工程材料及耐蚀性精.ppt

工程材料及耐蚀性第1页，本讲稿共193页非金属材料的种类l有机非金属材料 塑料、树脂、橡胶、涂料、复合材料等l无机非金属材料 玻璃、石墨、搪瓷、陶瓷、水泥等第2页，本讲稿共193页非金属材料的腐蚀 l非金属材料和介质环境相互作用产生的变质和破坏称为非金属的腐蚀，与金属材料相比，其腐蚀行为更呈多样性，且缺乏规律性。金属腐蚀一般多在金属表面上开始发生，逐渐向深处发展，而非金属腐蚀破坏多从内部形成。第3页，本讲稿共193页非金属材料的腐蚀类型l按宏观腐蚀形态分类l 轻度腐蚀形态l 中度腐蚀形态l 破坏性腐蚀形态l按腐蚀机理分类l 物理腐蚀l 化学腐蚀 l 大气老化l 环境应力开裂第4页，本讲稿共193页非金属材料的物理腐蚀l物理腐蚀是非金属材料使用中最常见的腐蚀破坏形态，其形成的主要原因是环境介质的渗透扩散及应力（包括材料成型时形成的残余应力，环境温度引发的热应力，结晶型介质及渗入介质因热胀冷缩形成的膨胀应力）联合作用。第5页，本讲稿共193页介质的渗透和扩散l在非金属材料的腐蚀过程中，介质的渗透与扩散起着重要的支配作用，而导致这一结果的主要原因有：大分子结构及其聚集态结构、非金属材料的组成与成份、环境温度和热应力、材料成型时的孔隙率和孔径分布。第6页，本讲稿共193页溶胀和溶解l产生的原因 无论是非晶态高聚物还是结晶态高聚物，发生溶胀时，都是从非晶区开始而逐步进入晶区的，溶剂渗透到高分子材料内部后，使之溶胀和溶解。l判断原则 通常情况下，可采用极性相似原则或溶解度参数相近原则来判断高分子材料耐溶剂性。第7页，本讲稿共193页非金属材料物理腐蚀机制l有机非金属材料 有机非金属材料的物理腐蚀主要表现形式为溶胀和溶解，以及介质对有机介质渗透破坏作用。主要与介质向材料基体扩散、渗透有关。l无机非金属材料 无机非金属材料的渗透性腐蚀主要表现在硅酸盐水泥类材料中。其腐蚀形态以溶出腐蚀及膨胀破碎腐蚀为主。第8页，本讲稿共193页非金属材料的化学腐蚀l化学腐蚀也是非金属材料使用中最常见的腐蚀破坏形态，其形成的主要原因是环境介质、温度、热应力等的作用下非金属材料发生降解、分解、老化等化学破坏。第9页，本讲稿共193页有机非金属材料的化学腐蚀 l氧化反应 l水解和降解作用 l取代基反应 l交联反应 第10页，本讲稿共193页氧化反应 高分子材料（如天然橡胶和聚烯烃高聚物等），在辐射或紫外光等外界因素作用下，能发生高分子氧化反应；氧化性介质（如浓HNO3、浓H2SO4等），也会使高聚物分子发生氧化。其原因是在这些高聚物大分子链上存在有键能较低的与叔碳原子相连的或与双键位碳原子相连的CH键。在氧化过程中，生成的过氧化物分解会导致大分子降解、交联、和链的增长，氧自由基可导致降解，形成酮基醛基，也可使不饱和化合物交联。一般来讲，具有杂链的高聚物比只有碳连的高聚物抗氧化性能好。第11页，本讲稿共193页水解作用 杂链高聚物因其含有氧、氮、硅等杂原子，在碳原子与杂原子之间构成极性键，如醚键、酯键、酰胺键、硅氧键等。水与这类键发生作用而导致高聚物发生降解的过程被称为高聚物的水解。第12页，本讲稿共193页降解作用l含有极性基因的其它腐蚀性介质，如有机酸、有机胺、醇和酯等都能使相对应的高聚物发生降解，称为酸解、醇解、酚解、胺解。对于一些分子链上大多不含易水解基因的高聚物来说，如聚烯烃及其衍生物等，就不易发生水解反应，且耐酸、耐碱性好。第13页，本讲稿共193页取代基反应l在饱和碳碳链高聚物中，虽然不容易存在像氧化反应中的双键或三键等基因断裂降解，但是在特定情况下、碳碳链的碳原子也可以被其它原子所取代，而发生取代基反应。