第九章_无机非金属材料的腐蚀及耐蚀材料
11W-第九章-典型无机非金属材料的腐蚀与防护
➢ 提高耐碱性:在氧化硅中,加入钙,铝,氧化硼 (16%)。Na2O-ZrO2-SiO2基础的玻璃最耐碱;
➢ 耐氢氟酸的玻璃:75%P2O5,20%Al2O3,添加 氧化锌、氧化铅、氧化铍。
9.3 混凝土的腐蚀
• 混凝土的成分:水泥、水、骨料(沙子和 石头,占混凝土体积的80%);
• 2)网络变形体,氧原子改变网络的形状: Na2O,K2O,CaO,MgO
• 3)中间体:Al2O3,PbO(黄丹,有毒)
玻璃的分类和结构理论
• 玻璃的分类(6大类): • 玻璃结构理论:
①石英玻璃 ②碱金属硅酸盐玻璃
① 无规则的网络
③钠钙玻璃
模型理论
④硼硅酸盐玻璃 ⑤铝硅酸盐玻璃
②聚合物理论
⑥铅玻璃
②水化物:
a)氢氧化钙Ca(OH)2 b)水化硅酸钙3CaO.2SiO2.3H2O c)水化铝酸钙3CaO.Al2O3.6H2O
③水 ④孔隙
9.3.2 混凝土的腐蚀机理(11种情况)
• (1)溶出性腐蚀
蒸Ca馏(O水H、)2的冷溶凝出水,、在雨软雪水)(中含,C所a需离时子间少较的长环;境中: (2)分解型侵蚀:水泥水化物在腐蚀介质中的溶解
– 化学腐蚀:主要是各种化学反应 – 电化学腐蚀:石墨、锗、硅、离子导体、电子导体等;
9.1 硅酸盐材料的腐蚀特征与概念
• 成分以酸性氧化物SiO2为主,耐酸不耐碱。
SiO2 2NaOH Na2SiO3H2O
• 不耐:温度高于300℃的磷酸和氢氟酸。
SiO2 4HF SiF4 2H 2O SiF4 2HF H 2[SiF6 ]氟硅酸
玻璃结构示意图
耐蚀(酸)非金属材料
常⽤的⾮⾦属耐蚀材料有铸⽯、⽯墨、耐酸⽔泥、天然耐酸⽯材和玻璃等。
⽯墨。
⽯墨材料在⾼温下有⾼的机械强度。
⽯墨材料常⽤来制造传热设备。
⽯墨具有良好的化学稳定性。
除了强氧化性的酸(如硝酸、铬酸、发烟硫酸和卤素)之外,在所有的化学介质中都很稳定,甚⾄在熔融的碱中亦稳定。
铸⽯。
铸⽯具有极优良的耐磨与耐化学腐蚀性、绝缘性及较⾼的抗压性能。
在各类酸碱设备中,其耐腐蚀性⽐不锈钢、橡胶、塑性材料及其他有⾊⾦属⾼得多,但铸⽯脆性⼤、承受冲击荷载的能⼒低。
玻璃。
按形成玻璃的氧化物可分为:硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃和铝酸盐玻璃等,其中硅酸盐玻璃是应⽤最为⼴泛的玻璃品种。
硅酸盐玻璃的化学稳定性很⾼,抗酸性强,组织紧密⽽不透⽔,但它若长期在某些介质作⽤下,也会受侵蚀。
硅酸盐玻璃具有较好的光泽和透明度、化学稳定性和热稳定性好、机械强度⾼、硬度⼤和电绝缘性强,但不耐氢氟酸、热磷酸、热浓碱液的腐蚀。
⼀般⽤作制造化学仪器和⾼级玻璃制品,⽆碱玻璃纤维。
耐热⽤玻璃和绝缘材料等。
⽔玻璃型耐酸⽔泥。
⽔玻璃型耐酸⽔泥具有能抗⼤多数⽆机酸和有机酸腐蚀的能⼒,但不耐碱。
⽔玻璃胶泥衬砌砖、板后必须进⾏酸化处理。
天然耐蚀⽯料
花岗岩强度⾼,耐寒性好,但热稳定性较差;⽯英岩强度⾼,耐久性好,硬度⾼,难于加⼯;辉绿岩及⽞武岩密度⾼、耐磨性好、脆性⼤、强度极⾼、加⼯较难;⽯灰岩热稳定性好,硬度较低。
无机非金属材料的优点和缺点
无机非金属材料的优点和缺点
无机非金属材料是指不含金属元素的材料,如陶瓷、玻璃、陶瓷纤维等。
它们具有以下优点和缺点:
优点:
1.耐高温性能:无机非金属材料通常具有较高的熔点和耐高
温性能,能够在高温环境下保持稳定的性能,不易熔化、变形或失效。
2.耐腐蚀性能:大多数无机非金属材料具有优良的耐酸碱、
耐腐蚀性能,能够在酸碱环境中长期稳定地使用。
3.绝缘性能:许多无机非金属材料具有良好的绝缘性能,可
用于电气绝缘材料、绝缘体等应用,可阻止电流流动以及对电器元件或电线电缆的保护。
4.高硬度和强度:无机非金属材料通常具有较高的硬度和强
度,耐磨损、耐刮擦,在一些机械应用中表现出较好的性能。
5.尺寸稳定性:无机非金属材料在温度变化下的尺寸稳定性
较好,不易受热胀冷缩的影响,因此可用于高精度设备和工艺要求较高的场合。
缺点:
1.脆性:无机非金属材料通常具有较高的脆性,对于弯曲、
碰撞等力量容易导致破裂和断裂,限制了其在某些应用中的使用。
2.加工难度:无机非金属材料通常具有高硬度和脆性,难以
进行复杂形状的加工和成型,加工过程中易产生裂纹和损伤,限制了其制造和应用范围。
3.导热性能较差:相对于金属材料,无机非金属材料的导热
性能较差,热传导速度慢,热容量较低,不适合用于需要高导热性能的应用。
