高岭土的组成性质及应用
摘要：高岭土是一种天然矿物，在我国有丰富的储藏，现已探明地质储量约 30 亿吨，主要分布在粤、桂、赣、闽、苏等地区。其结构是由一层 Si-O 四面体和一层 Al-O 八面体通过氧原子的共享交错堆积而成，化学分子式为 Al2O3·2SiO2·2H2O。质纯的高岭土具有白度和亮度高,质软(硬度1~2.5),强吸水性,易于分散悬浮于水中,良好的可塑性和高的粘结性,优良的电绝缘性,良好的抗酸碱性,强离子吸附性和弱阳离子交换性质以及良好的烧结性和较高的耐火度(约1800℃)等性能,使其成为陶瓷生产的主要原料。洁白、柔软、高度分散性、吸附性及化学惰性,使其在造纸、橡胶、塑料等工业部门广泛应用。高岭土还广泛应用于耐火材料、石油化工、农业、国防尖端技术等领域,此外,高档化妆品粉料、洗涤剂助剂和污水净化剂的材料亦可由高岭土产品加工制备出来。本文主要介绍了高岭土的组成、性质及其应用并主要介绍高岭土在无机方向应用。
关键词：高岭土组成工艺特性应用
1 高岭土矿物的基本结构与分类
1.1 矿物基本结构
高岭土是具有岩石含义的名称，它是主要由高岭土类矿物组成的一种重要的粘土。高岭土是 1∶1 型层状八面体硅酸盐矿物，基本组成单元是硅氧四面体和铝氧八面体，硅氧四面体以共用顶角方式沿着平面二维方向结成呈六方排列的网格层，各个硅氧四面体未共用的尖顶氧皆朝向一边。硅氧四面体以共用边棱的方式沿着平面二维方向连结成层[1]。铝氧八面体中有 4 个氧原子被羟基取代，内外羟基比为 1∶3，属三斜晶系。高
岭土的结构式为
2SiO
2
·Al
2
O
3
·2H
2
O，理论化学组成为 46.54%的 SiO
2
，39.5%的 Al
2
O
3
和 13.96%的H
2
O。高岭土层间由氢键和范德华力连结在一起，单位构造高度为 0.713～0.715 nm，比表面积、孔隙率和吸附容量都不大，比表面积、孔隙率和吸附容量都不大，阳离子的交换容量只有 3～15 mmol（Z.100g）。
高岭土高岭土矿石
1.2 矿物的分类
高岭土的矿石类型可根据高岭土矿石的质地、可塑性和砂质的含量划分为硬质高岭土、软质高岭土和砂质高岭土三种类型：
硬质高岭土质硬，无可塑性，粉碎、细磨后具可塑性；
软质高岭土质软，可塑性一般较强，砂质含量小于50％：
砂质高岭土质松散，可塑性一般较弱，除砂后较强，砂质含量大于 50％。
2 高岭土工艺特性[2]
2.1 白度和亮度
白度是高岭土工艺性能的主要参数之一，纯度高的高岭土为白色。高岭土白度分自然白度和煅烧后的白度。对陶瓷原料来说，煅烧后的白度更为重要，煅烧白度越高则质量越好。陶瓷工艺规定烘干105℃为自然白度的分级标准，煅烧1300℃为煅烧白度的分级标准。白度可用白度计测定。白度计是测量对3800—7000 ?波长光的反射率的装置。
在白度计中，将待测样与标准样(如BaSO
4
、MgO等)的反射率进行对比，即白度值(如白度90即表示相当于标准样反射率的90%)。
亮度是与白度类似的工艺性质，相当于4570 ?波长光照射下的白度。
高岭土的颜色主要与其所含的金属氧化物或有机质有关。一般含Fe
2O
3
呈玫瑰红、褐黄
色；含Fe2+呈淡蓝、淡绿色；含MnO
2
呈淡褐色；含有机质则呈淡黄、灰、青、黑等色。这些杂质存在，降低了高岭土的自然白度，其中铁、钛矿物还会影响煅烧白度，使瓷器出现色斑或熔疤。
2.2 粒度分布
粒度分布是指天然高岭土中的颗粒，在给定的连续的不同粒级(以毫米或微米筛孔的网目表示)范围内所占的比例(以百分含量表示)。高岭土的粒度分布特征对矿石的可选性及工艺应用具有重要意义，其颗粒大小，对其可塑性、泥浆粘度、离子交换量、成型性能、干燥性能、烧成性能均有很大影响。高岭土矿都需要进行技术加工处理，是否易于加工到工艺所要求的细度，已成为评价矿石质量的标准之一。各工业部门对不同用途的高岭土都有具体的粒度和细度要求。如美国对用作涂料的高岭土要求小于2μm的含量占90—95%，造纸填料小于2μm的占78—80%。
2.3 可塑性
高岭土与水结合形成的泥料，在外力作用下能够变形，外力除去后，仍能保持这种形变的性质即为可塑性。可塑性是高岭土在陶瓷坯体中成型工艺的基础，也是主要的工艺技术指标。通常用可塑性指数和可塑性指标来表示可塑性的大小。可塑性指数是指高岭土泥料的液限含水率减去塑限含水率，以百分数表示，即W塑性指数=100(W液性限度-W塑性限度)。可塑性指标代表高岭土泥料的成型性能，用可塑仪直接测定泥球受压破碎时的荷重及变形大小可得，以kg·cm表示，往往可塑性指标越高，其成型性能越好。高岭土的可塑性可分为四级：（1）强可塑性>153.6；（2）中可塑性7—152.5—3.6；（3）弱可塑性1—7<2.5；（4）非可塑性<1。
2.4 结合性
结合性指高岭土与非塑性原料相结合形成可塑性泥团并具有一定干燥强度的性能。结合能力的测定，是在高岭土中加入标准石英砂(其质量组成0.25—0.15粒级占70%，0.15—0.09mm粒级占30%)。以其仍能保持可塑泥团时的最高含砂量及干燥后的抗折强度来判断其高低，掺入的砂越多，则说明这种高岭土结合能力就越强。通常凡可塑性强的高岭土结合能力也强。
2.5 粘性和触变性
粘性是指流体内部由于内摩擦作用而阻碍其相对流动的一种特征，以粘度来表示其大小(作用于1单位面积的内摩擦力)，单位是Pa·s。粘度的测定，一般采用旋转粘度计，以在含70%固含量的高岭土泥浆中的转速来衡量。在生产工艺中，粘度具有重要意义，它不仅是陶瓷工业的重要参数，对造纸工业影响也很大。据资料表明，国外用高岭土作涂料，在低速涂布时要求粘度约0.5Pa·s，高速涂布时要求小于1.5Pa·s。
触变性指已经稠化成凝胶状不再流动的泥浆受力后变为流体，静止后又逐渐稠化成原状的特性。以厚化系数表示其大小，采用流出粘度计和毛细管粘度计测定。粘性和触变性与泥浆中矿物成分，粒度及阳离子类型有关，一般，蒙脱石含量多的，颗粒细的，交换性阳离子以钠为主的，其粘度和厚化系数高。因此工艺上常用添加可塑性强的粘土、提高细度等方法提高其粘性和触变性，用增加稀释电解质和水分等方法降低之。