通过情况下发生卤代取代反应的机会比较多。另外有些高聚物在浓H2SO4、HNO3的作用下，可以发生磺化和硝化的取代反应。第14页，本讲稿共193页交联反应l有些高聚物在使用过程中，受日光或环境作用，相邻链间会发生交联反应而使材料硬化变脆。第15页，本讲稿共193页无机非金属的化学腐蚀 l常见的耐蚀硅酸盐材料，主要是由硅、氧原子组成，常以硅酸盐和硅石（SiO2）存在。而分解型腐蚀通常发生在硅酸盐硬化水泥石中，通过离子交换反应，硬化水泥石可受到如下三种形式的分解型腐蚀。l（1）形成可溶性钙盐 l（2）形成不溶性钙盐 l（3）镁盐侵蚀第16页，本讲稿共193页非金属材料环境应力腐蚀开裂 l开裂机理 l分类 l影响因素 第17页，本讲稿共193页开裂机理l主要理论：表面能（S）降低理论 附着功（W）理论、自由能变化值（G）理论l理论局限性 自由能变化值理论是最具有说服力第18页，本讲稿共193页环境应力腐蚀开裂分类l环境应力腐蚀开裂l溶剂开裂l氧化应力开裂第19页，本讲稿共193页影响因素l非金属材料的性质l非金属材料受应力的大小、方向l环境介质组成与成份第20页，本讲稿共193页复合材料的腐蚀 l腐蚀原理 l腐蚀影响因素 l防腐蚀对策 第21页，本讲稿共193页腐蚀原理 影响复合材料耐腐蚀性能的主要因素是树脂基体，玻璃纤维基材及二者间界面。当环境介质分子经树脂基体渗透扩散到玻璃纤维后，将激发复合材料基体内力一起对玻璃纤维及树脂与玻璃纤维界面形成腐蚀破坏，导致玻璃纤维失强及界面粘结强度下降。由于界面粘结不充分，渗入的介质在界面间空隙处产生渗透压，协同残余应力一起破坏界面，并由于毛细现象使介质分子沿毛细管迅速渗入界面空隙区。循环往复，最终导致复合材料分层、脱粘、鼓泡、开裂，同时环境温度及其热应力可加速该过程。第22页，本讲稿共193页影响因素l拉伸应力l环境介质l材料（树脂基材、增强体）l树脂基材与增强体之间的界面结构第23页，本讲稿共193页防腐蚀对策l1)选择合适的偶联剂材料l2）进行合理复合材料结构设计l3）进行鳞片衬里处理第24页，本讲稿共193页耐腐蚀高分子材料 l常用树脂 l环氧树脂 l不饱和聚酯 l呋喃树脂 l复合树脂 第25页，本讲稿共193页酚醛树脂 l制备与合成l种类l固化与固化剂l结构与耐蚀性l应用第26页，本讲稿共193页制备与合成l酚醛树脂是以酚类和醛类化合物为原料，在催化剂存在下缩合得到的一类树脂统称。通常采用的以苯酚和甲醛为原料而制得的酚醛树脂。第27页，本讲稿共193页种类l热塑性酚醛树脂 在酸性催化剂作用下，苯酚过量而生成的缩聚物l热固性酚醛树脂 在碱性催化剂作用下，甲醛用量增多而生成的。腐蚀与防护用的属于热固性树脂 第28页，本讲稿共193页固化与固化剂l苯磺酰氯l硫酸乙酯第29页，本讲稿共193页结构与耐蚀性l酚醛树脂中仍然存在着酚羟，它是一种弱酸性的基因，能与碱发生化学反应，生成可溶性的酚钠，所以酚醛树脂不耐碱性介质。l由于酚醛树脂是网状立体结构，其分子链是由CC键构成，因此对于各种化学介质的作用较为稳定 l酚醛树脂是仅含一个碳原子的亚甲基把刚性苯环联接而构成的，并且含有大量的极性羟基。因此链带的旋转很困难，分子的柔顺性很差，刚性大，故酚醛树脂显得硬而脆。第30页，本讲稿共193页结构与耐蚀性l酚醛树脂呈体型结构，所以耐热性较好，它的马丁耐热度，即在空气中的热变形温度，约为120左右。