4.重量较大:无机非金属材料的密度通常较大,相比于金属
材料,质量较重,不适合用于要求轻量化的场合。
总体而言,无机非金属材料具有耐高温、耐腐蚀、良好的绝缘性能等优点,但也存在脆性、加工难度高等缺点。
其选择应根据具体应用的需求和特性来进行评估和权衡。
高三化学 无机非金属材料的定义与分类
无机非金属材料包括耐火材料、耐火隔热材料、耐蚀(酸)非金属材料和陶瓷材料等。
一、耐火材料
常用有耐火砌体材料、耐火水泥、耐火混凝土。
二、耐热保温材料
常用有硅藻土、蛭石、玻璃纤维(又称矿渣棉)、石棉,以及它们的制品如板、管、砖等。
三、绝热材料
一般是轻质、疏松、多孔的纤维状材料。
它既包括保温材料,也包括保冷材料。
四、耐蚀(酸)非金属材料
常用有铸石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等。
(一)铸石
具有极优良的耐磨性、耐化学腐蚀性、绝缘性及较高的抗压性能。
(二)石墨
具有高度的化学稳定性、极高的导热性能。
(三)玻璃
按形成玻璃的氧化物可分为硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃和铝酸盐玻璃等,其中硅酸盐玻璃是应用最为广泛的玻璃品种。
(四)天然耐蚀石料
天然耐蚀石料组成中含SiO2的质量分数大于55.0%以上,其含量越高耐酸性能越好。
(五)水玻璃耐酸水泥
具有能抵抗大多数无机酸和有机酸腐蚀的能力,但不耐碱。
复杂的物理,化Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑复杂的物理,化学变化
无机非金属材料:
无机非金属材料的分类:
无机非金属材料的定义:
最初,无机非金属材料主要是指硅酸盐材料,所以,硅酸盐材料也称为传统无机非金属材料。
随着科学和生产技术的发展,以及人们生活的需要,一些具有特殊结构、特殊功能的新材料被相继研制出来,如半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等,我们称这些材料为新型无机非金属材料。
《耐蚀非金属材料》课件
2 低密度和强度
相较于金属材料,具有更轻的重量和较高的 强度,有助于减轻高温环境和持久的磨损,适用于一些 极端工况下的场合。
4 良好的绝缘性能
对电磁波和电流有很好的绝缘效果,可以用 于电子器件和绝缘部件。
耐蚀非金属材料的应用领域
化工行业
• 储罐和管道 • 反应器和分离器 • 防腐设备
《耐蚀非金属材料》PPT 课件
这个PPT课件将介绍耐蚀非金属材料的各个方面,包括种类、特性、制造工艺、 应用领域以及测试等方面内容。
什么是耐蚀非金属材料
耐蚀非金属材料是指在化学环境中具有良好耐腐蚀性能的材料,不仅不会被 腐蚀,还能保持稳定的物理和化学性质。
耐蚀非金属材料的种类
聚合物耐蚀材料
具有卓越的耐蚀性能和机械强度,广泛应用于 化工、电子、医疗等领域。
电子行业
• 电路基板 • 封装材料 • 绝缘件
医疗行业
• 植入材料 • 医用设备 • 医用纤维
耐蚀非金属材料的制造工艺
1
原料选择
选择合适的原料,确保材料具备耐蚀特性以及所需的机械性能。
2
成型加工
通过注塑、挤出、压制等成型工艺将原料加工成所需的形状和尺寸。
3
表面处理
对制成品进行表面处理,提高耐蚀性和装饰效果。
玻璃纤维增强塑料材料
具有优异的抗腐蚀性和强度,常用于海洋工程、 航天航空等领域。
陶瓷耐腐蚀涂料
通过涂覆陶瓷材料,提高表面的耐蚀性和硬度, 常用于化工设备和涂料行业。
耐化学氧化聚酰亚胺材料
具有耐酸碱的性能,被广泛应用于化学工业和 高温环境下的材料。
耐蚀非金属材料的特性和优点
1 优秀的耐腐蚀性能
能够抵抗酸、碱、盐等腐蚀介质,避免设备 或结构的损坏。
《无机非金属材料》课件
300℃
Si + 3HCl
SiHCl3 + H2
1100℃
SiHCl3 + H2
Si + 3HCl
硅单质的用途 硅芯片、太阳能电池
硅芯片
硅太阳能电池
2.二氧化硅 沙子
玛瑙
水晶 石英
物理性质: 难溶于水, 熔点高, 硬度大 , 不导电
SiO2的化学性质
a.酸性氧化物
①与碱溶液反应:SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 已知:Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃,具有黏结力强、耐高温等特性,
透明陶瓷
超导陶瓷
4.碳纳米材料
富勒烯
石墨烯
