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9.2.2. 玻璃腐蚀的机理 1、溶解 ?pH值对可溶性SiO
作者:冠亚体育   发布时间:2021-01-13 15:52

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  玻璃的腐蚀 9.2.1 玻璃腐蚀的特征和概念 C 9.2.2 9.2.3 玻璃腐蚀的机理 玻璃腐蚀的影响因素 玻璃腐蚀的防护 目录 ONTENTS 9.2.4 9.2.1. 玻璃腐蚀的特征和概念 玻璃:从熔融体通过一定方式冷却,因黏度逐渐增大,而具有非晶结构特征和固体机械性质 的物质,不论其化学组成及硬化温度范围如何,都可称之为玻璃。 玻璃是具有长程无序、短程有序结构特征的非晶态、亚稳定态或介稳定态的物质。 玻璃的组成:1、 。如B2O3、SiO2、GeO2、P2O5等,它们形成玻璃的三维结构。 2、 。如Na2O、K2O、CaO、MgO等,它们的金属离子无规则地分 布在三维网络中,所提供的额外氧原子改变了网络结构。 3、 。如Al2O3、PbO等,既可形成玻璃的三维结构,也可改变网络结构。 玻璃成分分类 种类 石英玻璃 碱金属硅酸盐玻璃 钠钙玻璃 硼硅酸盐玻璃 组成 纯净的天然石英 加入碱金属的氧化物,最常 用Na2O 在钠玻璃中加入稳定剂CaO 把普通玻璃中的R2O和RO成 分的一半以上用B2O3置换而 成。 特性 耐酸,但耐碱性较差,热涨 系数很小,热稳定性高。 降低黏度,降低化学稳定性, 增大热膨胀系数。 提高化学稳定性 良好的热稳定性,化学稳定 性也大为改善,耐酸。 铝硅酸盐玻璃 铅玻璃 在钠玻璃中加入Al2O3 在中间体加入氧化铅 增加了化学稳定性和抗晶华 的能力 使玻璃的折射系数及密度增 大 (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。 玻璃腐蚀的概念 玻璃受到的侵蚀首先发生在玻璃表面。由于玻璃表 面存在着裂纹和缺陷,在大气、水、酸或碱等介质参与 下,会发生化学反应为主的物理、化学的侵蚀。首先导 致玻璃表面变质,随后侵蚀作用逐渐深入,直至玻璃本 体完全变质。 显然,这种变质层的性质由玻璃成分、结构、表面 织构及侵蚀介质的性质决定。 9.2.2. 玻璃腐蚀的机理 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。 这种效应可从下页图示所显 示的模型说明: 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。 2、水解 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。 ? 水解时,R(碱金属或碱土金属离子)形成水溶性盐进入溶液,而R+为H+ 置换,使Si-O-R转化为Si-O-H,这种新形成的Si-O-H与原有的Si-O-Si形成胶 状物,可阻止腐蚀继续进行,反应受H+向内扩散的控制。 ? 在酸性溶液中, R+为H+置换,Si-O-Si骨架未动,腐蚀少; 在碱性溶液中,OH-破坏了Si-O-Si,形成Si-O-H及Si-O-Na,腐蚀过程不 受扩散控制。 3、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。 9.2.3. 玻璃腐蚀的影响因素 材料的 化学成 分和矿 物组成 材料孔 隙和结 构 腐蚀介 质 热处理 温度 压力 9.2.4. 玻璃腐蚀的防护 氢氟酸能侵蚀Si-O网络,从而溶解玻璃。不含这种结构单元 的玻璃应能耐氢氟酸侵蚀。在研究中人们找到以铝磷酸盐为 基础的玻璃。 玻璃耐碱性较差,阻碍了把玻璃纤维用作混凝土的增强材料。 以Na2O-ZrO2-SiO2系统为基础的玻璃最能耐碱液侵蚀。 建议用Zr、Ti、Hf或La等盐类的改性处理玻璃纤维,让它们 沉积在玻璃表面做为保护层。用醋酸铍处理特别有效


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