2.6 干燥性能
干燥性能指高岭土泥料在干燥过程中的性能。包括干燥收缩、干燥强度和干燥灵敏度等。干燥收缩指高岭土泥料在失水干燥后产生的收缩。高岭土泥料一般在40—60℃至多不超过110℃温度下就发生脱水而干燥，因水分排出，颗粒距离缩短，试样的长度和体积就要发生收缩。干燥收缩分线收缩和体收缩，以高岭土泥料干燥至恒重后长度及体积变化的百分数表示。高岭土的干燥线收缩一般在3—10%。粒度越细，比表面积越大，可塑性越好，干燥收缩越大。同一类型的高岭土，因掺合水的不同，其收缩也不同，多者，收缩大。在陶瓷工艺中，干燥收缩过大，坯体容易发生变形或开裂。干燥强度指泥为干燥至恒重后的抗折强度。干燥灵敏度指坯体干燥时，可能产生变形和开裂倾向的难易程度。灵敏度大，在干燥过程中容易变形和开裂。一般干燥灵敏度高的高岭土(干燥灵敏度系数K＞2)容易形成缺陷；低者(干燥灵敏度系数K＜1)在干燥中比较安全。
2.7 烧结性
烧结性是指将成型的固体粉状高岭土坯体加热至接近其熔点(一般超过1000℃)时，物质自发地充填粒间隙而致密化的性能。气孔率下降到最低值，密度达到最大值的状态，称为烧结状态，相应的温度称为烧结温度。继续加热时，试样中的液相不断增加，试样开始变形，此时温度即称转化温度。烧结温度与转化温度的间隔称烧结范围。烧结温度和烧结范围在陶瓷工业中是决定坯料配方、选择窑炉类型的重要参数。试料以烧结温度低、烧结范围宽(100—150℃)为宜，工艺上可以用掺配助熔原料及将不同类型的高岭土按比例掺配的方法控制烧结温度及烧结范围。
2.8 烧成收缩
烧成收缩性是指已干燥的高岭土坯料在烧成过程中，发生一系列物理化学变化(脱
水作用、分解作用、生成莫来石，易熔杂质熔化生成玻璃相充填于质点间的空隙等)，而导致制品收缩的性能，也分为线收缩和体收缩两种。同干燥收缩一样，烧成收缩太大，容易导致坯体开裂。另外，焙烧时，坯料中若混有大量的石英，它将发生晶型转化(三方→六方)，使其体积膨胀，也会产生反收缩。
2.9 耐火性
耐火性是指高岭土抵抗高温不致熔化的能力。在高温作业下发生软化并开始熔融时温度称耐火度。其可采用标准测温锥或高温显微直接测定，也可用M ．A ．别兹别洛道夫经验公式进行计算。耐火度t(℃)=[360+Al2O3-R2O]/0.228 式中：Al 2O 3为SiO 2和Al 2O 3分析结果之和为100时其中Al 2O 3所占的质量百分比；R 2O 为SiO 2和Al 2O 3分析结果之和
为100时其它氧化物所占的质量百分比。通过此公式计算耐火度的误差在50℃以内。 耐火度与高岭土的化学组成有关，纯的高岭土的耐火度一般在1700℃左右，当水云母、长石含量多，钾、钠、铁含量高时，耐火度降低，高岭土的耐火度最低不小于1500℃。工业部门规定耐火材料的R 2O 含量小于1.5—2%，Fe 2O 3小于3%。
2.10 悬浮性和分散性
悬浮性和分散性指高岭土分散于水中难于沉淀的性能。又称反絮凝性。一般粒度越细小，悬浮性就越好。用于搪瓷工业的高岭土要求有良好的悬浮性。一般据分散于水中的样品经一定时间的沉降速度来确定其悬浮性能的好坏。
2.11 可选性
可选性是指高岭土矿石经手工挑选，机械加工和化学处理，以除去有害杂质，使质量达到工业要求的性能。高岭土的可选性取决于有害杂质的矿物成分、赋存状态、颗粒大小等。石英、长石、云母、铁、钛矿物等均属有害杂质。高岭土选矿主要包括除砂、除铁、除硫等项目。
2.12 离子吸附性及交换性
高岭土具有从周围介质中吸附各种离子及杂质的性能，并且在溶液中具较弱的离子交换性质。这些性能的优劣主要取决于高岭土的主要矿物成分，不同类型高岭土的阳离子交换容量如下：
（1）高岭石为主2—5mg/100g ；（2）埃洛石为主13mg/100g ；（3）含有机质（球土）10—120mg/100g 。
2.13 化学稳定性
高岭土具有强的耐酸性能，但其耐碱性能差。利用这一性质可用它合成分子筛。
2.14 电绝缘性
优质高岭土具有良好的电绝缘性，利用这一性质可用之制作高频瓷、无线电瓷。电绝缘性能的高低可以用它的抗电击穿能力来衡量
3 高岭土的应用
高岭土的用途很广泛，在人工合成分子筛、造纸、橡胶、塑料、油漆、环境方面有应用，还用于生产白水泥、聚合铝,低铁和低硫的高岭土可在催化剂生产中应用。高岭土有亲水性,经常用疏水物质覆盖其颗粒表面。此外,还在化肥、农药、化妆品等方面应用。下面主要介绍高岭土在我们无机专业的的一些应用：
3.1 在陶瓷工业的应用
陶瓷工业是应用高岭土最早、用量较大的行业。一般用量为配方的20%-30%。高岭
土在陶瓷中的作用是引入Al
2O
3
,有利于莫来石的生成,提高其化学稳定性和烧结强度,在
烧成中高岭土分解生成莫来石,形成坯体强度的主要框架,可防止制品的变形,使烧成温度变宽,还能使坯体具有一定的白度。同时,高岭土具有一定的可塑性、粘结性、悬浮性和结合能力,赋予瓷泥、瓷釉良好的成形性,使陶瓷泥坯有利于车坯及注浆,便于成形。如用在电线中,可以增加绝缘性,降低其介电损耗。陶瓷不仅对高岭土的可塑性、结合性、干燥收缩、干燥强度、烧结收缩、烧结性质、耐火度及烧后白度等有严格要求,而且涉及到化学特性,特别是铁、钛、铜、铬、锰等致色元素的存在,使烧后白度降低,产生斑
点,因此要求Fe
2O
3
含量在0.6%-0.7%范围内,TiO2含量低于0.5%,否则半透明度降低。碱
元素的存在会改变空隙度,要求(CaO+MgO)<2%、钾含量小于1.5%。硫酐(SO3)的存在使陶瓷产品产生起泡、溶洞及开裂等缺陷,以<1%为宜。烧失量要求<15%。对高岭土的粒度要求一般是越细越好,使瓷泥具有良好的可塑性和干燥强度,但对要求快速浇铸、加快注浆速度和脱水速度的浇铸工艺,需提高配料的粒度。此外,高岭土中高岭石结晶程度的差异,也将明显影响瓷坯的工艺性能,结晶程度好,则可塑性、结合能力就低,干燥收缩小,烧结温度高,其杂质含量也减少;反之,则其可塑性就高,干燥收缩大,烧结温度较低,相应杂质含量也偏高[3]。
3.2 高岭土在耐火材料工业中的应用
