《无机材料科学基础》课程教学资源（试卷习题）无机材料科学基础（第10-14章）习题与解答

第十章硅酸盐矿物1．简要说明高岭石、叶腊石、蒙脱石、滑石、白云母、伊利石的结构异同点。矿物名称高岭石叶腊石蒙脱石滑石白云母伊利石层状矿物类型层状层状层状层状层状八面体类二八面体二八面体二八面体二八面体二八面体三八面体型四面体和1 : 12: 12:12:12: 1八面体组2:1合方式层间结合弱离子键氢键范德华力范德华力离子键力离子键力力力2.描述珍珠云母CaA1[AlSi2O1o1(OH)2.的结构。二八面体三层型，二层铝硅氧四面体层中间夹一层含氢氧根的铝氧八面体层，其中四面体长中硅氧四面体和铝氧四面体是交错排列；钙离子位于层与层之间，靠离子键力相连接。3.硅酸盐晶体结构可以有[Si0.]四面体共顶连接成链状、环状、层状、架状结构，在磷酸盐以及硫酸盐中虽然也有相似的四面体却为什么常常是孤岛状的结构？A1PO4又为什么具有与石英类似的结构？在磷酸盐以及硫酸盐中，存在的四面体分别为[PO,]3-和[SO,]"，根据静电价规则，Sp5+-02=5/4，若存在桥氧，则该氧离子获得的电价为5/2，超出2价，结构不稳定，所以常常是孤岛状结构；硫酸盐同理。A1P04具有与石英类似的结构是因为：Sp5+→02-=5/4，SAI3+-02-=3/4，，作为桥氧的氧离子获得电价为5/4+3/4=2，电价正好平衡，所以形成架状结构

第十章 硅酸盐矿物 1. 简要说明高岭石、叶腊石、蒙脱石、滑石、白云母、伊利石的结 构异同点。 矿物名称 高岭石 叶腊石 蒙脱石 滑石 白云母 伊利石 矿物类型 层状 层状 层状 层状 层状 层状 八面体类 型 二八面体 二八面体 二八面体 三八面体 二八面体 二八面体 四面体和 八面体组 合方式 1∶1 2∶1 2∶1 2∶1 2∶1 2∶1 层间结合 力 氢键 范德华力 弱离子键 力 范德华力 离子键力 离子键力 2.描述珍珠云母 CaAl[Al2Si2O10](OH)2 的结构。 二八面体三层型，二层铝硅氧四面体层中间夹一层含氢氧根的铝氧八面体层， 其中四面体长中硅氧四面体和铝氧四面体是交错排列；钙离子位于层与层之间， 靠离子键力相连接。 3.硅酸盐晶体结构可以有[SiO4]四面体共顶连接成链状、环状、层状、 架状结构，在磷酸盐以及硫酸盐中虽然也有相似的四面体却为什么常 常是孤岛状的结构？AlPO4 又为什么具有与石英类似的结构？ 在磷酸盐以及硫酸盐中，存在的四面体分别为[PO4] 3-和[SO4] 2-，根据静电价 规则，SP5+→O2-=5/4，若存在桥氧，则该氧离子获得的电价为 5/2，超出 2 价，结 构不稳定，所以常常是孤岛状结构；硫酸盐同理。 AlPO4 具有与石英类似的结构是因为：SP5+→O2-=5/4，SAl3+→O2-=3/4，,作为桥氧 的氧离子获得电价为 5/4+3/4=2，电价正好平衡，所以形成架状结构