但是，热变形温度非它的最高使用温度，酚醛树脂的最高使用温度，根据不同的使用方式，不同的腐蚀介质而定。l酚醛树脂在固化过程中的挥发物和水分逸出，会影响其强度和抗渗性，增加气孔率第31页，本讲稿共193页工程应用l电工l玻璃钢第32页，本讲稿共193页环氧树脂 l合成与制备l种类l固化剂l结构与性能l工程应用第33页，本讲稿共193页合成与制备l环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上环氧基因的一类有机高分子化合物。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为特征，环氧基团可以位于链的末端或中间，由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它可与多种类型的固化剂发生交联反应而生成不溶与不熔的具有三维结构的体型高聚物。第34页，本讲稿共193页种类l环氧树脂品种很多，但工业上产量最大的环氧树脂品种是缩水甘油醚型环氧树脂，而其中以二酚基丙烷（简称双酚A）与环氧丙烷缩聚而成的二酚基丙烷型环氧树脂（简称双酚A型环氧树脂）为主要产品。第35页，本讲稿共193页固化剂l胺类固化剂l酸酐类固化剂l含有活性基团的合成树脂 第36页，本讲稿共193页结构与性能l由于环氧树脂结构中含有一些特殊的基因，因此环氧树脂具有很强的粘合力。它能够粘结金属、非金属多种材料。l环氧树脂的分子链是碳一碳键和醚构成的，化学性质很稳定，能耐稀酸、碱和某些溶剂。l固化后的环氧树脂具有较高的抗弯强度，而不像酚醛树脂那么脆。环氧树脂的固化是一个直接加成反应，反应没有副产物生成，故而其收缩小，热膨胀系数小，一般适用于制造浇铸制品和玻璃制品。l环氧树脂空气中的马丁热度在105130左右，但是在浓度较高的酸或碱介质中使用时，其使用温度大大降低。第37页，本讲稿共193页工程应用l涂料l玻璃钢l其他第38页，本讲稿共193页不饱和聚酯 l合成与制备l固化与助剂l结构与性能l工程应用第39页，本讲稿共193页合成与制备l不饱和聚酯是聚酯树脂的一类，通常用于玻璃钢的。通过酯化反应可以用二元酸与二元醇或三元醇的酯化反应来制备生成不饱和聚酯。第40页，本讲稿共193页固化与助剂l自身固化 不饱和聚的分子结构中还含有不饱和双键，它可以在引发剂存在下与其它不饱和化合物反应，交联固化成体型结构。也可以通过自身所含双键交联固化。l助剂交联固化 在交联固化过程中，除了需要交联外，还需要引发剂、促进剂、阻聚剂、触变剂等，来共同完成不饱和聚酯的固化。第41页，本讲稿共193页结构与性能l不饱和聚酯树脂不耐氧化性介质，在氧化性介质中，树脂极易老化，特别是温度升高，老化过程会加速，因而不耐蚀。在聚酯树脂分子链中含有大量的酯键，在碱和热酸条件下，能发生水解，而耐碱及耐溶剂性能较差。第42页，本讲稿共193页工程应用l涂料l玻璃钢l其他第43页，本讲稿共193页呋喃树脂l种类l固化与改性l结构与性能l工程应用第44页，本讲稿共193页种类l定义 分子结构中含有呋喃树脂环的树脂l种类 糠醇树脂 糠醛丙酮树脂和 糠醛丙酮树脂第45页，本讲稿共193页固化与改性l固化剂 酚醛树脂的固化剂可以作为呋喃树脂用固化剂，如苯磺酰氯、硫酸乙酯等l改性 可以用增塑剂来降低呋喃树脂的脆性第46页，本讲稿共193页结构与性能l固化了的呋喃树脂具有良好的耐酸、耐碱性能，可在酸、碱交替的介质中使用。由于呋喃树脂分子中还有部分双键存在，易被氧化，故不耐强氧化性介质。