碳纳米管(单壁) 碳纳米管(多壁)
分类
传统无机 非金属材料
名称 陶瓷
玻璃
水泥
性能
主要用途
熔点高、硬度大、耐腐蚀、 建筑材料、日常器皿、
性质稳定
卫生洁具
透光性好、硬度大、 无固定熔点
建筑材料、各种器皿、 光学仪器等
遇水逐渐变硬(水硬性)、 大量用于建筑、水利、
《无机非金属材料》
一、传统无机非金属材料-硅酸盐材料
兵马俑
天津大剧院
珠港澳大桥
硅酸盐: 组成:硅、氧与其他金属元素结合而成的
化合物的总称。 结构:Si和O构成了硅氧四面体 特点:硬度高、熔点高、难溶于水、
化学性质稳定、耐腐蚀
1.陶瓷
主要原料:黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐) 特点:抗氧化、耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘 用途:建筑材料、绝缘材料、日常器皿、卫生洁具
2.玻璃
主要原料:纯碱、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2) 生产设备:玻璃窑 反应原理:SiO2 + CaCO3 高温 CaSiO3 + CO2 ↑
无机非金属材料
无机非金属材料
无机非金属材料是指那些不含金属元素的材料,它们通常具有
高强度、耐高温、耐腐蚀等特点,广泛应用于建筑、电子、化工、
医药等领域。
本文将介绍几种常见的无机非金属材料及其应用。
第一种无机非金属材料是陶瓷材料。
陶瓷是一种由氧化物、氮
化物、碳化物等无机物质制成的材料,具有高硬度、耐磨损、耐高
温等特点。
陶瓷材料广泛应用于建筑、电子、化工等领域,如瓷砖、陶瓷器皿、陶瓷电子元器件等。
第二种无机非金属材料是玻璃材料。
玻璃是一种无定形的无机
物质,具有透明、硬度高、耐腐蚀等特点。
玻璃材料广泛应用于建筑、家具、电子、医药等领域,如建筑玻璃、玻璃器皿、玻璃光纤等。
第三种无机非金属材料是陶瓷纤维材料。
陶瓷纤维是一种由氧
化物、氮化物等无机物质制成的纤维材料,具有耐高温、耐腐蚀、
绝缘等特点。
陶瓷纤维材料广泛应用于航空航天、冶金、化工等领域,如陶瓷纤维隔热材料、陶瓷纤维过滤材料等。
第四种无机非金属材料是硅酸盐材料。
硅酸盐是一种由硅氧化物和金属氧化物组成的无机物质,具有耐高温、耐腐蚀、绝缘等特点。
硅酸盐材料广泛应用于建筑、陶瓷、玻璃等领域,如水泥、陶瓷材料、玻璃纤维等。
总的来说,无机非金属材料具有许多优良的性能,广泛应用于各个领域。
随着科技的不断发展,无机非金属材料的应用范围将会越来越广泛,对于推动各行业的发展起着重要的作用。
希望本文对您有所帮助,谢谢阅读。
第九章-无机非金属材料的腐蚀及耐蚀材料学习资料
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。
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
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
§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,这与其组成
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。
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
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)
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。
第九章-无机非金属材料的腐蚀及耐蚀材料PPT课件
-
20
Ⅱ、玻璃不耐碱原因:
在碱溶液中,OH-通过如下反应: ≡Si—O—Si≡ + OH- → ≡SiOH + ≡SiO这种反应使Si-O-Si链断裂,非桥氧≡SiO-群增大 使结构被破坏SiO2溶出,玻璃表面不能生成保护 膜。
➢ 防护措施:
使材料表面均匀化和调整介质的腐蚀活性是防止选择腐 蚀的基本方法。例如:往玻璃的介质内加入某些组分作 为缓蚀剂。
➢用途:制作分子筛 有时选择性腐蚀也有有益的用途, 例如: 简单的钠玻璃可通过上述的热处理工艺—腐蚀工艺,获 得孔洞直径为0.7nm的疏松玻璃,显示分子筛功能。
-
26
加入了大量的Ba、Pb及其他的重金属氧化物,由于这些氧 化物的溶解,使得这类玻璃容易被醋酸、硼酸、磷酸等弱 酸腐蚀。