第十一章坏体制备与成型的理论基础1.在H-粘土泥浆中加入电解质进行阳离子交换：（1）为什么电位随电解质加入量的增加先升到极值点而后降低？（2）为什么曲线极值点随电解质中阳离子电价的升高而移向电解质低浓度一侧？（3）为什么极值点的高度随电解质阳离子电价的升高而降低？（1）在H-粘土泥浆中加入电解质进行阳离子交换，随着交换的进行，阳离子逐渐置换出H，电位逐渐增加，当所以的H都被完全交换时，电位变为最大；继续加入电解质，阳离子浓度增大，部分阳离子被压迫进入双电层，使得电位又降低。（2）曲线极值点对应的浓度表示交换完全时，所需阳离子的浓度，阳离子交换时，遵循等当量交换原则。（3）曲线极值点表示H+被交换完全时，阳离子的电位，而阳离子的电位随着电价的升高而降低。2.一个均匀的悬浮液，粘土浓度为30V1%，薄片状粘土颗粒尺寸是平均直径0.1um，厚度0.0lum，求颗粒间平均距离是多少？设颗粒间平均距离为2dum，则颗粒体积为V=IIDh/4所占悬浮液体积为V=IⅡI（D+2d）2（h+2d）/4由题意，Vo/V=30%计算出2d=3.如果将NaOH和NaC1混合液逐渐加入到一种H-粘士的泥浆中去最初产生絮凝现象，再加入时又转变为胶体溶液，加入更多时，又重新絮凝，说明原因。H-粘土的泥浆，由于是在酸性介质中，所以板面带负电，而边面带正电；将NaOH和NaC1混合液逐渐加入泥浆中，Na+会置换H+，发生离子交换，板面电位逐渐增加，但此时PH7，变成碱性环境，板面和边面呈静电斥力，并且随着阳离子交换进行，斥力

第十一章 坯体制备与成型的理论基础 1.在 H-粘土泥浆中加入电解质进行阳离子交换: （1）为什么ζ电位随电解质加入量的增加先升到极值点而后降低？ （2）为什么曲线极值点随电解质中阳离子电价的升高而移向电解质 低浓度一侧？ （3）为什么极值点的高度随电解质阳离子电价的升高而降低？ （1）在 H-粘土泥浆中加入电解质进行阳离子交换，随着交换的进行，阳离子逐 渐置换出 H +，ζ电位逐渐增加，当所以的 H +都被完全交换时，ζ电位变为最大； 继续加入电解质，阳离子浓度增大，部分阳离子被压迫进入双电层，使得ζ电位 又降低。 （2）曲线极值点对应的浓度表示交换完全时，所需阳离子的浓度，阳离子交换 时，遵循等当量交换原则。 （3）曲线极值点表示 H+被交换完全时，阳离子的ζ电位，而阳离子的ζ电位随 着电价的升高而降低。 2.一个均匀的悬浮液，粘土浓度为 30Vol%，薄片状粘土颗粒尺寸是 平均直径 0.1um，厚度 0.01um，求颗粒间平均距离是多少？ 设颗粒间平均距离为 2d um，则颗粒体积为 V=ΠD 2 h/4 所占悬浮液体积为 V0=Π（D+2d）2（h+2d）/4 由题意，V0/V=30% 计算出 2d= 3.如果将 NaOH 和 NaCl 混合液逐渐加入到一种 H-粘土的泥浆中去， 最初产生絮凝现象，再加入时又转变为胶体溶液，加入更多时，又重 新絮凝，说明原因。 H-粘土的泥浆，由于是在酸性介质中，所以板面带负电，而边面带正电；将 NaOH 和 NaCl 混合液逐渐加入泥浆中，Na+会置换 H+，发生离子交换，板面ζ电 位逐渐增加，但此时 PH7，变成碱性环境，板面和边面呈静电斥力，并且随着阳离子交换进行，斥力

增大，实现胶溶；加入更多时，过多的Na+压迫双电层，电位减小，又重新絮凝。4.对H-粘土或Ca粘土配制的泥浆采用NaOH做稀释剂是否合适。为什么？对H-粘土泥浆用NaOH做稀释剂合适，能生成水，显著降低H的浓度；而对Ca-粘土泥浆不合适，Ca（OH）2溶解度不够小，需要加入比较过量的NaOH才能发生离子交换。5.试解释粘土结构水，结合水（牢固结合水，松结合水），自由水的区别，分析后两种水在胶团中的作用范围及其对工艺性能的影响。结构水是以氢氧根形式存在的，参与晶体结构，失去后结构发生改变。结合水是被粘土校核表面被吸附的水，粘度和密度较普通水大，冰点低；分为牢固结合水和松结合水；不能自由流动。自由水是普通水，能自由流动，不受粘土胶核的束缚作用。(1）牢固结合水（3~10个水分子厚），位于胶核外完全定向排列的水，由它构成的水膜称为溶剂化膜（或吸附层水膜）。只有牢固结合水，屈服值大，但延展性差，易开裂。(2）松结合水（牢固结合水外、离开胶核表面200A内），位于牢固结合水外定向排列程度较差的水。过多松结合水，屈服值小，延展性好。6.粘王一水系统中很多性能与吸附阳离子种类有关，指出粘王吸附下列不同阳离子后性能变化规律，说明理由。H、A13+、Ba2t、Sr2、Ca*、Mg2+、NHt、Kt、Nat、Li电位：小→大阳离子结合水量：小一→大可塑性：好→差

