第九章-无机非金属材料的腐蚀及耐蚀材料PPT课件
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第9章 无机非金属材料的腐蚀
及耐蚀材料
姓名：于建海
学号：1406022
概述
一、无机非金属材料概念：
除有机高分子材料和金属材料以外的固体材料，其中 大多数为硅酸盐材料。
硅酸盐材料：
指主要由硅和氧组成的天然岩石、铸石、陶瓷、玻 璃、水泥等。
无机非金属材料也往往称为陶瓷材料。
二、主要成份：
以地壳中的岩石及其风化而成的粘土、砂砾为原料， 经APbl2加OO等工3、。而T成iO，2、因F而e2O其3、主C要a成O、分M为g各O种、氧K2化O物、，Na如2OS、iO2、
Θ铸石：SiO2质量分数为55％左右，耐蚀性很好。 Θ红砖：SiO2质量分数达60%-80%，没有耐酸性。
∵铸石中的SiO2与Al2O3、Fe2O3等在高温下形成耐
腐蚀性很强的矿物－普通辉石。
而，红砖中SiO2以无定型状态存在，没有耐酸性。
Δ措施：将红砖在较高的温度下煅烧，使之烧结。
∵高温，SiO2与Al2O3形成具有高度耐酸性的新矿物 －硅线石（Al2O3·2SiO2）与莫来石（3Al2O3·2SiO2）， 且其密度也增大。
② 酸的电离度越大，对材料的破坏作用越大； ③ 酸的温度升高，电离度增大，破坏作用增强； ④ 酸的粘度越大，破坏作用越小。例：
同一浓度的盐酸与硫酸，在同一时间渗入材料，盐酸 的腐蚀作用较硫酸强。 ∵ 盐酸比同一浓度的硫酸粘度小，同一时间渗入材料的 深度就大，其腐蚀作用就强。
.
11
§9-2 玻璃的腐蚀
成和结构密切相关。
玻璃的结构图 (next page)
.
13
(a) 同成分的晶体结构，长程有序排列。 (b) 缺乏对称性及周期性的三维网络，其结构是以硅氧四面体 [SiO4]为基本单元的空间连续的无规则网络所构成的牢固骨架， 此为材料中化学稳定的组成部分。
(c) 被网络外的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子所打断而又重新集 聚的脆弱网络，此为材料中化学不稳定的组成部分。
盐材料总具有一定的孔隙率。 孔隙影响：降低材料的耐腐蚀性。 ∵孔隙会使材料受腐蚀作用的面积增大，侵蚀作用也 就显得强烈，使得腐蚀不仅发生在表面上而且也 发生在材料内部。 当化学反应生成物出现结晶时，还会造成物理性 的破坏。例：
.
9
9.1.2影响因素
例：制碱车间的水泥地面，当间歇的收到苛性钠 的浸润时，就会使材料产生内应力破坏。
∵渗透到孔隙中的苛性钠吸收CO2后变成含水碳酸盐 结晶，体积增大，在水泥内膨胀。
②结构：晶体结构的化学稳定性较无定型结构高 例：
结晶的SiO2（石英），虽属于耐酸材料，但也 有一定的耐碱性；而无定型的SiO2就易溶于碱液 中。
.
10
9.1.2影响因素
三、腐蚀介质的影响
① 除氢氟酸和高温磷酸外，硅酸盐材料的腐蚀速度与酸的 性质无关，而与酸的浓度有关；
9.2.2、腐蚀类型和机理
➢ 玻璃与水及水溶液接触时，可以发生溶解和化 学反应。包括水解及在酸、碱、盐水溶液中的腐蚀。 除了玻璃的风化外，还有由于相分离所导致的选择 性腐蚀。
.
15
9.2.2.1、溶解
➢ pH值对可溶性SiO2的影响 图。
➢ 当PH＜8，SiO2在水溶液中 的溶解量很小； 当PH＞9后，溶解量则迅速 增大。
玻璃的结构
①溶解
腐蚀类型 和机理
②水解和腐蚀 ③玻璃的风化
④选择性腐蚀
.
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§9-2 玻璃的腐蚀
➢ 玻璃 玻璃是非晶的无机非金属材料。 在大气、弱酸等介质中，表面有污染、粗糙、斑点 等腐蚀迹象。
9.2.1、 玻璃的结构 金以属S）iO、2为Al主2O要3、组B成2O，3等含多有种R氧2O化、物R。O（碱金属或碱土 具有很好的耐酸性，耐碱性相对较差些，这与其组
其腐蚀一般不是由电化学过程引起，而往往 是由化学作用或物理作用引起。（因其与电解质 溶液接触时一般不形成原电池）
.
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9.1.2影响因素
耐蚀无机非金属材料大多属于硅酸盐材料，如下因素 会影响硅酸盐材料的耐蚀性。
一、材料的成分和矿物组成
① 成分：硅酸盐材料成分中主要有酸性氧化物SiO2 ,一 般酸性氧化物耐酸而不耐碱。
当SiO2（尤其是无定型）与碱液接触时发生如下反应而受 到腐蚀 SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O 生成物Na2SiO3易溶于H2O和碱 —— 材料破坏
.