l固化后的呋喃树脂具有非常好的紧密网状结构，使得它具有比较好的耐溶剂性能及耐温性能。但是呋喃树脂因交联度高而缺乏柔韧性，在外力作用下，树脂容易碎裂。第47页，本讲稿共193页工程应用l胶泥l高温场合使用第48页，本讲稿共193页复合树脂 l复合的目的与意义l种类l合成与制备l固化与固化剂l结构与性能l工程应用第49页，本讲稿共193页复合的目的与意义l为了克服单一树脂的缺陷，发展了复合树脂，复合树脂是两种或两种以上单一树脂经过简单复合或改性而成的，复合树脂的各种性能与原来树脂的性能大不相同，可以达到互相取长补短的目的。第50页，本讲稿共193页种类l常见的复合树脂有：1）甲基丙烯酸（或丙烯酸）环氧树脂 2）双酚A型聚酯树脂第51页，本讲稿共193页工程应用l涂料l胶泥l浸渍剂及玻璃钢 第52页，本讲稿共193页常用塑料 l定义与概述l一般性能l种类l工程应用第53页，本讲稿共193页定义与概述l塑料是以合成的或天然的树脂作为主要成分，加上其它各种添加剂，在一定条件下加工成型的。第54页，本讲稿共193页一般性能l性能影响因素：1）主体成分聚合物树脂的性质 2）聚合物的分子量大小，分布以及空间构型 3）某些成分辅料l性能优缺点 优点：如密度小、比强度大、耐腐蚀性好和易加工等 缺点：如不耐高温、强度差易变形、热膨胀系数大、导热差、易老化等 第55页，本讲稿共193页种类l按照应用领域分：通用塑料 工程塑料 特种塑料l按成型工艺性能分：热固性塑料：一般是由缩聚类树脂组成 热塑性塑料：一般是由聚合类树脂组成第56页，本讲稿共193页工程应用l型材 塑料既可以作为结构材料，也可作耐蚀衬里材料和绝缘材料。l制品 塑料既可以制成型材，也可以制成制品和日常品。第57页，本讲稿共193页聚氯乙烯 l合成与制备l种类l结构与性能l应用第58页，本讲稿共193页合成与制备l聚氯乙烯树脂是由氯乙烯单体聚合而成。悬浮聚合两乳液聚合是工业上常用的生产制备方法。聚氯乙烯塑料属于热塑料，是以聚氯乙烯为主要成分，加入辅助添加剂，经过捏合、混炼和加工成型等制得。第59页，本讲稿共193页种类l根据增塑剂加入量的不同，聚氯乙烯塑料分为硬质和软质两类：硬质：在100份树脂中加入3070份增塑剂 软质：在100份树脂中加入5份以下增塑剂 第60页，本讲稿共193页结构与性能l具有一定的机械强度l焊接和成型性能良好l良好的耐腐蚀性能 第61页，本讲稿共193页工程应用l应用领域：化工、石油、制药、染料等工业l使用类型：硬聚氯乙烯塑料：常用来作为型材来使用 软聚氯乙烯塑料：因机械强度低，常用作设备衬里 第62页，本讲稿共193页聚乙烯 l合成与制备l种类l结构与性能l工程应用第63页，本讲稿共193页合成与制备l聚乙烯是乙烯的高分子聚合物 第64页，本讲稿共193页种类l根据聚合工艺条件：高压聚乙烯 中压聚乙烯 低压聚乙烯l根据分子结构：低密度聚乙烯：高压聚乙烯的分子结构中含有较多支链，结晶度较小，密度低，故称为低密度聚乙烯。高密度聚乙烯：低压聚乙烯的分子结构中含有支链少，结晶度高，密度大，故又称为高密度聚乙烯。第65页，本讲稿共193页结构与性能l物理机械性能 由于聚乙烯是结晶性聚合物，聚乙烯的物理机械性能主要受结晶度大小的影响，此外，聚乙烯的分子量以及分子量分布也有一定的作用。超高分子量的高密度聚乙烯具有较高的冲击强度和长期耐疲劳性能，并且有优异的抗摩擦性和自润滑性l化学与耐蚀性能 聚乙烯的耐腐蚀性能和硬聚氯乙烯差不多。无机介质：常温下能耐一般的酸、碱、盐腐蚀有机介质：在耐化学介质和溶剂的性能方面，高密度聚乙烯比低密度聚乙烯好些。