增大，实现胶溶；加入更多时，过多的 Na+压迫双电层，ζ电位减小，又重新絮 凝。 4.对 H-粘土或 Ca 粘土配制的泥浆采用 NaOH 做稀释剂是否合适。为 什么？ 对 H-粘土泥浆用 NaOH 做稀释剂合适，能生成水，显著降低 H 的浓度；而对 Ca-粘土泥浆不合适，Ca（OH）2 溶解度不够小，需要加入比较过量的 NaOH 才能 发生离子交换。 5.试解释粘土结构水，结合水（牢固结合水，松结合水），自由水的 区别，分析后两种水在胶团中的作用范围及其对工艺性能的影响。 结构水是以氢氧根形式存在的，参与晶体结构，失去后结构发生改变。 结合水是被粘土校核表面被吸附的水，粘度和密度较普通水大，冰点低；分为牢 固结合水和松结合水；不能自由流动。 自由水是普通水，能自由流动，不受粘土胶核的束缚作用。 ⑴ 牢固结合水（310 个水分子厚），位于胶核外完全定向排列的水，由它构成 的水膜称为溶剂化膜（或吸附层水膜）。只有牢固结合水，屈服值大，但延展 性差，易开裂。 ⑵ 松结合水（牢固结合水外、离开胶核表面 200Å 内），位于牢固结合水外定向 排列程度较差的水。过多松结合水，屈服值小，延展性好。 6.粘土—水系统中很多性能与吸附阳离子种类有关，指出粘土吸附下 列不同阳离子后性能变化规律，说明理由。 H + 、Al3+、Ba2+、Sr2+、Ca2+、Mg2+、NH4 +、K +、Na+、Li+ ζ电位：小→大 阳离子结合水量：小→大 可塑性：好→差

第十二章固相反应1.如果某个体系中固相反应有n个产物，A、Az、、An，其相应反应的自由变化△G<△Gz<<△G，由此能否判断最初产物是A且最终产物当中A的含量最大？都不能判断。最初产物由动力学上反应速率决定，那种产物的生成速率最快，就最先生成：最终产物由配料比决定。2.MgO与Si02发生固相反应，写出初期MgO与Si02在反应物与产物层界面反应式，用示意图表示出下列各种情况下反应示意进程图。（1）摩尔比Mg0/Si02=1：1（2）摩尔比Mg0/Si02=2：1（3）摩尔比Mg0/Si02<1（4）摩尔比Mg0/Si02》2（5）摩尔比Mg0/Si02=1～2反应初期，生成Mg2Si04后，接下来的反应主要是：2Mg2*+2Si0,=Mg2Si0,+Si**（1）摩尔比Mg0/Si02=l：1Mg0/Si02→Mg0/Mg2Si04/Si02Mg0/Mg2Si04/MgSi03/Si02Mg2Si04/MgSi03/Si02→+MgSi03（2）摩尔比Mg0/Si02=2：1→Mg0/Si02Mg0/Mg2Si04/Si02Mg0/Mg2Si04/MgSi03/Si02Mg0/Mg2Si04/MgSi03→Mg2Si04（3）摩尔比Mg0/Si02<1Mg0/Si02→Mg0/Mg2Si04/Si02Mg0/Mg2Si04/MgSi03/Si02Mg2Si04/MgSi03/Si02-→MgSi03/Si02（4）摩尔比Mg0/Si02）2Mg0/Si02-→Mg0/Mg2Si04/Si02Mg0/Mg2Si04/MgSi03/Si02Mg0/Mg2Si04/MgSi03-→Mg0/Mg2Si04（5）摩尔比Mg0/Si02=1～2