② 硅酸盐玻璃极易被氢氟酸腐蚀。
∵ 阴离子F-的作用,氢氟酸极易破坏Si-O-Si键而腐蚀玻 璃。
H+ F-
F- H+
≡Si—O—Si≡ → ≡Si—O—Si≡ → ≡Si—F + HO—Si≡
-
22
9.2.2.3、玻璃的风化
1)概念:玻璃和大气的作用称为风化。
2)征状:
表面出现雾状薄膜,或者点状、细线状模糊物,有 时出现彩虹。严重时,玻璃表面形成白霜,因而失去 透明,甚至产生平板玻璃粘片现象。
3)发生条件:
风化大都发生于玻璃储藏、运输过程中,温度、湿 度比较高,通风不良的情况下;化学稳定性比较差的玻 璃在大气和室温条件下也能发生风化。
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。
新型耐腐蚀材料的研究开发
新型耐腐蚀材料的研究开发引言随着工业化进程的不断深入,腐蚀问题已经成为不可避免的瓶颈之一。
腐蚀不仅带来了经济上的损失,还会对环境和健康造成严重威胁。
因此,研发出一种优异的耐腐蚀材料对于人们来说格外重要。
本文将介绍几种新型的耐腐蚀材料,并探讨它们的研发过程。
1.无机非金属材料无机非金属材料是当代耐腐蚀材料研究的重点之一,其最大的优势在于可靠性高、寿命长、防腐性能优异。
主要采用氧化物类陶瓷材料,耐腐蚀性能通过氧化还原反应来保证。
氧化物类陶瓷材料是指以二氧化硅、氧化铝、氧化锆等为主要成分,不仅具有良好的化学稳定性和机械强度,还能在高温环境下具有良好的稳定性。
2.金属基复合材料金属基复合材料也是当前研究的焦点,其优点在于材料中所有成分都具有优异的性能,能针对不同的腐蚀环境,选择材料的组合。
这类材料可以分为两大类别,一类是金属基层复合,通过将耐腐蚀金属涂在不耐蚀金属表面,起到防腐的作用。
另一类是金属基体复合,通过添加特殊的合金或者均匀分布的非金属材料,来强化金属基体的耐腐蚀性能。
这两种复合材料都展现出了优异的耐腐蚀能力。
3.聚合物材料聚合物材料是以聚合反应为基础的材料,包含了丰富多彩的化学分子。
当前,聚合物材料的研究也得到了广泛关注,特别是可塑性强的高分子材料。
聚合物材料的耐腐蚀性能取决于其对特定物质的抗腐蚀能力。
因此,研究人员通常会在聚合物材料中添加多种化学试剂,来突破其纯物理耐腐蚀限制。
4.碳基材料碳基材料由于具有高质量、高强度、高导电性、高热稳定性等特性,目前也成为了耐腐蚀材料研究领域的重点之一。
这种材料可以有效地防止常规金属和合金的腐蚀,广泛应用于化学、电子、能源等领域。
碳基材料的制造需要严格的加工工艺和技术,但其制造成本通常低于金属制品。
结论随着社会的发展,耐腐蚀材料的需求不断增长。
在研究开发过程中,基于现有的材料进行改造和升级、研究新材料的力量都是不可或缺的。
未来,我们应该继续投入更多的精力和资源,探索新型耐腐蚀材料的制造和应用,以达到更好的经济和社会效益。
耐腐蚀材料
耐腐蚀材料耐腐蚀材料是指能够在恶劣环境下长期使用而不受腐蚀侵蚀的材料。
由于工业生产和使用过程中常常遇到酸、碱、盐等腐蚀性介质的侵蚀,因此耐腐蚀材料在众多领域中具有重要的应用价值,如化工、石油、医药、电子等行业。
1. 耐腐蚀材料的分类耐腐蚀材料可根据其本身的材料特性和腐蚀性介质的不同,分为无机非金属耐腐蚀材料和金属耐腐蚀材料两大类。
1.1 无机非金属耐腐蚀材料无机非金属耐腐蚀材料主要包括陶瓷材料、玻璃材料和塑料材料等。
这些材料由于其化学稳定性好、耐高温、抗腐蚀性能强等特点,被广泛应用在酸、碱等腐蚀性介质较多的场合。
陶瓷材料具有高硬度、高抗压强度和高耐磨性等特点,可以应用于化工设备、储罐和管道等腐蚀环境中。
玻璃材料因其优良的化学稳定性和透明性,在化工、光电子等领域有着广泛的应用。
塑料材料则因其成型性好、机械性能优良和耐腐蚀性强而受到广泛应用。
1.2 金属耐腐蚀材料金属耐腐蚀材料主要包括不锈钢、镍基合金、铝合金等。
这些材料因其良好的耐腐蚀性能和机械性能,可应用于强酸、强碱等腐蚀性介质的场合。
不锈钢由于其合金中含有耐蚀元素,如铬、镍等,能够形成一层致密的氧化膜,从而提高了其耐腐蚀性能。
镍基合金由于其合金中含有大量的镍和铬,能够在高温、高压下保持稳定的耐腐蚀性能。
铝合金则因其轻、强、耐腐蚀性好等特点,被广泛应用于航空、航天和汽车等领域。
2. 耐腐蚀材料的应用耐腐蚀材料在众多领域中具有广泛的应用。
在化工行业中,耐腐蚀材料被广泛应用于化工设备、管道、储罐等系统中,以确保化工过程的安全稳定运行。
