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搪玻璃設備瓷層損壞常見(jiàn)的有以下幾種類(lèi)型:
上兩期我們談到了機械損壞、“梯形”缺陷損壞、壓損壞、溫差急變及熱應力損壞,這一期我們來(lái)談一下腐蝕損壞。
(一)堿的腐蝕
搪玻璃層一般不耐堿,堿對瓷層的侵蝕是通過(guò)OH- 破壞硅氧骨架(≡Si-O-Si≡健)而產(chǎn)生≡Si-O - 群 ,使SiO 2 溶解在溶液中。所以,在瓷層侵蝕過(guò)程中,不形成硅酸凝膠薄膜,瓷層的侵蝕程度與侵蝕時(shí)間成直線(xiàn)關(guān)系。
瓷層受堿侵蝕的過(guò)程可分為如下三個(gè)階段:
第一階段:堿溶液中的陽(yáng)離子首先吸附在玻璃表面上。
第二階段:由于陽(yáng)離子有束縛其周?chē)腛H- 的作用,因此,當陽(yáng)離子吸附在玻璃表面的同時(shí),玻璃表面附近的OH -濃度相應增高,起著(zhù)“攻擊”和斷裂玻璃表面硅氧鍵(≡Si-O-Si≡)的作用。
第三階段:≡Si-O-Si≡骨架破壞后,產(chǎn)生≡Si-O-群,最后變成了硅酸離子。有時(shí)它和吸附在瓷層表面的陽(yáng)離子形成硅酸鹽,并逐漸溶解在堿溶液中。
由堿引起的腐蝕比酸嚴重的多。在不揮發(fā)性的堿的情況下,腐蝕僅發(fā)生在液體狀態(tài)。與酸不同,濃度與PH值越大,腐蝕就越大。但溫度是更重要的和可變的因素。在普通的腐蝕性的蘇打溶劑中,溫度增加10℃,腐蝕速度就加倍。與酸不同,腐蝕的速度與時(shí)間保持實(shí)際的持續性。堿腐蝕的特點(diǎn)是出現針孔,碎片,以及嚴重失去光澤,產(chǎn)生像細砂紙一樣無(wú)光澤的表面 。
以下3張圖為幾種常見(jiàn)的堿性介質(zhì)腐蝕后搪玻璃設備圖:
下圖為GP-10的NaOH腐蝕速率圖
(二)氫氟酸及濃磷酸腐蝕
氫氟酸會(huì )嚴重地腐蝕瓷層。氫氟酸與瓷層的主要成份SiO2反應,以蒸汽的狀態(tài)形成SiF4。
SiO2+4HF→SiF4↑=2H 2O
下圖為氫氟酸腐蝕后的搪玻璃設備圖
下圖為GP-10的 H 3 PO 4 腐蝕速率圖:
濃磷酸是多種磷酐水合物的混合物,其主要存在形態(tài)決定于溶液中H2O/P2O 5的摩爾比。濃磷酸具有脫水傾向,在200℃以下,濃磷酸主要以正磷酸(3H2O·P 2O 5)的形態(tài)存在,但在200℃以上,正磷酸脫水而轉變?yōu)榻沽姿幔?H 2 O·P 2O 5)。正磷酸和焦磷酸對搪瓷面具有不同的腐蝕性。
85%的濃磷酸對搪瓷面的腐蝕首先是侵蝕瓷釉表面的非網(wǎng)絡(luò )形成劑,在瓷釉表面生成了富氧化硅的保護膜,阻緩了進(jìn)一步的腐蝕。與濃磷酸相比,焦磷酸具有較強的酸性,其電離常數K1=10 -1,是正磷酸(K 1=75×10-3)的12倍,因而對搪瓷面具有較強的腐蝕作用(下圖為GP-10的H 3PO 4腐蝕速率圖)。
焦磷酸和玻璃的作用首先是磷酐和硅酐在搪瓷表面進(jìn)行了相互交換,即:(HO)2P(O)(O)P(O)(OH) 2 + ≡SiOSi≡→2[(H 2O)P(O)Si≡]。
再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的縮合就生成了磷酸硅晶體。由于大部分搪瓷面可溶于焦磷酸溶液中,并產(chǎn)生磷酸鹽晶體,可以認為焦磷酸首先是侵蝕瓷釉中非網(wǎng)絡(luò )形成劑,使之脫離氧化硅網(wǎng)絡(luò ),其次再和氧化硅網(wǎng)絡(luò )作用而生成磷酸硅晶體。在溫度較低及焦磷酸的含量較少的情況下,氧化硅網(wǎng)絡(luò )和焦磷酸作用生成了含P2O 5較少的晶體[n(SiO2)/n(P 2O 5)=1.5]即3SiO 2·2P 2O 5晶體,在較高溫度和焦磷酸含量較大的情況下,生成的晶體n(SiO 2)/n(P 2O 5)=1,即P 2O 5的成份增加。
所以,焦磷酸對搪玻璃設備的腐蝕是相當嚴重的,生成的反應產(chǎn)物不能形成連續的保護性膜層。
參考文獻:《搪瓷與搪玻璃》
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