第十二章 固相反应 1.如果某个体系中固相反应有 n 个产物，A1、A2、.、An，其相应反 应的自由焓变化ΔG1<ΔG2<.<ΔGn, 由此能否判断最初产物是 A1 且 最终产物当中 A1的含量最大？ 都不能判断。最初产物由动力学上反应速率决定，那种产物的生成速率最 快，就最先生成；最终产物由配料比决定。 2. MgO 与 SiO2发生固相反应，写出初期 MgO 与 SiO2在反应物与产物 层界面反应式，用示意图表示出下列各种情况下反应示意进程图。 （1）摩尔比 MgO/SiO2=1：1 （2）摩尔比 MgO/SiO2=2：1 （3）摩尔比 MgO/Si O2〈 1 （4）摩尔比 MgO/SiO2 〉2 （5）摩尔比 MgO/SiO2=1～2 反应初期，生成 Mg2SiO4后，接下来的反应主要是： 2Mg2++2SiO2= Mg2SiO4+Si4+ （1）摩尔比 MgO/SiO2=1：1 MgO/SiO2 → MgO/Mg2SiO4/SiO2 → MgO/Mg2SiO4/MgSiO3/SiO2 → Mg2SiO4/MgSiO3/SiO2 → MgSiO3 （2）摩尔比 MgO/SiO2=2：1 MgO/SiO2 → MgO/Mg2SiO4/SiO2 → MgO/Mg2SiO4/MgSiO3/SiO2 → MgO/Mg2SiO4/MgSiO3 → Mg2SiO4 （3）摩尔比 MgO/Si O2〈 1 MgO/SiO2 → MgO/Mg2SiO4/SiO2 → MgO/Mg2SiO4/MgSiO3/SiO2 → Mg2SiO4/MgSiO3/SiO2 → MgSiO3/SiO2 （4）摩尔比 MgO/SiO2 〉2 MgO/SiO2 → MgO/Mg2SiO4/SiO2 → MgO/Mg2SiO4/MgSiO3/SiO2 → MgO/Mg2SiO4/MgSiO3 → MgO/Mg2SiO4 （5）摩尔比 MgO/SiO2=1～2

Mg0/Si02→Mg0/Mg2Si04/Si02Mg0/Mg2Si04/MgSi03/Si02一Mg0/Mg2Si04/MgSi03-+Mg2Si04/MgSi033.用过量的Mg0颗粒包裹粒径1μm的A1203颗粒，在恒定温度下，第一小时有20%A120：反应生成MA，还要多长时间A1203才能完全作用完。分别按杨德尔方程和金斯特林格方程计算，比较结果，分析原因。由杨德尔方程：[1-（1-G）1/3J2=Kit=（2kt/R2）由题意将G1=20%t1=1hG2=100%t2带入杨德尔方程[1-（1-G1）1/3j2=Kit1=（2kti/R2)[1-（1-G2) 1/3j2=Kit2=（2kt2/R2)解得t2=194.6h或t2=195h还需t=t2-1=193.6h或194h由金斯特林格方程：1-2/3G-（1-G）2/3=Krt（=2kt/εR2）由题意将G1=20%ti=1hG2=100%t2带入金斯特林格方程1-2/3G1-（1-G1）2/3=Krt1(=2kt1/R2)1-2/3G2-（(1-G2）2/3=Krt2（=2ktz/ e R2)解得t2=68.1h或t2=68h还需t=t2-1=67.1h或67h按金斯特林格方程计算所用时间短。或按杨德尔方程计算所用时间长。主要原因是金斯特林格方程考虑到了随着反应的进行，扩散截面积随之变化这一事实。4.假设A103、Si02粉料生成莫来石为扩散控制过程，如何证明。固相反应Q=209kj/mo1，在1400℃时1小时内反应完成10%，在1500℃时1小时，反应进行到什么程度？在1500℃时4小时又将完成多少？在不同温度下，测定不同的转化率G、t，带入杨德尔方程[1-（1-G）1/3]2=Kit，求出相应的K，以K-1/T作图，求出Q，若Q近似相等，即可判断为扩散控制过程