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9.1.2影响因素
特殊情况：对于含量较高的耐酸Baidu Nhomakorabea料，除氢氟酸和高 温磷酸外，它能耐所有无机酸的腐蚀。
硅酸盐在HF和高温H3PO4 （300℃ ）受到腐蚀： SiO2 + 4HF SiF4 + H2O
这种效应可从下页图示所显 示的模型说明：
.
16
① 在酸性溶液中，要破坏所形成的酸性硅烷桥较困 难，因而溶解少而慢；
② 在碱性溶液中，Si-OH的形成容易，故溶解度大。
.
17
9.2.2.2、水解与腐蚀
➢ 含有碱金属或碱土金属离子R（Na+、Ca2+等）的 硅酸盐玻璃与水或酸性溶液接触时，发生“水 解”，破坏Si-O-R键，而不是Si-O-Si键。 ≡Si—O—Na + H2O →H+与网络外阳离子的离子交换→ ≡Si—OH + NaOH
SiF4 + 2HF H2[SiF6] （氟硅酸） H3PO4 HPO3 + H2O （高温＞300℃ ）
2HPO3 P2O5 + H2O SiO2 + P2O5 SiP2O7 （焦磷酸硅 ）
.
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② 矿物组成
A、 材料中SiO2的含越高耐酸性越强，SiO2质量分数
低于55％不耐酸。 例外：
.
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§9-1 无机非金属材料腐蚀基本原理
腐蚀特点
①材料的化学成分和矿物组成
影响因素
②材料孔隙和结构 ③腐蚀介质
.
3
§9-1 无机非金属材料腐蚀基本原理
9.1.1腐蚀特点
无机非金属材料通常具有良好的耐腐蚀性能， 但因为其化学成分、结晶状态、结构以及腐蚀介 质的性质等原因，在某些情况下，会发生严重的 腐蚀。
.
7
② 矿物组成
B、耐碱材料：含有大量碱性氧化物（CaO、MgO）
的材料。与耐酸材料相反，它们完全不能抵抗酸 类的作用。
如： 由钙硅酸盐组成的硅酸盐水泥：
特点：不耐所有的无机酸的腐蚀，而在一般的碱液 （浓的烧碱除外）中却是耐蚀的。
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9.1.2影响因素
二、材料孔隙和结构
①孔隙率：除熔融制品（如玻璃、铸石）外，硅酸
及耐蚀材料
姓名：于建海
学号：1406022
概述
一、无机非金属材料概念：
除有机高分子材料和金属材料以外的固体材料，其中 大多数为硅酸盐材料。
硅酸盐材料：
指主要由硅和氧组成的天然岩石、铸石、陶瓷、玻 璃、水泥等。
无机非金属材料也往往称为陶瓷材料。
二、主要成份：
以地壳中的岩石及其风化而成的粘土、砂砾为原料， 经APbl2加OO等工3、。而T成iO，2、因F而e2O其3、主C要a成O、分M为g各O种、氧K2化O物、，Na如2OS、iO2、
Θ铸石：SiO2质量分数为55％左右，耐蚀性很好。 Θ红砖：SiO2质量分数达60%-80%，没有耐酸性。
∵铸石中的SiO2与Al2O3、Fe2O3等在高温下形成耐
腐蚀性很强的矿物－普通辉石。
而，红砖中SiO2以无定型状态存在，没有耐酸性。
Δ措施：将红砖在较高的温度下煅烧，使之烧结。
∵高温，SiO2与Al2O3形成具有高度耐酸性的新矿物 －硅线石（Al2O3·2SiO2）与莫来石（3Al2O3·2SiO2）， 且其密度也增大。
② 酸的电离度越大，对材料的破坏作用越大； ③ 酸的温度升高，电离度增大，破坏作用增强； ④ 酸的粘度越大，破坏作用越小。例：
同一浓度的盐酸与硫酸，在同一时间渗入材料，盐酸 的腐蚀作用较硫酸强。 ∵ 盐酸比同一浓度的硫酸粘度小，同一时间渗入材料的 深度就大，其腐蚀作用就强。
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§9-2 玻璃的腐蚀
成和结构密切相关。
玻璃的结构图 (next page)
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(a) 同成分的晶体结构，长程有序排列。 (b) 缺乏对称性及周期性的三维网络，其结构是以硅氧四面体 [SiO4]为基本单元的空间连续的无规则网络所构成的牢固骨架， 此为材料中化学稳定的组成部分。
(c) 被网络外的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子所打断而又重新集 聚的脆弱网络，此为材料中化学不稳定的组成部分。
盐材料总具有一定的孔隙率。 孔隙影响：降低材料的耐腐蚀性。 ∵孔隙会使材料受腐蚀作用的面积增大，侵蚀作用也 就显得强烈，使得腐蚀不仅发生在表面上而且也 发生在材料内部。 当化学反应生成物出现结晶时，还会造成物理性 的破坏。例：
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9.1.2影响因素
例：制碱车间的水泥地面，当间歇的收到苛性钠 的浸润时，就会使材料产生内应力破坏。
∵渗透到孔隙中的苛性钠吸收CO2后变成含水碳酸盐 结晶，体积增大，在水泥内膨胀。
