 硅酸盐制品一般都是以黏土（高岭土）、石英和长石为原料经高温烧结而成。黏土的化学组成为Al?O3·2SiO?·2H?O，石英为SiO?，长石为K?O·Al?O3·6SiO?（钾长石）或Na2O·Al2O3·6SiO2（钠长石）。这些原料中都含有SiO2，因此在硅酸盐晶体结构中，硅与氧的结合是最重要也是最基本的。 硅酸盐材料是一种多相结构物质，其中含有晶态部分和非晶态部分，但以晶态为主。硅酸盐晶体中硅氧四面体[SiO4]是硅酸盐结构的基本单元。在硅氧四面体中，硅原子以sp杂化轨道与氧原子成键，Si—O键键长为162 pm，比起Si和O的离子半径之和有所缩短，故Si—O键的结合是比较强的。 (2)精细陶瓷 精细陶瓷的化学组成已远远超出了传统硅酸盐的范围。例如，透明的氧化铝陶瓷、耐高温的二氧化锆（ZrO2）陶瓷、高熔点的氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC）陶瓷等，它们都是无机非金属材料，是传统陶瓷材料的发展。精细陶瓷是适应社会经济和科学技术发展而发展起来的，信息科学、能源技术、宇航技术、生物工程、超导技术、海洋技术等现代科学技术需要大量特殊性能的新材料，促使人们研制精细陶瓷，并在超硬陶瓷、高温结构陶瓷、电子陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷、超导陶瓷和生物陶瓷等方面取得了很好的进展，下面选择一些实例做简要的介绍。 高温结构陶瓷汽车发动机一般用铸铁铸造，耐热性能有一定限度。由于需要用冷却水冷却，热能散失严重，热效率只有30%左右。如果用高温结构陶瓷制造陶瓷发动机，发动机的工作温度能稳定在1 300 ℃左右，由于燃料充分燃烧而又不需要水冷系统，使热效率大幅度提高。用陶瓷材料做发动机，还可减轻汽车的质量，这对航天航空事业更具吸引力，用高温陶瓷取代高温合金来制造飞机上的涡轮发动机效果会更好。 目前已有多个国家的大的汽车公司试制无冷却式陶瓷发动机汽车。我国也在1990年装配了一辆并完成了试车。陶瓷发动机的材料选用氮化硅， 无机非金属材料热工设备重点 1，无机非金属材料与有机（高分子）材料、金属材料并列为三大基础材料。除了这三种基础材料以外，材料的另一个重要分支就是基于这三大基础材料而发展迅速的复合材料。（P3） 2，热工设备的主要代表就是：窑炉。（P3） 3，烧结的本质就是在物料温度低于融化温度的高温条件下，物料内部产生致密化的过程。（P4） 4，热工设备主要是指窑炉，窑炉是一个能够产生高温的空间，构成这个空间的窑体材料叫做：筑炉材料，显然筑炉材料包括耐火材料、保温材料、普通建筑材料。（P9）5，新型干法水泥回转窑系统是以“悬浮预热”和“窑外分解”技术为核心。（P19）6，“二磨一烧”：生料磨、水泥窑和水泥磨。（P19） 7，P20 图2.1 NSP窑系统的流程图（a）和（b）要求：注解物料流程 新型干法水泥回转窑：预热器系统，分解炉，回转窑，熟料冷却机，燃料燃烧器。 8，整个系统内燃料燃烧所需要的助燃空气被分成三部分：第一部分来自窑头的鼓风机，被称为：一次空气（或称：一次风），其主要作用是：携带从窑头煤粉舱下来的煤粉经喷煤管高速喷入回转窑内高效燃烧来保持喷出的火焰有一定的“刚度”(平、顺、直)。另外两部分的助燃空气则是来自于水泥熟料冷却机内的预热空气，它们分别被称为：二次空气（或称：二次风）和三次空气（或称：三次风）。二次空气是从窑头进入回转窑内成为窑头煤粉燃烧的主要助燃空气。三次空气则是通过专门设立的三次风管进入分解炉而成为分解炉内煤粉燃烧所需的助燃空气。在这三种空气中，二次空气和三次空气的预热温度不受限制，越高越好；而一次空气不允许被预热，否则温度较高的一次风会使煤粉中的挥发分在喷煤管中提前逸出，从而有可能造成煤粉爆炸的事故。（P21） 9，新型干法水泥回转窑系统的两个主要评价指标：一是产量；二是热耗。即：产量是否达标（产量是否高于设计产量）；热耗是否达标（热耗是否低于设计热耗）。（P21）10，表观分解率e：是指从窑尾入窑的下料管中取料样，经测定其烧失量后计算而得到的分解率。真实分解率et：在已知出窑飞灰的数量m fh和出窑飞灰的分解率所求出的分解率。（P24） 11，回转窑的五个重要性能指标：回转窑的发热能力，回转窑内燃烧带的截面、表面、容积热力强度，回转窑内燃烧带的空气过剩系数。（P25） 12，设置悬浮预热器是为了实现气(废气)、固（生料粉）之间的高效换热，从而达到提高生料温度，降低排出废气温度的目的。（P26） 13，一个换热单元必须同时具备以下三个功能才能完成其任务：第一，生料粉在废气中的分散与悬浮；第二，气、固相之间的换热；第三，气、固相之间的分离：气体被排走，生料粉被收集。（P26） 14，各个旋风筒之间的联接管道在换热方面起着主要作用，所以有人干脆将其称为“换热管道”。而旋风筒的主要功能则是完成气、固相的分离和固相生料粉的收集。（P27）15，影响旋风预热器换热效率的三个因素：一是粉料在管道内的悬浮状况；二是气、固之间的换热效果；三是气、固之间的分离程度。（P29） 16，旋风预热器系统需要若干个换热单元相串联的原因：在管道内的悬浮态，由于气流速度较大，气、固之间的换热速度极快，经过0.02～0.04s的时间，气、固两相之间就可以达到温度的动态平衡，而且气、固两相换热过程主要发生在固相刚刚加入到气相后的加速段，尤其是加速的初始段。然后再增加气、固两相之间的接触时间，其意义已经不大，所以这时只有实现气、固相分离进入下一个换热单元，才能够起到强化气、固两相之间传热的作用。（P31）无机非金属材料的应用现状与发展趋势
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