MgO/SiO2 → MgO/Mg2SiO4/SiO2 → MgO/Mg2SiO4/MgSiO3/SiO2 → MgO/Mg2SiO4/MgSiO3 →Mg2SiO4/MgSiO3 3.用过量的 MgO 颗粒包裹粒径 1μm 的 Al2O3颗粒，在恒定温度下，第 一小时有 20%Al2O3反应生成 MA，还要多长时间 Al2O3才能完全作用完。 分别按杨德尔方程和金斯特林格方程计算，比较结果，分析原因。 由杨德尔方程：[1-（1-G）1/3] 2=KJt=（2kt/R2） 由题意将 G1=20% t1=1h G2=100% t2 带入杨德尔方程 [1-（1-G1）1/3] 2=KJt1=（2kt1/R2） [1-（1-G2）1/3] 2=KJt2=（2kt2/R2） 解得 t2=194.6h 或 t2=195h 还需 t=t2-1=193.6h 或 194h 由金斯特林格方程：1-2/3G-（1-G）2/3=Krt（=2kt/εR 2） 由题意将 G1=20% t1=1h G2=100% t2 带入金斯特林格方程 1-2/3G1-（1-G1）2/3=Krt1（=2kt1/εR 2） 1-2/3G2-（1-G2）2/3=Krt2（=2kt2/εR 2） 解得 t2=68.1h 或 t2=68h 还需 t=t2-1=67.1h 或 67h 按金斯特林格方程计算所用时间短。或按杨德尔方程计算所用时间长。 主要原因是金斯特林格方程考虑到了随着反应的进行，扩散截面积随之变化这一 事实。 4.假设 Al2O3、SiO2粉料生成莫来石为扩散控制过程，如何证明。固相 反应 Q=209kj/mol,在 1400℃时 1 小时内反应完成 10%，在 1500℃时 1 小时，反应进行到什么程度？在 1500℃时 4 小时又将完成多少？ 在不同温度下，测定不同的转化率 G、t，带入杨德尔方程 [1-（1-G）1/3] 2=KJt，求出相应的 KJ，以 KJ-1/T 作图，求出 Q，若 Q 近似相等，即 可判断为扩散控制过程

由杨德尔方程：[1-（1-G）1/3]2=Kit由题意将G1=10%t1=1hT1=1673KG2t2=1hT2=1773K带入杨德尔方程[1-（1-G1)1/3j2=Kj1ti=exp（-Q/RT1)t1[1-（1-G2) 1/3j2=K2t2=exp（-Q/RT2)t2解得G2=15%同理，解得在1500℃4小时后，转化率为G3=28.42%即在1500℃1小时后反应完成了15%，1500℃4小时后反应完成了28.42%5.如果要合成MgA1204，可提供的原料有MgCO03（650℃分解）、Mg（OH）2（450℃分解）、Mg0、Al2033H20（650℃分解）、-A1203、α-A1203从提高反应速率的角度出发，选择什么原料好。说明原因。选择MgCO,和A1,0，·3H,0。同时在650℃分解，同时生成初生态的氧化物，反应活性大，能提高固相反应的速率。第十三章烧结1：为什么在烧结初期将颗粒之间的接触颈部作为主要矛盾来分析？烧结初期，颗粒没有明显变形，主要是形成接触颈部并长大的过程，接触颈部半径的长大速率能较客观反映烧结速率。随着烧结的进行，各接触点处开始形成颈部，并逐渐扩大，最后烧结成一个整体。由于各颈部所处的环境和几何条件相同，故只需确定二个颗粒形成的颈部的成长速率就代表了整个烧结初期的动力学关系。2.如何求烧结初期的烧结活化能？设计实验步骤。根据烧结初期的动力学公式：x/r=Kt/5=Aexp(-Q/RT)t/5两边取对数：1nx/r=-Q/RT+1/51nt分别在不同温度下，保温不同时间，测得一系列x/r，代入上式，线性回归拟合，求出烧结活化能Q。3.致密化和晶粒生长是怎样相互影响的？致密化到一定程度时，晶粒才开始长大；晶粒的正常生长有利于致密化；晶