②结构：晶体结构的化学稳定性较无定型结构高 例：
结晶的SiO2（石英），虽属于耐酸材料，但也 有一定的耐碱性；而无定型的SiO2就易溶于碱液 中。
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9.1.2影响因素
三、腐蚀介质的影响
① 除氢氟酸和高温磷酸外，硅酸盐材料的腐蚀速度与酸的 性质无关，而与酸的浓度有关；
9.2.2、腐蚀类型和机理
➢ 玻璃与水及水溶液接触时，可以发生溶解和化 学反应。包括水解及在酸、碱、盐水溶液中的腐蚀。 除了玻璃的风化外，还有由于相分离所导致的选择 性腐蚀。
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9.2.2.1、溶解
➢ pH值对可溶性SiO2的影响 图。
➢ 当PH＜8，SiO2在水溶液中 的溶解量很小； 当PH＞9后，溶解量则迅速 增大。
玻璃的结构
①溶解
腐蚀类型 和机理
②水解和腐蚀 ③玻璃的风化
④选择性腐蚀
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§9-2 玻璃的腐蚀
➢ 玻璃 玻璃是非晶的无机非金属材料。 在大气、弱酸等介质中，表面有污染、粗糙、斑点 等腐蚀迹象。
9.2.1、 玻璃的结构 金以属S）iO、2为Al主2O要3、组B成2O，3等含多有种R氧2O化、物R。O（碱金属或碱土 具有很好的耐酸性，耐碱性相对较差些，这与其组
其腐蚀一般不是由电化学过程引起，而往往 是由化学作用或物理作用引起。（因其与电解质 溶液接触时一般不形成原电池）
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9.1.2影响因素
耐蚀无机非金属材料大多属于硅酸盐材料，如下因素 会影响硅酸盐材料的耐蚀性。
一、材料的成分和矿物组成
① 成分：硅酸盐材料成分中主要有酸性氧化物SiO2 ,一 般酸性氧化物耐酸而不耐碱。
当SiO2（尤其是无定型）与碱液接触时发生如下反应而受 到腐蚀 SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O 生成物Na2SiO3易溶于H2O和碱 —— 材料破坏
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9.1.2影响因素
特殊情况：对于含量较高的耐酸Baidu Nhomakorabea料，除氢氟酸和高 温磷酸外，它能耐所有无机酸的腐蚀。
硅酸盐在HF和高温H3PO4 （300℃ ）受到腐蚀： SiO2 + 4HF SiF4 + H2O
这种效应可从下页图示所显 示的模型说明：
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① 在酸性溶液中，要破坏所形成的酸性硅烷桥较困 难，因而溶解少而慢；
② 在碱性溶液中，Si-OH的形成容易，故溶解度大。
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9.2.2.2、水解与腐蚀
➢ 含有碱金属或碱土金属离子R（Na+、Ca2+等）的 硅酸盐玻璃与水或酸性溶液接触时，发生“水 解”，破坏Si-O-R键，而不是Si-O-Si键。 ≡Si—O—Na + H2O →H+与网络外阳离子的离子交换→ ≡Si—OH + NaOH
SiF4 + 2HF H2[SiF6] （氟硅酸） H3PO4 HPO3 + H2O （高温＞300℃ ）
2HPO3 P2O5 + H2O SiO2 + P2O5 SiP2O7 （焦磷酸硅 ）
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6
② 矿物组成
A、 材料中SiO2的含越高耐酸性越强，SiO2质量分数
低于55％不耐酸。 例外：
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§9-1 无机非金属材料腐蚀基本原理
腐蚀特点
①材料的化学成分和矿物组成
影响因素
②材料孔隙和结构 ③腐蚀介质
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§9-1 无机非金属材料腐蚀基本原理
9.1.1腐蚀特点
无机非金属材料通常具有良好的耐腐蚀性能， 但因为其化学成分、结晶状态、结构以及腐蚀介 质的性质等原因，在某些情况下，会发生严重的 腐蚀。
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② 矿物组成
B、耐碱材料：含有大量碱性氧化物（CaO、MgO）
的材料。与耐酸材料相反，它们完全不能抵抗酸 类的作用。
如： 由钙硅酸盐组成的硅酸盐水泥：
特点：不耐所有的无机酸的腐蚀，而在一般的碱液 （浓的烧碱除外）中却是耐蚀的。
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9.1.2影响因素
二、材料孔隙和结构
①孔隙率：除熔融制品（如玻璃、铸石）外，硅酸