高岭土具有高的耐火度,常用来生产耐火材料。其制品具有抵抗高温,并在高温下承受负荷而不变形的能力。以高岭石为主要成分的高岭土,以及膨润土和铝土矿等,据其耐高温的用途,统称为耐火粘土。我国把耐火度大于1580℃的粘土,耐火度大于1770℃的铝土矿,通称为耐火粘土。前者分为硬质粘土、软质粘土、半软质粘土,后者称高铝粘土。某些带色的高岭土,不能用于陶瓷和造纸,却是耐火材料的好原料。因此,耐火材料是综
合应用高岭土的重要市场。高岭土用作耐火材料制品主要有两类:耐火砖、硅铝棉。前者是耐火度不低于1730℃,2×105Pa荷重软化开始温度不低于1350℃,重烧线收缩率小于0.5%(1400℃,2h),可据需要制成各种尺寸与形状的耐火砖。后者是一种轻质耐火保温材料,其制造方法是采用高岭土,经1000-1100℃焙烧,再用2000℃电弧炉将矿石熔融,在高速气流下吹制成棉。耐火材料对高岭土的质量要求不是十分严格,但高岭土中Al2O3和SiO2含量的比值变化直接影响耐火度的变化。在优质高岭土中Al2O3/SiO2的值一般
在0.7-0.8之间或稍高。纯高岭土中Al
2O
3
/SiO
2
比值为0.85,该比值大于0.85时,有富
铝矿物存在,会提高耐火度。而小于0.7时,高岭土含量低,有石英存在,会降低耐火度。
另外,高岭土中Fe
2O
3
、TiO
2
、K
2
O的含量高都会降低耐火度,具有一定的危害性[4]。
3.3 高岭土用于制造池窑玻璃纤维
含铁低的高岭土用于玻璃纤维制造业,主要作用是提供铝和硅的来源,还能使其光泽黯淡。刚刚崛起的高新技术———池窑玻璃纤维的生产,又为高岭土开辟了新的应用领域。池窑玻璃纤维拉丝技术含量较高,对玻璃纤维成型而言,要求达到准光学水平。其工艺流程可表示为:合格原矿→选矿→配矿→除铁→破碎→混匀→磨矿→除铁→配矿→均化→包装。影响池窑玻纤拉丝的首要因素,是高岭石均化微粉的质量及其稳定性,无碱池窑玻纤对高岭石均化微粉,有苛刻的质量要求。首先是化学成分的要求:Al2O3控制在规定值的±0.5%内波动;SiO
2
控制在规定值的±0.8%范围内。其次是矿物类别组成优化、粒度组成、水分、化学需氧量、有害杂质和微量元素的要求。矿物类型优化配比可大幅度提高玻璃熔液质量;高岭石均化微粉粒度大小与熔制反应速度的平方成正比,粒度组成要窄,+325目不允许存在或微量存在;水分大于0.5%就不能使用;有害杂质和有害矿物
成分的控制,包括对Fe
2O
3
、TiO
2
、K
2
O、Na
2
O、S、C及蓝晶石、红柱石、刚玉、水铝石等
的控制[5]。
3.4 高岭土微晶玻璃装饰板材
以高岭土为主要原料、硅灰石为主晶相的微晶玻璃生产的装饰板材,采用熔结晶化成型工艺。该方法成本低,产品色泽、花纹、外观效果理想,其表面在具有天然石材花纹的基础上,还具有多彩的色调图案,在外观及价格上有极大的竞争力[6]。
3.5 水泥基材料中的应用
高岭土经过脱水后,转变成为具有高火山灰活性的偏高岭土。偏高岭土通过碱激活制备的土聚水泥和直接作为混凝土矿物掺合料,使混凝土的工作性、强度和耐久性等均有明显的改善,同时对高性能混凝土普遍存在的自收缩现象也有较好的抑制作用[7]。高岭土水泥基材料其广阔的应用领域和优异的性能,必将有一个迷人的应用前景,但这方面的研究工作在国内尚属起步阶段,但随着这种材料的发展对我国的经济建设和社会发
展将会产生深远的影响。
4结语
我国是世界上最早利用高岭土资源的国家,目前,全国共拥有县级以上的高岭土企业100多家,原矿生产能力超过3 000 kt,选矿能力700 kt,主要的生产省份有江苏、福建、广东、广西、湖南、江西、浙江。我国高岭土公司的机选能力超过50 kt,而超过10 kt矿山企业也有30多家。并且自80年代以来,高岭土产品由初级加工向精加工、由单一产品向新科技产品也有了进一步的发展[8]。
随着科学技术的进一步发展,精选加工工艺技术设备的研制成功,万t级煅烧超细高岭土生产企业已有20多家,年生产能力约150 kt,加上厂矿点直接出售的原矿可达300 kt左右。而且国内高岭土消费领域十分广阔,涉及到陶瓷、电子、造纸、橡胶、石油化工、光学玻璃、化纤、建筑材料、化肥及耐火材料等行业。为了分离高岭土中的石英、长石、云母等非黏土矿物,生产出能满足各应用领域需求的产品,重选、浮选等选矿方法及改善高岭土质量的加工方法,都已应用。我国高岭土行业采用的漂白、剥片、煅烧和离心技术,使高岭土的白度和粒度指标已达到国际水平。
而当今非金属矿最重要的深加工技术之一的表面改性,其产品也在塑料、橡胶、胶粘剂等高分子材料、高聚合物基复合材料、功能材料以及造纸、涂料等工业添料中广泛使用。因此,对高岭土的进一步加工是深入研究的方向，对我们专业而言高岭土在水泥基材料方向的研究是一个不错的发展方向。
参考文献
[1]Mahir Alkan，Cigden Hopa，Zurriye Yilmaz，et al. The effect of alkali concentration and solid/liquid ratio on the hydrothermal synthesis of zeolite NaA from natural kaolinite[J]. Microporous and Mesoporous Materials，2005，86：176-184.
[2] 张锡秋,胡立勋,等.高岭土[M].北京:轻工业出版社,1988.103-133.
[3]张锡秋,胡立勋,等.高岭土[M].北京:轻工业出版社,1988.103-133.
[4]刘长龄.论我国耐火材料用结合粘土的发展[J].地质找矿论丛,1995,(12):87-96.
[5]陈雄祝,林希焦.高岭石在池窑玻纤中的应用研究[J].非金属矿,2003,(3):15-16.
[6] 韩秀山.我国高岭土应用现状·《矿产保护与利用》, 2004(6): 29.
[7] 施惠生,袁玲.高岭土应用研究的新进展·《中国非金属矿工业导刊》, 2002 ,(6): 11-14.
[8] 吴铁轮.我国高岭土行业现状及发展前景·《非金属矿》,2003 (3): 5-7.