由杨德尔方程：[1-（1-G）1/3] 2=KJt 由题意将 G1=10% t1=1h T1=1673K G2 t2 =1h T2=1773K 带入杨德尔方程 [1-（1-G1）1/3] 2=KJ1t1=exp（-Q/RT1）t1 [1-（1-G2）1/3] 2=KJ2t2= exp（-Q/RT2）t2 解得 G2=15% 同理，解得在 1500 ℃4 小时后，转化率为 G3=28.42% 即在 1500 ℃1 小时后反应完成了 15%，1500℃4 小时后反应完成了 28.42% 5.如果要合成 MgAl2O4，可提供的原料有 MgCO3（650℃分解）、Mg（OH） 2（450℃分解）、MgO、Al2O3·3H2O（650℃分解）、γ-Al2O3、α-Al2O3， 从提高反应速率的角度出发，选择什么原料好。说明原因。 选择 MgCO3和 Al2O3·3H2O。同时在 650℃分解，同时生成初生态的氧化物， 反应活性大，能提高固相反应的速率。 第十三章 烧结 1. 为什么在烧结初期将颗粒之间的接触颈部作为主要矛盾来分析？ 烧结初期，颗粒没有明显变形，主要是形成接触颈部并长大的过程，接 触颈部半径的长大速率能较客观反映烧结速率。随着烧结的进行，各接触点 处开始形成颈部，并逐渐扩大，最后烧结成一个整体。由于各颈部所处的环 境和几何条件相同，故只需确定二个颗粒形成的颈部的成长速率就代表了整 个烧结初期的动力学关系。 2. 如何求烧结初期的烧结活化能？设计实验步骤。 根据烧结初期的动力学公式：x/r=Kt1/5=Aexp(-Q/RT)t1/5 两边取对数：lnx/r=-Q/RT+1/5lnt 分别在不同温度下，保温不同时间，测得一系列 x/r，代入上式，线性回归 拟合，求出烧结活化能 Q。 3. 致密化和晶粒生长是怎样相互影响的？ 致密化到一定程度时，晶粒才开始长大；晶粒的正常生长有利于致密化；晶

粒的异常生长不利于致密化。4.A1203陶瓷通过固相烧结而制成，分析其烧结时的传质机理。通常可采用外加剂来促进烧结，选择外加剂的原则是什么？为什么？烧结时扩散传质，A13+和02-的扩散来进行。选择外加剂，形成固溶体或增加晶格缺陷；形成液相，借助液相传质来提高烧结速率和致密化程度。5.欲制备高致密的细晶结构陶瓷材料，请提出工艺上可采用的措施并说明理论依据。根据D-D。=Kt，不要随便提高烧成温度；根据D°-Do=Kt，可考虑添加剂，增大晶界迁移阻力；粉体粒度细而均匀，防止产生二次再结晶的核心。6.某氧化物陶瓷通过扩散传质完成固相烧结，为了提高烧结速率但又要避免出现晶粒的异常生长，可采取哪些工艺措施？说明所采取措施的依据。粉体粒度细而均匀，防止产生二次再结晶的核心。根据D°-D=Kt，可考虑添加剂，增大晶界迁移阻力；适当保温，延长保温时间

粒的异常生长不利于致密化。 4. Al2O3陶瓷通过固相烧结而制成，分析其烧结时的传质机理。通常可 采用外加剂来促进烧结，选择外加剂的原则是什么？为什么？ 烧结时扩散传质，Al3+和 O2-的扩散来进行。选择外加剂，形成固溶体或 增加晶格缺陷；形成液相，借助液相传质来提高烧结速率和致密化程度。 5. 欲制备高致密的细晶结构陶瓷材料，请提出工艺上可采用的措施， 并说明理论依据。 根据 D 2 -DO 2 =Kt，不要随便提高烧成温度； 根据 D 3 -DO 3 =Kt，可考虑添加剂，增大晶界迁移阻力； 粉体粒度细而均匀，防止产生二次再结晶的核心。 6. 某氧化物陶瓷通过扩散传质完成固相烧结，为了提高烧结速率 但又要避免出现晶粒的异常生长，可采取哪些工艺措施？说明所采 取措施的依据。 粉体粒度细而均匀，防止产生二次再结晶的核心。 根据 D 3 -DO 3 =Kt，可考虑添加剂，增大晶界迁移阻力； 适当保温，延长保温时间