例如,在硫酸生产过程中,使用耐腐蚀材料制作的储罐和管道可以有效地抵御硫酸的侵蚀,减少设备的腐蚀损害和安全隐患。
在石油行业中,耐腐蚀材料被广泛应用于油井、油气管道和石油储罐等设备中。
由于原油中存在硫化氢等腐蚀性成分,使用耐腐蚀材料制作的设备可以有效地减少腐蚀带来的损害,提高设备的使用寿命和安全性。
在医药行业中,耐腐蚀材料被应用于医疗设备和药品储存器具等领域。
非金属结构材料的耐蚀特性
• 应力集中部位,环境应力开裂的可能性大; • 分子量小、分布窄的高聚物比大分子量的易发生
开裂。
在具有中等溶胀能力的醇类、蓖麻油等活性介质 中,材料易发生环境应力开裂。
12
§5-2 耐腐蚀高分子材料
一、 聚氯乙烯
聚氯乙烯塑料是以聚氯乙烯树脂为主要原料,加 入增塑剂、稳定剂、润滑剂、颜料剂等经捏合、混 炼和成型加工过程而制的。
16
刚性较小,防止变形,顶盖,筒体结构应采用加强性措施; 避免焊缝本体和焊缝边线的母材断面的剧烈变化;
17
采用双面或单面对接加强焊提高焊缝强度、保护 焊缝;焊缝尽可能错开(多块板材 ) ;
利用PVC的热塑性,管道之间采用热胀承插的结构 连接。
18
强度低不能承受过大附加载荷;
考虑到材料的膨胀系数,金属加强构件与塑料设备 之间允许相对自由位移;膨胀系数大,长管道,注意加膨
溶剂性好,但对强氧化剂不耐,也不耐氯、氟、 溴腐蚀。
热塑性塑料加工成型性优 ,用做涂层和衬里 。
4.聚苯硫醚塑料(PPS): 耐热性好,机械性能好,但耐蚀性差。
热塑性塑料加工成型优,用做耐蚀和耐热的阀门、泵、 密封环主要用于防腐涂层
24
§5-3 耐腐蚀无机非金属材料
一、 陶瓷 1.陶瓷的特性 (1)陶瓷的基本概念: 陶瓷:(广义)指金属氧化物、碳化物、氮化 物、硼化物,即所有固态无机材料统称陶瓷。 (狭义)指一切金属氧化物。以SiO2为主体 的陶瓷,统称硅酸盐陶瓷。 特点:溶点高、耐高温、强度 硬度高、耐 氧化、耐腐蚀、高化学稳定性。
影响高分子材料老化的因素: 老化(耐侯性)
红外线
阳光
第9章 无机非金属材料的腐蚀
9.1.2.3
腐蚀介质
硅酸盐材料的腐蚀速度似乎与酸的性质无关(除氢氟酸和高温磷 酸外),而与酸的浓度有关。酸的电离度越大,对材料的破坏作 用也越大。酸的温度升高,电离度增大,其破坏作用也就增强。 此外酸的粘度会影响它们通过孔隙向材料内部扩散的速度。例如 盐酸比同一浓度的硫酸粘度小。在同一时间内渗入材料的深度就 大,其腐蚀作用也较硫酸强。同样,同一种酸的浓度不同,粘度
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,例如制碱车间的水泥地面,当间 歇地受到苛性钠溶液的浸润时,由于渗透到孔隙中的苛性钠吸收 二氧化碳后变成含水碳酸盐结晶,体积增大,在水泥内部膨胀, 使材料产生内应力破坏。
9.5.3 化工陶瓷
9.5.1
9.5.1.1 花岗岩
9.5.1.2 9.5.1.3 9.5.1.4 9.5.1.5 石英岩 安山岩 文石 石棉
天然耐蚀硅酸盐材料
9.5.1.1
花岗岩
花岗岩中平均含有70%~75%的二氧化硅,13%~15%的氧化铝 以及7%~10%的碱性、碱土金属氧化物(氧化钙、氧化镁、氧化 钠等)。其主要矿物组成为长石和石英,其他还有少量云母、磁 铁矿等,石英是最有用的组成部分,云母是有害的,它会降低花 岗岩的机械强度。
9.5.1.2 石英岩
9.5.1.3 安山岩 9.5.1.4 文石 9.5.1.5 石棉 9.5.2 铸石 9.5.3 化工陶瓷 9.5.4 玻璃
9.5.5 化工搪瓷
9.5.6 水玻璃耐酸胶凝材料
9.1
9.1.1 腐蚀特点 9.1.2 影响因素
无机非金属材料腐蚀基本原理
9.1.1
非金属材料及耐腐PPT课件
玻璃纤维增强树脂缠绕成型 设备和管道
玻璃钢管道可分为大直径和中小直径两类。多用玻璃 纤维增强环氧树脂缠绕成型。一般在中温受压化工介 质条件下使用。目前国内已经研制出带微机的大型缠 绕机,可制造直径4m,长10m的玻璃钢管道。 贮槽和贮罐是化工生产的主要工艺设备,目前国内己 成功地制造了1000~1500m3的盐酸贮罐,现在已经 可以现场缠绕制作5000m3贮罐。
受衬面焊缝的要求
• (A)直筒节
(B)角焊缝
(a)
(c)
(b)
(d)
(e)
(a) (b)
(c)
焊接与修补等工序必须在衬里前完成
• 焊缝不合格时可以修补。修补后仍应符 合上述要求,但不得采用如树脂、腻子、 填料和低熔点的钎焊、铜焊等填补。受 衬设备上的机加工、焊接等工序必须在 衬里之前完成。