我国高岭土市场现状及展望
我国高岭土市场现状及展望 我国高岭土市场现状及展望 (粘土矿物专委会,苏州215151) 摘要:我国高岭土的消费市场包括建筑卫生陶瓷,造纸,高分子材料,涂料,电瓷等 工业领域.到2005年,上述各行业对高岭土的需求量分别为125万t,65万t,5万t,10万t,1.8～2万t,其中造纸用高岭土尚需进口20万t. 关键词:高岭土;市场;现状;展望 高岭土矿床分为五种,即热液蚀变型,风化残余型,风化淋积型,河湖海湾沉积型和含 煤建造沉积型.自然产出的非煤系高岭土,按其质量,可塑性和砂质的含量,可划分为硬质, 软质和砂性高岭土三种工业类型.这些类型在我国均有分布. 1 资源 1.1 非煤建造高岭土 我国非煤建造高岭土,资源储量居世界第五位.截止2000年底,对21个省市219处产地统计,已探明储量14.68亿t,其中A+B+C 3.41亿t,占世界储量7%,2001年新增基础储量0.03亿t.矿点主要集中分布在广东,陕西,福建,江西,湖南和江苏,六省储量为12.41亿t,占全 国总储量的84.55%;大型矿山26处,占总探明储量的80%以上(表1). 表1 我国非煤建造高岭土主要产出省储量统计 省份广东陕西福建江西湖南江苏 矿区/处17 6 36 31 24 10 储量/亿t 4.40 3.83 1.6 1.09 0.91 0.58 全国总量占有率/% 30 26.09 10.89 7.4 6.21 3.96 1.2 含煤建造高岭土(煤系高岭土) 含煤建造沉积型的煤系高岭土是我国独具特色的资源,储量占世界首位,探明远景储量 及推算储量180.5亿t,主要分布在东北,西北和石炭-二叠纪煤系中,以煤层中夹矸,顶底板 或单独形成矿层独立存在,如山西大同,怀仁,朔州,内蒙古准格尔,乌达,安徽淮北,陕 西韩城等地.对48处矿区统计,探明储量为14.42亿t,其中以内蒙古准格尔煤田的资源最多, 达8.1亿t(表2). 表2 我国含煤建造高岭土主要产出省区储量统计 省份内蒙古山西河南陕西安微 矿区/处4 7 2 2 3 储量/亿t 8.27 3.40 2.03 1.16 0.50 2 生产 2.1 国际 世界高岭土主要集中产地为美国,英国,巴西,捷克等国,近年来产量稳定在4000万t左 右,2000年产量为3900万t.其中(万t):美国,887;英国,年干粉242;巴西,170;伊朗(陶 瓷级),90;捷克,原矿518,精矿105;韩国,67;德国,70;墨西哥,45;西班牙,40;土 耳其,40;世界总量,3900. 2.2 中国 中国高岭土生产企业有700多家,年原矿生产能力超过550万t,选矿能力180万t.现有苏 州中国高岭土公司(以水洗深加工土为主,综合生产煅烧,超细多品种精制高岭土),龙岩高 岭土有限公司(以生产精制陶瓷土为主)以及茂名高岭科技有限公司(以生产造纸涂料级高岭土为主)的三大生产基地,另有内蒙古蒙西高岭粉体股份有限公司,山西金洋,安徽金岩三个
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《材料结构与性能》习题 第一章 1、一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受的轴向拉力4500N。如直径拉细成2.4mm，问： 1)设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，求拉伸后的长度； 2)在此拉力下的真应力和真应变； 3)在此拉力下的名义应力和名义应变。 比较以上计算结果并讨论之。 2、举一晶系，存在S14。 3、求图1.27所示一均一材料试样上的A点处的应力场和应变场。 4、一瓷含体积百分比为95%的Al2O3（E=380GPa）和5%的玻璃相（E=84GPa），计算上限及下限弹性模量。如该瓷含有5%的气孔，估算其上限及下限弹性模量。 5、画两个曲线图，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的关系。并注出：t=0,t=∞以及t=τε（或τσ）时的纵坐标。
6、一Al2O3晶体圆柱（图1.28），直径3mm，受轴向拉力F ，如临界抗剪强度τc=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。同时计算在滑移面上的法向应力。 第二章 1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm；弹性模量值从60到75GPa。 2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；γ=1.56J/m2；理论强度。如材料中存在最大长度为的裂，且此裂垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。 3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式：
与 是一回事。 4、一瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图2.41所示。如果E=380GPa，μ=0.24，求KⅠc值，设极限载荷达50㎏。计算此材料的断裂表面能。 5、一钢板受有长向拉应力350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8mm（=2c）。此钢材的屈服强度为1400MPa，计算塑性区尺寸r0及其与裂缝半长c的比值。讨论用此试件来求KⅠc值的可能性。 6、一瓷零件上有以垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：①2mm；② 0.049mm；③2μm，分别求上述三种情况下的临界应力。设此材料的断裂韧性为 1.62 MPa·m2。讨论诸结果。
材料结构与性能试题及详细答案
一、名词解释（分） 原子半径，电负性，相变增韧、气团 原子半径：按照量子力学地观点，电子在核外运动没有固定地轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定地半径.根据原子间作用力地不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径.通常把统和双原子分子中相邻两原子地核间距地一半，即共价键键长地一半，称作该原子地共价半径（）；金属单质晶体中相邻原子核间距地一半称为金属半径（）；范德瓦尔斯半径（）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引地两相邻原子核间距地一半，如稀有气体.资料个人收集整理，勿做商业用途 电负性：等人精确理论定义电负性为化学势地负值，是体系外势场不变地条件下电子地总能量对总电子数地变化率.资料个人收集整理，勿做商业用途 相变增韧：相变增韧是由含地陶瓷通过应力诱发四方相（相）向单斜相（相）转变而引起地韧性增加.当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成地较大应力场将会诱发其周围亚稳向稳定转变，这种转变为马氏体转变，将产生近地体积膨胀和地剪切应变，对裂纹周围地基体产生压应力，阻碍裂纹扩展.而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性.资料个人收集整理，勿做商业用途 气团：晶体中地扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用地结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别.这种不均匀分布地溶质原子具有阻碍位错运动地作用，也成为气团.资料个人收集整理，勿做商业用途 二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用.（分） 答：从交互做作用地性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类.弹性交互作用：位错与溶质原子地交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起地弹性畸变与位错间地弹性交互作用.形成气团，甚至气团对晶体起到强化作用.弹性交互作用地另一种情况是溶质原子核基体地弹性模量不同而产生地交互作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 化学交互作用：基体晶体中地扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用地结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别，具有阻碍位错运动地作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 静电交互作用：晶体中地位错使其周围原子偏离平衡位置，晶格体积发生弹性畸变，晶格畸变将导致自由电子地费米能改变，对于刃型位错来讲，滑移面上下部分晶格畸变量相反，导致滑移面两侧部分地费米能不相等，导致位错周围电子需重新分布，以抵消这种不平衡，从而形成电偶极，位错线如同一条电偶极线，在它周围存在附加电场，可与溶质原子发生静电交互作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 三、简述点缺陷地特点和种类，与合金地性能有什么关系（分） 答：点缺陷对晶体结构地干扰作用仅波及几个原子间距范围地缺陷.它地尺寸在所有方向上均很小.其中最基本地点缺陷是点阵空位和间隙原子.此外，还有杂质原子、离子晶体中地非化学计量缺陷和半导体材料中地电子缺陷等.资料个人收集整理，勿做商业用途 在较低温度下，点缺陷密度越大，对合金电阻率影响越大.另外，点缺陷与合金力学性能之间地关系主要表现为间隙原子地固溶强化作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 四、简述板条马氏体组织地组织形态、组织构成与强度与韧性地关系.（分） 答：板条马氏体地组织形态主要出现在低碳钢中，由许多成条排列地马氏体板条组成，大致平行地马氏体条组成地领域为板条束.每个晶粒内一般有个板条束，束地尺寸约为μ.一个马氏体板条束又由若干个板条组成，这些板条具有相同地惯习面，位向差很小，而板条束之间