第十四章无机材料的制备1.硅酸盐水泥的制备原理如何？1）.干燥与脱水干燥即物料中自由水的蒸发，而脱水则是粘土矿物分解放出结晶水。粘土矿物一高岭土在500-600℃下失去结晶水，主要形成非晶质的偏高岭土，因此高岭土脱水后活性较高，其反应式为：A/203.2Si02.2H20→Al203.2SiO02+2H202）.碳酸盐分解生料中的碳酸钙在烧过程中发生分解放出二氧化碳，其反应式如下：CaCO3→CaO+CO2吸热反应3）固相反应在碳酸钙分解的同时，石灰质和粘土质组分间，通过质点的相互扩散，进行固相反应，过程如下：~800C：Ca0.Al2O3、CaO.Fe203、与2Ca0.SiO2（C2S）开始形成800~900℃：开始形成12Ca0.7Al203。900~1100℃：2Ca0.Al203.SiO2(C2AS)形成后又分解。开始形成3Ca0.Al203(C3A)和4Ca0.Al203.Fe2O3(C4AF)。1100~1200℃：大量形成C3A和C4AFC2S含量达到最大值。4）.液相和熟料的烧结通常水泥熟料在出现液相以前，硅酸三钙不会大量生成。到达最低共熔温度（约1250℃）后，开始出现液相。液相主要由氧化铁、氧化铝、氧化钙所组成，还会有氧化镁、碱等其它组分。在高温液相作用下，水泥熟料逐渐烧结，并伴随着体积收缩。同时，硅酸二钙与游离氧化钙都逐步溶解于液相中，以钙离子扩散与硅酸根离子、硅酸二钙反应，形成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙。反应式如下：C2S+CaO→（液相）C3S随着温度升高和时间的延长，液相量增加，液相粘度减少，氧化钙、硅酸二钙不断溶解、扩散，硅酸三钙晶核不断形成，并使小晶体逐渐发育长大，得到发育良好的阿利特晶体，完成熟料的烧结过程。5）.熟料的冷却熟料的冷却从烧结温度开始，同时进行液相的凝固与相变两个过程。平衡冷却、淬冷、独立析晶三个过程得到的矿物组成差别很大。烧良好和急冷的熟料保持细小并发育完整的阿利特晶体。2.玻璃熔制分为哪儿个阶段，各有何特点？将配合料经高温加热熔融成合乎成型要求的玻璃液的过程称为玻璃的熔制过程，它包括一系列的物理、化学、物理化学反应，常分为如下五个阶段：1）硅酸盐形成阶段。各组分在加热过程中经过了一系列的物理和化学变化，结束了主要反应过程，大部分气态产物逸散，配合料变成了由硅酸盐和SiO2组成的烧结物。对普通的钠钙硅玻璃而言，这一阶段在800~900℃终结

第十四章 无机材料的制备 1. 硅酸盐水泥的制备原理如何？ 1）.干燥与脱水 干燥即物料中自由水的蒸发，而脱水则是粘土矿物分解放出结晶水。 粘土矿物—高岭土在 500-600℃下失去结晶水，主要形成非晶质的偏高岭土， 因此高岭土脱水后活性较高，其反应式为： Al2O3.2SiO2.2H2O→Al2O3.2SiO2+2H2O 2）.碳酸盐分解 生料中的碳酸钙在煅烧过程中发生分解放出二氧化碳，其反应式如下： CaCO3→CaO+CO2 吸热反应 3）.固相反应 在碳酸钙分解的同时，石灰质和粘土质组分间，通过质点的相互扩散，进行 固相反应，过程如下： ~800℃：CaO.Al2O3、CaO.Fe2O3、与 2CaO.SiO2（C2S）开始形成 800~900℃：开始形成 12CaO.7Al2O3。 900~1100℃：2CaO.Al2O3.SiO2(C2AS)形成后又分解。开始形成 3CaO.Al2O3(C3A)和 4CaO.Al2O3.Fe2O3(C4AF)。 1100~1200℃：大量形成 C3A 和 C4AF,C2S 含量达到最大值。 4）.液相和熟料的烧结 通常水泥熟料在出现液相以前，硅酸三钙不会大量生成。到达最低共熔温度 （约 1250℃）后，开始出现液相。液相主要由氧化铁、氧化铝、氧化钙所组成， 还会有氧化镁、碱等其它组分。在高温液相作用下，水泥熟料逐渐烧结，并伴随 着体积收缩。同时，硅酸二钙与游离氧化钙都逐步溶解于液相中，以钙离子扩散 与硅酸根离子、硅酸二钙反应，形成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙。反应式如 下： C2S+CaO→（液相）C3S 随着温度升高和时间的延长，液相量增加，液相粘度减少，氧化钙、硅酸二钙不 断溶解、扩散，硅酸三钙晶核不断形成，并使小晶体逐渐发育长大，得到发育良 好的阿利特晶体，完成熟料的烧结过程。 5）.熟料的冷却 熟料的冷却从烧结温度开始，同时进行液相的凝固与相变两个过程。 平衡冷却、淬冷、独立析晶三个过程得到的矿物组成差别很大。煅烧良好和 急冷的熟料保持细小并发育完整的阿利特晶体。 2. 玻璃熔制分为哪几个阶段，各有何特点？ 将配合料经高温加热熔融成合乎成型要求的玻璃液的过程称为玻璃的熔制 过程，它包括一系列的物理、化学、物理化学反应，常分为如下五个阶段： 1）硅酸盐形成阶段。各组分在加热过程中经过了一系列的物理和化学变化， 结束了主要反应过程，大部分气态产物逸散，配合料变成了由硅酸盐和 SiO2 组 成的烧结物。对普通的钠钙硅玻璃而言，这一阶段在 800~900℃终结