• 与衬里设备金属壳体焊接的所有零部件, 必须在衬里施工前焊接完毕,衬里后不 允许再进行焊接。
• 必须考虑冷凝水排出口并应设置在设备最低处,以免冷凝水 积存,影响硫化质量。
• 常压蒸汽硫化橡胶设备贴衬橡胶时用冷滚轮压合,严禁采用 热烙铁压合。
大型贮罐橡胶衬里
• 尽量选用自然硫化或预硫化橡胶衬里。 喷砂除锈和 贴衬橡胶注意下列事项:
• 要安排连续工作; • 喷砂要自上而下进行;罐顶、罐壁橡胶衬里完工后再
• 接管的长度(高度)一般不大于100mm。 衬里设备的人孔、手孔、接管,一般不 得突出设备内表面。
衬里设备的人孔接管
3衬里设备的封头
• 衬里设备的封头为椭圆形、碟形、锥 形等形状时,一般都是凸面在外侧, 凹面在内侧;如有特殊要求时,应设 计成图4(a)的结构形式,而不应采 用图4(b)结构形式。
无机非金属材料及钢筋混凝土腐蚀与防护a
减小冻融破坏的措施:(1)根据不同的环境条件选择 合适的水灰比。适当降低水灰比有利于防护。(2)在 混凝土中掺入适量的引气剂,可以使混凝土结冰时产生 的膨胀压力得到缓解。提高混凝土的抗冻性能。(3) 根据需要选择抗冻性能较高的水泥品种。 抗冻性高低 顺序为:普通硅酸盐水泥>矿渣硅酸盐水泥>火山灰(粉 煤灰)硅酸盐水泥。(4)选择抗冻性较优的混凝土骨料 。骨料吸水率越大抗冻性越差;骨料尺寸越大,受冻后 越容易破坏。(5)控制结冰温度和降温速度。在低温 环境施工时,一般通过掺加防冻剂和采取保温措施来减 小混凝土的冻融破坏。
19
钢筋混凝土的腐蚀与防护
1 混凝土的渗透性能 2 混凝土的冻融破坏和盐冻破坏 3 氯离子对钢筋的腐蚀 4 混凝土的碳化及其他酸性介质的腐蚀 5 硫酸盐侵蚀 6 混凝土的碱-骨料反应
20
1 混凝土的渗透性
混凝土的抗水渗透性是其耐久性的最重要的指标之 一,腐蚀破坏过程与渗透性密切相关。
混凝土是一个多孔体系。孔隙小的不到1纳米,大 的则达到几毫米。研究发现,对混凝土耐久性产生危害 的主要是孔径大于200nm的大孔,孔径小于20nm的小孔 基本无害。 提高混凝土抗渗水性的措施:(1)适当地降低水胶比 。(2)在混凝土中加入适量的引气剂,阻断毛细孔的 渗水通路,改善混凝土的孔结构。(3)选用优质的骨 料以提高其抗渗水性。(4)在混凝土中掺加粉煤灰、 磨细矿渣粉及硅灰等,增加混凝土的密实度。(5)维 持较好的养护条件,保证水泥充分水化,孔隙率下降。
钢化玻璃
几种玻璃的特性和用途
特性
用途
再高温下易软化
窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等
膨胀系数小,耐酸碱,强 化学仪器,高压水银灯,紫外
度大,滤光
灯,光导纤维,压电晶体等
常用无机非金属材料的耐蚀性能讲解
9.5.6 水玻璃耐酸胶凝材料
水玻璃耐酸胶凝材料包括水玻璃耐酸胶泥、砂浆和混凝土,它们 是以水玻璃(硅酸钠水溶液)为胶结剂,氟硅酸钠为硬化剂,以及 耐酸粉料,或再加上耐酸砂和碎石(总称为耐酸填料)按一定比例 调制而成,最后在空气中凝结硬化成石状材料。
通常先将耐酸粉料和固体硬化剂(氟硅酸钠)按比例均匀混合(一般 氟硅酸钠为粉料质量的4%~6%)以待使用,这种混合料即为水玻 璃耐酸水泥,简称耐酸水泥或耐酸灰。又常按所用耐酸粉料的种 类分别命名,如辉绿岩粉耐酸水泥、粉状石英耐酸水泥以及其他 耐酸水泥等。
9.5.5 化工搪瓷
搪瓷就是将瓷釉涂搪在金属底材上,经过高温烧制而成的,它 是金属和瓷釉的复合材料。 化工搪瓷是将硅含量高的耐酸瓷釉涂敷在钢(铸铁)制设备的表 面上,经高温煅烧使之与金属密着,形成致密的、耐腐蚀的玻璃 质薄层(厚度一般为0.8~1.5mm)。这样的设备称化工搪瓷设备。 化工搪瓷设备兼具有金属设备的力学性能和瓷釉的耐腐蚀性的双 重优点,除氢氟酸和含有氟离子的介质、高温磷酸以及强碱外, 能耐各种浓度的无机酸、有机酸、盐类、有机溶剂和弱碱的腐蚀, 表面光滑易清洗,并有防止金属离子干扰化学反应和沾污产品的 作用。因此广泛应用于化学工业各个部门,特别对有机和制药工 业来说,是一种不可缺少的设备。
9.5.2 铸石
铸石是利用分布广泛的天然岩石——玄武岩、辉绿岩或某些工业 废渣为主要原料,经配料、熔化、浇铸成型、结晶、退火工艺过 程形成的一种工业材料。铸石中含有二氧化硅、氧化铝、氧化钙、 三氧化二钛、氧化亚铁和少量的二氧化钛、氧化钾、氧化钠、氧 化锰和三氧化二铬等。它的特性是耐磨、耐腐蚀,并且具有优良 的绝缘性和很高的抗压强度,可以广泛地应用于许多工业生产设 备中,特别是在那些承受剧烈磨损和酸碱侵蚀的部位,以此代替 各种黑色金属、有色金属、合金材料及橡胶等。其耐磨性比锰钢 高5~15倍,比一般碳钢高十几倍,耐腐蚀性比不锈钢、铅和橡 胶高得多,使用铸石制品不同可以节约大量金属材料,而且还能 延长设备寿命,效果十分显著。