历年(0411)中考化学试题汇编 2.1 由多种物质组成的空气(无答案) 沪教版
1(2004无锡04)下列物质属于纯净物的是 A．煤 B．乙醇 C．蔗糖溶液 D．液化石油气 2（2004无锡37）37．某研究性学习小组设计了如下图所示的装置，探究空气中氧气的体积分数，其中A 是底面积为50cm2、高20 cm的圆筒状玻璃容器(带密封盖)，上面标有以cm为单 位的刻度，B是带刻度的敞口玻璃管(其他辅助装置略)。他们的操作过程如下： a．检查装置的气密性； b．加入水并调整B的高度，使A中的液面至刻度15 cm处； c．将过量的铜粉平铺在惰性电热板上，盖紧密封盖。 d．通电加热铜粉，待充分反应后，冷却到原来的状况，调整B的高度使容器A、 B中的液面保持水平，记录液面刻度。(注：A容器内固态物质所占的体积忽略不计) (1)在操作a中检查装置气密性的方法是。 (2)在上述实验中，下列物质不能代替铜粉的是 (填字母)。 A．红磷 B．木炭 C．铁粉 (3)在操作d结束时，装置A中液面的刻度约为 cm(填整数)。如果在操作d结束时，装置A中液面刻度在11cm处，则实验结果比理论值 (填“偏大”或“偏小”)。 (4)该小组中有同学提出，用木炭代替铜粉也能测定空气中氧气的体积分数，只要将水换成一种溶液，则该溶液是，其原因是(用化学方程式表示) 。 3(2004徐州09) 同学们观察了右图所示的实验后，通过认真思考和积极讨论，得 出了如下结论，你认为其中不合理的是 A．空气中含有能支持红磷燃烧的物质 B．红磷燃烧时产生白烟，说明生成了固体小颗粒 C．红磷燃烧后，钟罩内的物质都不溶于水 D．这个实验还不能证明空气是由哪些物质组成的 4(2004徐州13) 镁带在耐高温的密闭容器(内含空气)内加热，容器内有关的量随时间变化的图像正确的是 5(2004苏州03)下列物质中属于纯净物的是( )。 (A)波尔多液 (B)水银 (C)生理盐水 (D)石油 6(2004南通03)2004年人类对火星的探索取得了重大突破，下图是火星大 CO2 N2 等
驷马山分洪道膨胀土特性及其滑坡治理
驷马山分洪道膨胀土特性及其滑坡治理 吴彩虹 (安徽省水利水电勘测设计院,安徽蚌埠 233000) 摘要:本文以安徽省滁河驷马山分洪道膨胀土为研究对象,对分洪道不同河段的膨胀土边坡进行取样,开展了膨胀土在不同工况条件下的物理力学试验。通过室内试验和现场监测,获得了膨胀土膨缩变形与土体抗剪强度变化等特征参数。经过对分洪道边坡滑动形成机理和变化规律的调查和分析,提出了膨胀土边坡稳定计算中强度取值的建议和边坡滑动的治理措施,为分洪道扩大工程及其同类工程设计提供了地质依据。 关键词:膨胀土;胀缩变形;边坡稳定;浅层滑动 中图分类号: P64213+ 9;TU443 文献标识码: B Properties of the expansi ve soil along Si m ashan fl ood -diversion channel and the landsli de correction W u Ca i h ong (A nhui Survey and D es i gn Instit u te of W a ter Conservancy &H ydrop o w er,Bengbu 233000,Ch i na) Abstract :The m echan ica l pr operties of t h e expansive so il sa m pled fro m d ifferent slopes along Si m ashan fl o od-diversion channe l of Chu R i v er are studied under differentw orking cond itions .Based on the results o f t h e i n door experi m en ts and the field m on itori n g ,the corresponding para m eters for the s w elli n g and shrinking defor m ation and the shear strength of the so il are obtained.The m echanis m for slope sliding is discussed and t h e correspond i n g m easures to con tro l the landsli d e are a lso suggested ,w hich pr ov i d e the geo l o g ica lbasis for t h e project and o ther si m ilar projects .Key w ords :expansi v e so i;l s w elli n g and shrinking defor m ati o n ;slope stab ility ;sha ll o w sli d i n g 收稿日期: 2009-03-20;修订日期: 2009-07-29 作者简介:吴彩虹(1975-),男(汉族),安徽巢湖人, 大学本科,高级工程师. 1 工程概况 驷马山分洪道是一条跨苏、皖两省的人工开挖河道,位于滁河南岸,上起滁河干流右岸和县的金银浆,向东南穿过驷马山切岭,经石桥镇、乌江镇,至驻马河口汇入长江,河道全长2714km 。分洪道于1969年底开工建设,1971年竣工通水,是当地农业灌溉、滁河分洪和航运的一条重要水道。 分洪道自1974年至2008年间先后发生大的滑坡8次,小的滑坡30多次,上述滑坡并不都发生在边坡较陡的切岭段,有一些是在1B 5或更平缓边坡上出现。2008年汛期滁河发生大洪水,给沿河两岸造成巨大的经济损失,严重威胁了南京市的防洪安全。分洪道右岸扩挖,将分洪道分洪流量由目前的500m 3 /s 扩大到1000m 3 /s 的设计方案已获国家发改委的批准,工程即将进入实施阶段。如何解决膨胀土地区边坡稳定问题成为该工程的重要课题。 2 膨胀土的矿物成分与化学成分 膨胀土是一种含有大量亲水性矿物,湿度变化时有较大体积变化,变形受约束时产生较大内应力的特殊土。为了解本地区膨胀土的矿物成分,我们对这一地区进行分区取样,对试样进行X 射线衍射与电镜扫描试验。 试验结果表明:测区内土样的矿物成分差别不大,主要由碎屑矿物和粘土矿物组成。碎屑矿物中石英占18%~28%,钠长石占8%~10%,钾长石占2%~6%;粘土矿物中蒙脱石占31%~36%,伊利石占18%~28%,高岭土占6%~13%,各类 矿物成分统计情况见图1。 测区土样的主要化学成分是S i O 2、A l 2O 3和
材料性能期中答案
1、What is the definition for Materials Properties （MP ）?How do we classify materials properties?And please list some classification for MP.(材料特性（MP ）的定义是什么？我们如何分类材料特性，请列出一些MP 的分类。) 答：MP ：Materials ’Response to External Stimulus. 材料性能：材料在给定的外界条件下的行为。 怎样分类：根据材料对外界刺激做出的响应的类型进行分类。 分类：复杂性能（使用性能，工艺性能，复合性能） 化学性能（抗渗入性，耐腐蚀性等） 力学性能（刚度强度韧性等） 物理性能（热学光学磁学电学性能） 2. What is the core relationship between materials science and engineering? In order to obtain desired materials properties, what should we consider first to do with the materials? （材料科学与工程的核心是什么关系？为了获得所需的材料性能，我们应该首先考虑的材料的什么？） 答：材料科学与工程学的核心关系是性能（课件上面那个三角形的图） 为了提高对于材料性能的期望，我们首先要研究材料的结构与性能的关系，即研究材料学。 3. What is the most determinant for Materials mechanical properties? Why?