2）玻璃形成阶段。烧结物继续加热，开始熔融，原先形成的硅酸盐与SiO2相互扩散与溶解，烧结物变成了透明体，再没有未起反应的配合料颗粒。但此时玻璃液带有大量的气泡、条纹，化学成分不均匀。对普通的钠钙硅玻璃，此阶段在1200℃左右结束。3）玻璃液的澄清阶段。继续加热时，玻璃液的粘度进一步降低，并放出玻璃液中的可见气泡，直到全部排除。对普通的钠钙硅玻璃，此阶段在1400~1500℃左右，粘度为100泊。4）玻璃液的均化阶段。当玻璃液长时间的处于高温下，其化学组成逐渐趋于均一，玻璃液中的条纹由于扩散、溶解而消除。对普通的钠钙硅玻璃，此阶段在低于澄清温度结束。5）玻璃液的冷却阶段。将已澄清和均化了的玻璃液降温，使玻璃液具有成型所需的粘度。3.陶瓷注浆坏料的要求有哪些？1）能保证泥浆在管道中无阻碍地输送至使用部位；2）含水量要尽量减少，以降低干燥收缩；3）泥浆要稳定，即不从泥浆中沉淀出任何组分；4）水分扩散到石膏模中的速度要大，即形成坏料层的过滤性能良好；5）形成的坏体要有足够的强度。4.不定形耐火材料结合剂的种类有哪些？如何选择？一）暂时结合剂1.水溶性结合剂：糊精、羧甲基纤维素、木质素磺酸类材料、聚乙烯乙醇等2.非水溶性结合剂：树脂、沥青等二）永久性结合剂水泥结合剂、硅酸盐结合剂、磷酸盐结合剂、氯化盐结合剂、硫酸盐结合剂、碳素结合剂。根据产品的工艺性能特点和使用要求具体选择

2）玻璃形成阶段。烧结物继续加热，开始熔融，原先形成的硅酸盐与 SiO2 相互扩散与溶解，烧结物变成了透明体，再没有未起反应的配合料颗粒。但此时 玻璃液带有大量的气泡、条纹，化学成分不均匀。对普通的钠钙硅玻璃，此阶段 在 1200℃左右结束。 3）玻璃液的澄清阶段。继续加热时，玻璃液的粘度进一步降低，并放出玻 璃液中的可见气泡，直到全部排除。对普通的钠钙硅玻璃，此阶段在 1400~1500℃ 左右，粘度为 100 泊。 4）玻璃液的均化阶段。当玻璃液长时间的处于高温下，其化学组成逐渐趋 于均一，玻璃液中的条纹由于扩散、溶解而消除。对普通的钠钙硅玻璃，此阶段 在低于澄清温度结束。 5）玻璃液的冷却阶段。将已澄清和均化了的玻璃液降温，使玻璃液具有成 型所需的粘度。 3. 陶瓷注浆坯料的要求有哪些？ 1）能保证泥浆在管道中无阻碍地输送至使用部位； 2）含水量要尽量减少，以降低干燥收缩； 3）泥浆要稳定，即不从泥浆中沉淀出任何组分； 4）水分扩散到石膏模中的速度要大，即形成坯料层的过滤性能良好； 5）形成的坯体要有足够的强度。 4.不定形耐火材料结合剂的种类有哪些？如何选择？ 一）暂时结合剂 1.水溶性结合剂：糊精、羧甲基纤维素、木质素磺酸类材料、聚乙烯乙醇等 2.非水溶性结合剂：树脂、沥青等 二）永久性结合剂 水泥结合剂、硅酸盐结合剂、磷酸盐结合剂、氯化盐结合剂、硫酸盐结合剂、碳 素结合剂。 根据产品的工艺性能特点和使用要求具体选择