《耐蚀非金属材料》PPT课件
-塑料的分类:
塑料的种类很多,分类的方法也不尽相同,最常用
的分类方法是按它们受热后的性能变化,将塑料分为两 大类:(1)热固性塑料
(2)热塑性塑料
可编辑ppt
9
塑料在生活中的应用
可编辑ppt
10
玻璃钢
▪ 定义:玻璃钢即玻璃纤维增强塑料,它是以合成树脂
为黏结剂,玻璃纤维及其制品(如玻璃布、玻璃带、玻 璃毡等)为增强材料,按一定的成型方法制成的。由于 他的比强度超过一般钢材,因此称为玻璃钢。
耐蚀非金属材料
可编辑ppt
1
主要内容
非金属材料的一般特性 防腐蚀涂料 塑料 玻璃钢 橡胶 硅酸盐材料 不透性石墨
可编辑ppt
2
非金属材料的一般特性
非金属材料与金属材料相比较,有以下特点: (1)密度小,机械强度低 (2)导热性差 (3)原料来源丰富 (4)优越的耐蚀性能
可编辑ppt
▪ 性质:玻璃钢的重量轻、强度高、其电性能、热性能、
耐腐蚀性能及施工工艺性能都很好,因此在许多工业部 门都获得了广泛的应用。
可编辑ppt
11
玻璃钢的种类很多,通常可按所用合成树脂的种
类来分类。即由环氧树脂与玻璃纤维及其制品制 成的玻璃钢称为环氧玻璃钢,由酚酞树脂与玻璃 纤维及其制品制成的玻璃钢称为酚酞玻璃钢等, 目前,在化工防腐中常用的有环氧、酚酞、呋喃、 聚酯四类玻璃钢。为了改性,也可采用添加第二 种熟知的方法,制成改性的玻璃钢,这种玻璃钢 一班兼有两种树脂玻璃钢的性能。常用的有环氧酚醛玻璃钢、环氧-呋喃玻璃钢等。
(1)氯丁橡胶 (2)丁苯橡胶 (3)定腈橡胶 (4)丁基橡胶 (5)氯磺化聚乙烯橡胶 (6)氟橡胶 (7)聚异丁烯橡胶
可编辑ppt
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
4)风化机理:
① 首先吸附大气中的水,在表面形成一层水膜。一般, 湿度越大,吸附水分子越多。 ② 然后,吸附水中的H3O+或H+,与玻璃中网络外阳离子 进行离子交换和碱侵蚀,发生反应,破坏硅氧骨架。
9.2.2.4、选择性腐蚀
如图所示为SiO2―B2O3―Na2O三元系中的“影线区”
的成分,通过热处理(如580℃,3~168h)可以形成双向 组织—孤立的硼酸盐相弥散在高SiO2基体中。 这种双向组织的玻璃在酸中发生了选择性腐蚀,富 B2O3的硼酸盐相受侵,而高SiO2的基体没有变化,从 而形成疏松的玻璃。
H+ FFH+
≡Si—O—Si≡ → ≡Si—O—Si≡ → ≡Si—F + HO—Si≡
9.2.2.3、玻璃的风化
1)概念:玻璃和大气的作用称为风化。 2)征状:
表面出现雾状薄膜,或者点状、细线状模糊物,有 时出现彩虹。严重时,玻璃表面形成白霜,因而失去 透明,甚至产生平板玻璃粘片现象。
3)发生条件:
§9-2 玻璃的腐蚀
玻璃的结构
①溶解
腐蚀类型
②水解和腐蚀 ③玻璃的风化 ④选择性腐蚀
和机理
§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 以 SiO2 为主要组成,含有 R2O 、 RO (碱金属或碱土 金属)、Al2O3、B2O3等多种氧化物。 具有很好的耐酸性,耐碱性相对较差些,这与其组 成和结构密切相关。 玻璃的结构图 (next page)
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 ② ③ ④
∵
的性质无关,而与酸的浓度有关; 酸的电离度越大,对材料的破坏作用越大; 酸的温度升高,电离度增大,破坏作用增强; 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。
§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
§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。 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)
(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。
9.1.2影响因素