（材料力学性能的决定因素是什么？为什么呢？） 答：材料的力学性能主要指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能，影响材料力学性能的最重要的因素是材料的结构。这些结构包括：subatomic-atomic-molecular-nano-micro-macro.由于材料的结构决定了材料的屈服强度，塑性韧性，刚度等性质，所以材料的结构对材料的力学性能影响最大。 4. what is strength of materials? Please try to identify the difference yield strength ,tensile strength ,fatigue strength and theoretical fracture strength? （材料的强度是什么？请尝试找出屈服强度，拉伸强度，疲劳强度和理论断裂强度的差异？）(中文ppt) 材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力就是材料的强度。 屈服强度代表材料开始产生明显塑性变形的抗力 疲劳强度是材料在承受大小和方向同时间做周期性变化的交变应力时，往往在远小于强度极限甚至小于屈服极限的应力作用下就发生断裂。 理论断裂强度是无缺陷材料的理论预测值， 其中E 为杨氏模量，为解理面的表面能，a 为材料内部原子间的距离 5.Please describe yielding phenomena for materials, and its practical/engineering meaning. As long as there are no yielding phenomena for some materials, how do we determine the yield strength? （请描述为材料的屈服现象(书上p16)，其实际/工程意义。有一些材料没有屈服现象，我们如何确定的屈服强度？） 屈服现象是材料开始产生明显塑性变形的标志，对应图中bd 段， 2 1)(a E c s γσ≈
高岭土和膨胀土特性
高岭土与膨胀土特性 一、高岭土： 质纯的高岭土具有白度高、质软、易分散悬浮于水中、良好的可塑性和高的粘结性、优良的电绝缘性能；具有良好的抗酸溶性、很低的阳离子交换量、较好的耐火性等理化性质。因此高岭土已成为造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防等几十个行业所必需的矿物原料。高岭土在造纸工业的应用十分广泛。主要有两个领域，一个是在造纸(或称抄纸)过程中使用的填料，另一个是在表面涂布过程中使用的颜料。 1. 化学式 Al2O3-2SiO2-2H2O 2．粒度分布 粒度分布是指天然高岭土中的颗粒，在给定的连续的不同粒级(以毫米或微米筛孔的网目表示)范围内所占的比例(以百分含量表示)。高岭土的粒度分布特征对矿石的可选性及工艺应用具有重要意义，其颗粒大小，对其可塑性、泥浆粘度、离子交换量、成型性能、干燥性能、烧成性能均有很大影响。高岭土矿都需要进行技术加工处理，是否易于加工到工艺所要求的细度，已成为评价矿石质量的标准之一。各工业部门对不同用途的高岭土都有具体的粒度和细度要求。如美国对用作涂料的高岭土要求小于2μm的含量占90—95%，造纸填料小于2μm的占78—80%。 3．可塑性 高岭土与水结合形成的泥料，在外力作用下能够变形，外力除去后，仍能保持这种形变的性质即为可塑性。可塑性是高岭土在陶瓷坯体中成型工艺的基础，也是主要的工艺技术指标。通常用可塑性指数和可塑性指标来表示可塑性的大小。可塑性指数是指高岭土泥料的液限含水率减去塑限含水率，以百分数表示，即W塑性指数=100(W液性限度-W塑性限度)。可塑性指标代表高岭土泥料的成型性能，用可塑仪直接测定泥球受压破碎时的荷重及变形大小可得，以kg·cm表示，往往可塑性指标越高，其成型性能越好。高岭土的可塑性可分为四级。 可塑性强度可塑性指数可塑性指标 强可塑性>153.6 中可塑性7—152.5—3.6 弱可塑性1—7<2.5 非可塑性<1 4．结合性 结合性指高岭土与非塑性原料相结合形成可塑性泥团并具有一定干燥强度的性能。结合能力的测定，是在高岭土中加入标准石英砂(其质量组成0.25—0.15粒级占70%，0.15—0.09mm粒级占30%)。以其仍能保持可塑泥团时的最高含砂量及干燥后的抗折强度来判断其高低，掺入的砂越多，则说明这种高岭土结合能力就越强。通常凡可塑性强的高岭土结合能力也强。 5．粘性和触变性 粘性是指流体内部由于内摩擦作用而阻碍其相对流动的一种特征，以粘度来表示其大小(作用于1单位面积的内摩擦力)，单位是Pa·s。粘度的测定，一般采用旋转粘度计，以在含70%固含量的高岭土泥浆中的转速来衡量。在生产工艺中，粘度具有重要意义，它不仅是陶瓷工业的重要参数，对造纸工业影响也很大。据资料表明，国外用高岭土作涂料，在低速涂布时要求粘度约0.5Pa·s，高速涂布时要求小于1.5Pa·s。
人教高中生物必修三4.3《群落的结构》知识点总结
1 / 7 第4章 第3节《群落的结构》 一、群落的概念 1.概念：一定区域内，所有的种群（或所有的生物）（准确记忆） 2.正确理解群落的概念：（理解） ①“同一时间”：随时间迁移，群落内种群的种类和数量会发生改变 ②“一定区域”：群落有一定的分布范围 ③“各种生物”：包括这个区域内的各种植物、动物和微生物 ④“集合”：群落不是生物的简单聚集，而是通过生物间的相互影响、相互制约而形成的有机整体 3.一定区域内：同种生物个体??→ ?全部种群???→?所有种群 群落 4.种群和群落的比较
二、群落的物种组成 1.群落的物种组成是区别不同群落的重要特征 2．丰富度 ①概念：群落中物种数目的多少 ②地位：丰富度是群落的首要特征 ③不同群落的物种丰富度不同，一般来说，环境条件越优越，群落发育时间越长，物种越多，群 落结构也越复杂 三、种间关系 2 / 7
相互依存， 减少，呈现“ 一种生物以另一种生物为食， 减少，后增加者后减少” 数量上呈现出 ①两种生物生存能力不同，最终 败，如图 ②两种生物生存能力相近， 随环境等外界因素发生周期性变化，如图 对寄生种群有利，对寄主种群有害。 【规律总结】 1.几种种间关系曲线的判断 (1)同步性变化(同生共死)——互利共生 (2)不同步变化(此消彼长)——捕食 (3)看起点，有共同的空间或食物；最终结果，一种数量增加，另一种下降甚至为0——竞争2. 关于捕食坐标曲线中捕食者与被捕食者的判定 a．从最高点判断，捕食者数量少，被捕食者数量多； b．从变化趋势看，先到波峰的为被捕食者，后达到波峰的为捕食者，即被捕食者变化在先，捕食者变化在后． 3 / 7
膨胀土路基施工有关研究
《铁道工程学报》2004年04期 浅谈膨胀土路基施工 孙继伟,王军 膨胀土具有吸水膨胀软化,失水收缩开裂及反复变化的特点,易形成路基病害。路堤在降雨后沉降、变形较大和边坡坍肩、路肩开裂以及造成发生路堑堑坡冲蚀、剥蚀、溜坍及滑坡等现象。结合西安～南京铁路施工实践,本文从确定施工 参数入手,着重阐述了控制膨胀土路基病害的施工方法。 【作者单位】：华铁工程咨询公司北京100037 (孙继伟);华铁工程咨询公司北京100037(王军) 【关键词】：膨胀土;施工参数;控制病害;施工方法 【分类号】：U213.1 隧道建设>> 2006年26卷2期>> 摘要 膨胀土路基施工技术 堤（堑），膨胀土浸水路堤、水塘路堤（堑）、软土路堤等。主要介绍该标段膨胀土水塘路堤、 软土路堤基底处理技术和膨胀土路堤（堑）的施工及边坡、基床防护技术。(共4页) 膨胀土路基施工工艺 王佃军 膨胀土是一种除具有一般粘性土所共有的物理、化学性质外，主要是由亲水性粘土矿物成份 —蒙脱石、伊利石和高岭土所组成，同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂的变形特征。 根据膨胀土的物理、化学特性，膨胀土分强膨胀土、中等膨胀土和弱膨胀土三类。 类别工程地质特征粘土矿物成分粘粒含量% 液限WL% 塑限WP% 自由膨胀率% 胀缩 总率% 强膨胀土灰白色，灰绿色，粘土细腻、滑感特强，网状裂隙发育，有蜡面，易风化，呈细
状。蒙脱石为主＞50 ＞48 ＞25 ＞90 ＞4 中等膨胀土以棕、红、灰色为主，粘土中含少量粉砂，滑感较强，裂隙较发育，易风化，呈碎粒状，含钙质结核。蒙脱石伊利石35-50 40-48 18-25 65-90 2-4 弱膨胀土黄褐色为主，粘土中含较多粉砂，有滑感，裂隙发育，易风化，呈碎粒状，含较多钙质或铁锰结核伊利石 高岭石 蒙脱石＜35 ＜40 ＜8 40-65 0.7-2.0 很显然，强膨胀土的土质特性最差，中等膨胀土次之，弱膨胀土较好一点。 我国是一个强膨胀土区域分布较广的一个国家，随着我国国民经济的高速发展，我国的公路建设进入了以高速公路为标志的快速发展阶段，为减少资源的浪费和人为地破坏生态环境，在我国高速公路的施工建设中根据施工环境采用就地取土的原则。根据膨胀土的特性及高速公路建设的需要，强膨胀土不能够作为路基填料，中、弱膨胀土必须经改性后方可作为路基填料使用，现结合本工程路基中、弱膨胀土改性施工工艺以供探讨和商榷。 一、原材料要求 石灰：必须具有三级及三级以上要求，并做好每批次的等级抽查工作及施工现场堆放工作。土料：在取土坑应清除表层有机土层，对有机质含量超过5%的土和强膨胀土不能作为路基填料。 二、施工工艺 1、根据膨胀土的本身特性，在进行膨胀土路基施工时应尽可能地避开雨季施工，对因工期要求不可能避免时必须采取有效措施。 2、根据地形特点做好路基施工前的清表，碾压和原地翻松处理工作，挖排截水沟，增大路基表面横坡。 3、根据土场料源做好取土坑击实，试验绘制石灰剂量标准曲线，因料源不同土的最佳含水量和最大干密度存在较大差异。不同的取土坑对应不同的击实标准。因膨胀土的特殊性宁淮高速公路施工时结合现场碾压情况，在膨胀土改性路基施工中在90区、93区采用“干法”标
