《无机材料物理性能》第九章 材料在特殊环境中的性能

第九章材料在特殊环境中的性能 陶瓷材料腐蚀和它与各种性能降低已引起人们 广泛关注,特别是新兴材料的耐蚀性的研究尤 为重要 通过对陶瓷材料的正确选择和使用使腐蚀的损 失最小化

第九章 材料在特殊环境中的性能 • 陶瓷材料腐蚀和它与各种性能降低已引起人们 广泛关注，特别是新兴材料的耐蚀性的研究尤 为重要。 • 通过对陶瓷材料的正确选择和使用使腐蚀的损 失最小化

9腐蚀 各种材料在一定程度上都会在环境{如大气、海 水、土壤、光照、高温和应力等}作用下发生性 能劣化,甚至完全失效。材料在环境作用下的劣 化,对金属和陶瓷来说,习惯上称腐蚀,对高聚 物来说,习惯上称老化 材料腐蚀包括液体腐蚀、气体腐蚀、固体腐蚀 高温氧化与腐蚀及特种腐蚀(如核辐射)等,本 章主要讨论液体腐蚀、气体腐蚀和固体腐蚀对无 机非金属材料的腐蚀

9.1腐蚀 • 各种材料在一定程度上都会在环境{如大气、海 水、土壤、光照、高温和应力等}作用下发生性 能劣化，甚至完全失效。材料在环境作用下的劣 化，对金属和陶瓷来说，习惯上称腐蚀，对高聚 物来说，习惯上称老化。 • 材料腐蚀包括液体腐蚀、气体腐蚀、固体腐蚀、 高温氧化与腐蚀及特种腐蚀（如核辐射）等，本 章主要讨论液体腐蚀、气体腐蚀和固体腐蚀对无 机非金属材料的腐蚀

91.1液体腐蚀 ·材料在液体中的溶解度可从相图上获得,相图 提供了给定温度下的饱和成分。 液体对固体材料的腐蚀是通过在固态晶体材料 和溶剂之间形成一层界面或反应产物而进行的。 液体里晶体组分的饱和溶解浓度,以及这些组 分的扩散系数,共同决定了存在的是某一机理 还是其他机理

9.1.1液体腐蚀 • 材料在液体中的溶解度可从相图上获得，相图 提供了给定温度下的饱和成分。 • 液体对固体材料的腐蚀是通过在固态晶体材料 和溶剂之间形成一层界面或反应产物而进行的。 • 液体里晶体组分的饱和溶解浓度，以及这些组 分的扩散系数，共同决定了存在的是某一机理 还是其他机理

91.1.1玻璃腐蚀 含氧化铝材料 碳化物和氮化物

9.1.1.1玻璃腐蚀 • 含氧化铝材料 • 碳化物和氮化物

9.1.1.2水溶液的腐蚀 ·硅酸盐玻璃 水对硅酸盐玻璃的腐蚀机理包括离子交换和基 体溶解之间的竞争,这一竞争又受到玻璃成分 和可能形成的保护性界面层的影响 碳化物和氮化物 过渡金属的碳化物和氮化物在室温下是化学稳 定的但会被浓缩的酸侵蚀。唯一的例外是VC, VC在室温下缓慢氧化

9.1.1.2水溶液的腐蚀 • 硅酸盐玻璃 水对硅酸盐玻璃的腐蚀机理包括离子交换和基 体溶解之间的竞争，这一竞争又受到玻璃成分 和可能形成的保护性界面层的影响。 • 碳化物和氮化物 过渡金属的碳化物和氮化物在室温下是化学稳 定的但会被浓缩的酸侵蚀。唯一的例外是VC， VC在室温下缓慢氧化

91.1.3熔盐腐蚀 氧化物 碳化物和氮化物 当各种熔融盐存在时,S和Si3N4形成的普通 SjO2保护层能显著加速腐蚀。S〕2保护层在碱 性盐溶液中被腐蚀,而在酸性盐溶液中不被腐 蚀

9.1.1.3熔盐腐蚀 • 氧化物 • 碳化物和氮化物 当各种熔融盐存在时，SiC和Si3N4形成的普通 SiO2保护层能显著加速腐蚀。SiO2保护层在碱 性盐溶液中被腐蚀，而在酸性盐溶液中不被腐 蚀

91.1.4熔融金属的腐蚀 ·应用陶瓷抵抗熔融金属的腐蚀在陶瓷工业占很 大一部分,如钢铁工业和有色金属(铝和铜是 最重要的)生成中的熔炉使用的耐火材料。当 今钢铁和有色金属工业消耗大约占所有耐火材 料产量的70%,因此由于金属腐蚀引起的问题 是非常重要的

9.1.1.4熔融金属的腐蚀 • 应用陶瓷抵抗熔融金属的腐蚀在陶瓷工业占很 大一部分，如钢铁工业和有色金属（铝和铜是 最重要的）生成中的熔炉使用的耐火材料。当 今钢铁和有色金属工业消耗大约占所有耐火材 料产量的70%，因此由于金属腐蚀引起的问题 是非常重要的

9.1.2气体腐蚀 ·陶瓷受蒸气侵蚀要比受液体和固体的侵蚀严重。 主要是因为相对于液体和固体来说,表面积的 增加更有利于气体腐蚀

9.1.2气体腐蚀 • 陶瓷受蒸气侵蚀要比受液体和固体的侵蚀严重。 主要是因为相对于液体和固体来说，表面积的 增加更有利于气体腐蚀

91.2.1晶体材料 蒸气侵蚀多晶体陶瓷会造成比液体或固体的腐 蚀都要严重得多的腐蚀。与蒸气腐蚀有关的最 重要的材料性能之一是孔隙度或渗透性。如果 蒸气能渗透进材料,暴露于蒸气侵蚀的表面积 大大增加,使腐蚀加快进行。正是因为暴露于 蒸气侵蚀的总表面积的重要性,所以孔隙度体 积和孔隙尺寸分布都很重要

9.1.2.1晶体材料 • 蒸气侵蚀多晶体陶瓷会造成比液体或固体的腐 蚀都要严重得多的腐蚀。与蒸气腐蚀有关的最 重要的材料性能之一是孔隙度或渗透性。如果 蒸气能渗透进材料，暴露于蒸气侵蚀的表面积 大大增加，使腐蚀加快进行。正是因为暴露于 蒸气侵蚀的总表面积的重要性，所以孔隙度体 积和孔隙尺寸分布都很重要

91.22玻璃 大气条件下,被称为风化的玻璃腐蚀基本上是 由水蒸气所造成。风化发生的机理有两种。这 两种类型的风化都在玻璃表面产生凝集,然而, 种类型是蒸发,而另一种类型是携带与其反 应的任何产物从表面流聚到一点。前一类型是 以形成富碱膜为特征。这层富碱膜与大气中的 气体,如CO2反应而形成Na2CO3° 防止蒸气侵蚀玻璃对电子工业至关重要

9.1.2.2玻璃 • 大气条件下，被称为风化的玻璃腐蚀基本上是 由水蒸气所造成。风化发生的机理有两种。这 两种类型的风化都在玻璃表面产生凝集，然而， 一种类型是蒸发，而另一种类型是携带与其反 应的任何产物从表面流聚到一点。前一类型是 以形成富碱膜为特征。这层富碱膜与大气中的 气体，如CO2反应而形成Na2CO3。 • 防止蒸气侵蚀玻璃对电子工业至关重要