特殊情况:对于含量较高的耐酸材料,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 SiF4 + 2HF H2[SiF6] (氟硅酸) H3PO4 HPO3 + H2O (高温>300℃ )
9.2.2.4、选择性腐蚀
玻璃的这种相分离及选择性腐蚀,产生孔洞的直径在
3~6nm之间,孔洞的体积可达28%,所以腐蚀危害比较 大。若,再通过弱碱处理,由于溶去孔洞内部的高 SiO2的残存区,可扩大孔洞直径。 防护措施: 使材料表面均匀化和调整介质的腐蚀活性是防止选择腐 蚀的基本方法。例如:往玻璃的介质内加入某些组分作 为缓蚀剂。 用途:制作分子筛 有时选择性腐蚀也有有益的用途, 例如: 简单的钠玻璃可通过上述的热处理工艺—腐蚀工艺,获 得孔洞直径为0.7nm的疏松玻璃,显示分子筛功能。
9.2.2.2、水解与腐蚀
由于H+减少,PH值升高,从而OH-开始对玻璃腐蚀。
上述离子交换产物可进一步发生水化反应:
随着这一水化反应的进行,玻璃中脆弱的硅氧网 络被破坏,从而玻璃受到侵蚀。
I.
玻璃耐酸原因:
1)硅酸凝胶:水化反应反应的产物Si(OH)4是一种极性
分子,它能使水分子极化,从而定向的附着在自己的 周 围 , 成 为 Si(OH)4·nH2O , 组 成 一 个 高 度 分 散 的 SiO2-H2O系统。 大部分附着在材料表面,形成硅胶薄膜。
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, 经加工而成,因而其主要成分为各种氧化物,如SiO2、 Al2O3、TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、 PbO等。
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
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:
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 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。
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。
≡Si—O—Na + H2O →离子交换→ ≡Si—OH + NaOH ≡Si—O—Si≡ + OH- → ≡SiOH + ≡SiO-
由于风化时表面产生的碱不会移动,故风化始终在玻璃 表面上 进行,随着时间增加而变得严重。 注: a. 在不通风的仓库储存玻璃时,若湿度高于75%, 温 度达40℃以上,玻璃就会严重风化。 b. 大气中CO2和SO2气体,会加速玻璃的风化。
在碱溶液中,OH-通过如下反应: ≡Si—O—Si≡ + OH- → ≡SiOH + ≡SiO这种反应使Si-O-Si链断裂,非桥氧≡SiO-群增大 使结构被破坏 SiO2 溶出,玻璃表面不能生成保护 膜。 因此,玻璃在碱液中的腐蚀,比在水中或酸性溶 液中严重,且不受扩散控制。 措施:在玻璃中加入ZrO2 ∵ ZrO2在硅酸盐玻璃中深解度小,能显著增大玻璃 的粘度,并适当降低热膨胀系数,从而能显著提 高玻璃的耐碱性。
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
2)硅胶薄膜的形成着硅胶薄膜的增厚,H+与Na+的交换速度越来越慢,
从而阻止腐蚀继续进行。 注:此过程受H+向内扩散的控制
因此,在酸性溶液中, R+为 H+所置换,但 Si-O-Si
骨架未动,并且所形成的胶状产物又能阻止反应 继续进行,故腐蚀少。
Ⅱ、玻璃不耐碱原因:
一般来说,含有足够量的SiO2的硅酸盐玻璃是耐腐
蚀的。 特列:
加入了大量的 Ba、Pb及其他的重金属氧化物,由于这些氧 化物的溶解,使得这类玻璃容易被醋酸、硼酸、磷酸等弱 酸腐蚀。 ② 硅酸盐玻璃极易被氢氟酸腐蚀。
① 在为了获得某些光学性能的光学玻璃中,降低了 SiO2的量,
∵ 阴离子F-的作用,氢氟酸极易破坏Si-O-Si键而腐蚀玻 璃。
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。
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 此反应实质是弱酸盐的水解。
2HPO3 P2O5 + H2O
SiO2 + P2O5 SiP2O7 (焦磷酸硅 )