高岭土市场调研报告正式版
For the things that have been done in a certain period, the general inspection of the system is also a specific general analysis to find out the shortcomings and deficiencies 高岭土市场调研报告正式 版
高岭土市场调研报告正式版 下载提示：此报告资料适用于某一时期已经做过的事情，进行一次全面系统的总检查、总评价，同时 也是一次具体的总分析、总研究,找出成绩、缺点和不足，并找出可提升点和教训记录成文，为以后遇到同类事项提供借鉴的经验。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 报告摘要:高岭土主要由小于2μｍ的微小片状、管状、叠片状等高岭石簇矿物(高岭石、地开石、珍珠石、埃洛石等)组成,其主要矿物成分是高岭石和多水高岭石,除高岭石簇矿物外,还有蒙脱石、伊利石、叶蜡石、石英和长石等其它矿物伴生。高岭土的化学成分中含有大量的ａｌ2ｏ3、ｓｉｏ2和少量的ｆｅ2ｏ3、ｔｉｏ2以及微量的ｋ2ｏ、ｎａ2ｏ、ｃａｏ和ｍｇｏ等。 地球上的矿产，主要分为能源矿产、金属矿产和非金属矿产三种类型。高岭土
是一种重要的非金属矿产，与云母、石英、碳酸钙并称为四大非金属矿。 中国是世界上最早发现和利用高岭土的国家。远在30XX年前的商代所出现的刻纹白陶，就是以高岭土制成。江西景德镇生产的瓷器名扬中外，历来有。白如玉、明如镜、薄如纸、声如罄。的美誉。现在国际上通用的高岭土学名---kaolin，就是来源于景德镇东郊的高岭村边的高岭山。 据史料记载，法国传教士昂特柯莱，在17XX年一份著名的书简中向欧洲专门介绍过高岭山上瓷土的特点,该文对全世界的瓷器制造业产生过深远的影响，于是高岭土在欧洲逐渐得名，并成为该类瓷土在国际上的通用名词。
材料结构与性能试题及详细答案
《材料结构与性能》试题 一、名词解释（20分） 原子半径，电负性，相变增韧、Suzuki气团 原子半径：按照量子力学的观点，电子在核外运动没有固定的轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定的半径。根据原子间作用力的不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径。通常把统和双原子分子中相邻两原子的核间距的一半，即共价键键长的一半，称作该原子的共价半径（r c）；金属单质晶体中相邻原子核间距的一半称为金属半径（r M）；范德瓦尔斯半径（r V）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引的两相邻原子核间距的一半，如稀有气体。 电负性：Parr等人精确理论定义电负性为化学势的负值，是体系外势场不变的条件下电子的总能量对总电子数的变化率。 相变增韧：相变增韧是由含ZrO2的陶瓷通过应力诱发四方相（t相）向单斜相（m相）转变而引起的韧性增加。当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成的较大应力场将会诱发其周围亚稳t-ZrO2向稳定m-ZrO2转变，这种转变为马氏体转变，将产生近4%的体积膨胀和1%-7%的剪切应变，对裂纹周围的基体产生压应力，阻碍裂纹扩展。而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性。 Suzuki气团：晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别。这种不均匀分布的溶质原子具有阻碍位错运动的作用，也成为Suzuki气团。 二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用。（15分） 答：从交互做作用的性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类。 弹性交互作用：位错与溶质原子的交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起的弹性畸变与位错间的弹性交互作用。形成Cottrell气团，甚至Snoek气团对晶体起到强化作用。弹性交互作用的另一种情况是溶质原子核基体的弹性模量不同而产生的交互作用。 化学交互作用：基体晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别，具有阻碍位错运动的作用。 静电交互作用：晶体中的位错使其周围原子偏离平衡位置，晶格体积发生弹性畸变，晶格畸变将导致自由电子的费米能改变，对于刃型位错来讲，滑移面上下部分晶格畸变量相反，导致滑移面两侧部分的费米能不相等，导致位错周围电子需重新分布，以抵消这种不平衡，从而形成电偶极，位错线如同一条电偶极线，在它周围存在附加电场，可与溶质原子发生静电交互作用。 三、简述点缺陷的特点和种类，与合金的性能有什么关系（15分） 答：点缺陷对晶体结构的干扰作用仅波及几个原子间距范围的缺陷。它的尺寸在所有方向上均很小。其中最基本的点缺陷是点阵空位和间隙原子。此外，还有杂质原子、离子晶体中的非化学计量缺陷和半导体材料中的电子缺陷等。 在较低温度下，点缺陷密度越大，对合金电阻率影响越大。另外，点缺陷与合金力学性能之间的关系主要表现为间隙原子的固溶强化作用。
群落的结构与物种多样性
群落的结构与物种多样性 群落结构物种多样性 标题:群落的结构与物种多样性 摘要:一．群落的结构（一）群落的外貌和生活型1 群落外貌群落外貌（physiognomy）是指生物群落的外部形态或表相而言。它是群落中生物与生物间，生物与环境相互作用的综合反映。陆地生物群落的外貌主要取决于植被的特征，水生生物群落的外貌主要取决于水的深度和水流特征。陆地生物群落…… 关键词:群落结构物种多样性 一．群落的结构 （一）群落的外貌和生活型 1.群落外貌 群落外貌（physiognomy）是指生物群落的外部形态或表相而言。它是群落中生物与生物间，生物与环境相互作用的综合反映。陆地生物群落的外貌主要取决于植被的特征，水生生物群落的外貌主要取决于水的深度和水流特征。陆地生物群落的外貌是由组成群落的植物种类形态及其生活型（life form）所决定的。 2.生活型类型 目前广泛采用的是丹麦植物学家Raunkiaer提出的系统，他是按休眠芽或复苏芽所处的位置高低和保护方式，把高等植物划分为五个生活型，在各类群之下，根据植物体的高度，芽有无芽鳞保护，落叶或常绿，茎的特点等特征，再细分为若干较小的类型。下面就Raunkiaer的生活型分类系统加以简介： ①高位芽植物（Phanerophytes）休眠芽位于距地面25㎝以上，又可根据高
取决于水中的透光情况、水温和溶解氧的含量等。水生群落按垂直方向，一般可分为： 漂浮动物（neuston） 1.浮游动物（plankton）； 2.水生生物群落游泳动物（nekton）； 3.底栖动物（benthos）； 4.附底动物（epifauna）； 5.底内动物（infauna）(三) 水平结构 群落的水平格局，其形成主要与构成群落的成员的分布状况有关。大多数群落,各物种常形成相当高密度集团的斑块状(patch)镶嵌。导致这种水平方向上的复杂的镶嵌性（mosaicism）主要原因有以下几方面： 图陆地生物群落中水平格局的主要决定因素（Smith，1980）（四）群落的时间格局 光、温度和湿度等许多环境因子有明显的时间节律（如昼夜节律、季节节律），受这些因子
高岭土对钙离子的吸附特性研究
高岭土对钙离子的吸附特性研究 宋玲玲，冯 莉，苟远诚，阮继政 （中国矿业大学化工学院，江苏徐州 221008） 摘 要：采用静态吸附的方法考查了吸附时间、温度、Ca2+浓度、吸附剂浓度和振荡强度等因素对高岭土吸附Ca2+的影响，研究了Ca2+在粘土颗粒表面的吸附特性。研究表明：高岭土对的Ca2+吸附过程分2个阶段，快速吸附和缓慢吸附，并且随温度的升高吸附平衡时间缩短；该吸附过程的最适温度在20 ℃左右；随吸附剂浓度升高，平衡吸附量减小，直至达到平衡；实验范围内，随振荡速度增大，平衡吸附量增加。 关键词：高岭土；钙离子；吸附 中图分类号：X703文献标识码：A 文章编号：1673－7180(2009)12－0864－4 Adsorption prorerties of Ca2+ kaolin Song Lingling，Feng li，Gou Yuancheng，Ruan Jizheng (School of Chemical Engineering and Technology, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, China) Abstract: The adsorption properties of calcium ions on kaolin under the influences of adsorption time, temperature, calcium ions concentration, adsorbent concentration, and surging intensity were studied by static experiments. The result indicates that the adsorption process was departed into two stages , rapid and slow adsorptions, and the adsorption equilibrium time was shortened with the temperature rising; the optimum temperature of this process was around 20 ℃；the adsorption equilibrium capacity was reduced with the concentration of adsorbent rising, until up to an equilibrium; in the experimental context, the adsorption equilibrium capacity increases with the Rotate-speed rising. Key words: kaolin；calcium ions；adsorption 0引 言 高岭土等粘土矿物是造成煤泥水难沉降的主要原因，而添加混凝剂是最常用的煤泥水处理方法[1]，以无机钙盐类为主[2]。因此，粘土跟Ca2+的吸附过程的相关研究对煤泥水处理的实际生产具有一定的指导意义。各种吸附剂对不同重金属离子的吸附过程的研究已有不少报道[3-6]，但是粘土对钙离子的吸附研究不多。本文研究了吸附时间、吸附剂的浓度、混凝剂的浓度、温度、振动强度等因素对粘土矿物吸附钙离子过程的影响，该研究未见报道。 1原料和方法 1.1药品和仪器 基金项目：创新研究群体科学基金(50921002)；教育部重大项目(308011)；创新学者攀登计划(BK2008006)；江苏省青蓝工程作者简介：宋玲玲(1984－)，女，硕士研究生 通信联系人：冯莉，教授，cumthgfl@https://www.wendangku.net/doc/9f2479373.html,
我国高岭土市场现状及发展趋势
我国高岭土市场现状及发展趋势 吴小缓 王文利 (建筑材料工业技术情报研究所,北京 100024) 摘 要 阐述了我国软质高岭土和煤系高岭土的生产情况、应用领域及消费情况,并对未来的需求和发展进行了预测,指出要发展产品深加工,开发新产品。 关键词 高岭土 生产 应用 市场 发展趋势 Market and Development of Domestic Kaolin Industry Wu Xiaohuan Wang Wenli (Institute of Technical Information for Building Materials Industry,Beijing 100024) Abstract The production,application and consumption of kaolin were introduced in this paper,its development trend was also predicted.Deep2 ing prosessing and developing products are needed for domestic kaolin industry. K ey w ords kaolin production application market development trend 我国非煤建造型高岭土,资源储量居世界第五位。截至2003年底,对我国21个省市232处产地统计,基础储量为5.46亿t。而我国含煤建造沉积型高岭土资源储量占世界首位,探明远景储量及推算储量180.5亿t,主要分布在东北、西北和石炭2二叠纪煤系中,以煤层中夹矸、顶底板或单独形成矿层独立存在,其中以内蒙古准格尔煤田的资源最为丰富,达8.1亿t[1]。 1 高岭土生产情况 1.1 软质高岭土 目前,全国县以上高岭土生产企业有100多家,乡镇企业700多家,原矿年生产能力超过600万t,选矿能力180万t。2003年,大型生产企业的原矿生产能力:福建龙岩九州高岭土公司达68万t、苏州中国高岭土公司为22万t、茂名高岭科技有限公司26万t、潮州飞天燕瓷土矿24万t;全国高岭土年产量约为360万t,其中机选土约180万t,集中在苏州、茂名和湛江、龙岩地区(表1)。 表1 近年我国高岭土产量3 年份19992000200120022003 采选总量(商品量)300325350350360机选土133145171171180 3资料来源:中国黏土矿物专委会;单位:万t。 1.2 煤系高岭土 我国以其独特且丰富的煤系高岭石资源而著称于世。但工业规模的以煤系高岭岩为原料的煅烧高岭土的生产,20世纪90年代才起步;而以所谓“双90”(即白度≥90%,细度-2μm含量≥90%)产品为标志的优质煅烧高岭土的规模化生产,1998年前后才开始。2000年,煅烧高岭土的产量约为9万t,其中白度大于90、细度1250目以上的超细煅烧高岭土产品约4.5万t,较上年增长50%;“双90”产品约有2万t,较上年增长33133%。经过10多年努力,我国煤系煅烧高岭土工业已初具规模,并以高昂的开发代价形成独立知识产权和技术特点的生产工艺。据不完全统计,现有不同规模煅烧高岭土企业近45家,总生产能力已达30万t,多数为年产量数百t到几千t的小型加工厂,主要以生产中、低档产品为主。设计能力在1万t的企业12家,在建和扩建万吨级企业9家[2]。 2 高岭土应用领域及消费结构 国内高岭土的消费领域,涉及陶瓷(日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、工艺美术陶瓷、高压电瓷、低压电瓷、高频瓷、无线电瓷)、造纸、橡胶、塑料、搪瓷、石油化工、涂料、油墨、光学玻璃、玻璃纤维、化纤、砂轮、建材、化肥、农药和杀虫剂载体、胶水、耐火材料等行业。产品已有十多个系列,近60～70个品种。 我国软质高岭土的消费结构为:陶瓷和电瓷55%,造纸22%,其它为23%;煤系高岭土的消费结构为:油漆涂料65%～85%,造纸5%～15%,橡塑及电缆5%～10%,陶瓷3%～8%,精细化工3%～5%。煅烧土在涂料工业的消费量增长较快。 2.1 水洗高岭土 21111 陶瓷:陶瓷的坯体和釉料中都用到高岭土,但其品种不同使用情况也不尽相同。我国建筑陶瓷(主要产品为地砖和墙面砖)中高档产品大约占 第28卷第4期2005年7月 非金属矿 Non2Metallic Mines Vol.28No.4 J uly,2005
最新材料科学基础课后习题答案
《材料科学基础》课后习题答案 第一章材料结构的基本知识 4. 简述一次键和二次键区别 答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。 6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？ 答：材料的密度与结合键类型有关。一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。 9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。 答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。两相组织是指具有两相的组织。单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。 10. 说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义，说明稳态结构和亚稳态结构之间的关系。 答：同一种材料在不同条件下可以得到不同的结构，其中能量最低的结构称为稳态结构或平衡太结构，而能量相对较高的结构则称为亚稳态结构。所谓的热力学条件是指结构形成时必须沿着能量降低的方向进行，或者说结构转变必须存在一个推动力，过程才能自发进行。热力学条件只预言了过程的可能性，至于过程是否真正实现，还需要考虑动力学条件，即反应速度。动力学条件的实质是考虑阻力。材料最终得到什么结构取决于何者起支配作用。如果热力学推动力起支配作用，则阻力并不大，材料最终得到稳态结构。从原则上讲，亚稳态结构有可能向稳态结构转变，以达到能量的最低状态，但这一转变必须在原子有足够活动能力的前提下才能够实现，而常温下的这种转变很难进行，因此亚稳态结构仍可以保持相对稳定。 第二章材料中的晶体结构 1. 回答下列问题： （1）在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向： 32）与[236] （001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（132）与[123]，（2 （2）在立方晶系的一个晶胞中画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 解：（1）