第66页，本讲稿共193页工程应用l是一种优良的工程塑料。第67页，本讲稿共193页聚丙烯 l合成与制备l种类l结构与性能l工程应用第68页，本讲稿共193页合成与制备l聚丙烯是丙烯单体聚合的高聚物。以聚丙烯为主体的塑料称为聚丙烯塑料。第69页，本讲稿共193页种类l立体规整性 等规聚丙烯 间规聚丙烯 无规聚丙烯。l改性成分来分 多种改性产品。第70页，本讲稿共193页结构与性能l机械物理性能 优点：软化点高，耐热性好，拉伸强度与刚性都好，硬度大，耐磨性好，耐应力开裂很出色，电绝缘性好。缺点：是低温冲击强度差，易脆化；耐候性差，静电性高，线胀系数大。l化学与耐蚀性能 优点：具有很好的耐蚀性能，并且耐溶剂性也优于硬 缺点：聚丙烯分子中的叔碳原子容易被氧化，因此，不耐强氧化性介质的腐蚀。第71页，本讲稿共193页工程应用l成型方式 聚丙烯可以用于注射、挤压、模压、衬里等方法加工制品l应用对象 广泛用于工业生产，在化工中常用作管道、反应槽、衬里等第72页，本讲稿共193页氟塑料 l合成与制备l种类l结构与性能l工程应用第73页，本讲稿共193页合成与制备l含有氟原子的塑料总称氟塑料。第74页，本讲稿共193页种类l聚四氟乙烯l聚全氟乙烯l聚偏二氟乙烯l聚三氟乙烯第75页，本讲稿共193页结构与性能l由于氟塑料分子结构中存在着氟原子，使聚合物具有极为优良的耐腐蚀性、耐热性、电性能和自润滑性等。第76页，本讲稿共193页工程应用l村里l自润滑材料l密封材料l耐蚀材料第77页，本讲稿共193页酚醛塑料 l合成与制备l种类l结构与性能l工程应用第78页，本讲稿共193页合成与制备l酚醛塑料是以酚醛树脂为基材，加入其他添加剂制成的热固性塑料。第79页，本讲稿共193页种类l酚醛塑料l改性酚醛塑料，如环氧改性等第80页，本讲稿共193页结构与性能l物理机械性能 酚醛塑料制品在常温下具有优良的尺寸稳定性，承载时变形较小，耐热性好、一般可在150以下长期使用，有较高的机械强度，有较好的电绝缘性。l化学与耐蚀性能 耐腐蚀性能好第81页，本讲稿共193页工程应用l酚醛塑料可用于制作：电器及其零部件 耐磨件 防腐蚀用的各种器件第82页，本讲稿共193页耐高温聚合物塑料 l定义和种类l结构与性能l工程应用第83页，本讲稿共193页定义和种类l定义 耐高温聚合物塑料是指在空气中于200以上温度下有一定使用寿命的高分子材料。l种类 主要品种有聚苯硫醚塑料、有机硅、聚苯烃、聚苯酯、聚二苯醚、聚酰亚胺等。第84页，本讲稿共193页结构与性能l高的热稳定性l优良的耐蚀性第85页，本讲稿共193页工程应用l使用对象：主要用于制造耐热塑料、复合材料、薄膜、纤维、粘结剂和涂层等。l使用成本：虽然这类塑料具有优良的耐高温性能和耐蚀性能，但是其价格一般偏高。第86页，本讲稿共193页塑料合金 l定义与种类l制备方法l结构与性能l工程应用第87页，本讲稿共193页定义与种类l定义：把两种或两种以上塑料共混后，形成表观均匀的多组分体系，表现出比单塑料更优越的性能的新型塑料，称为塑料合金。l种类 主要品种有聚氯乙烯（PVC）共混聚合物、聚乙烯（PE）共混聚合物和聚丙烯（PP）共混聚合物几类。第88页，本讲稿共193页制备方法l物理方法：把两种以上塑料聚合物熔融混炼法 把两种以上塑料聚合物乳液混合后共凝集法l化学方法：接枝聚合法 嵌段聚合法 互贯网络聚合法第89页，本讲稿共193页结构与性能l合金组分与状态 塑料合金的性能在很大程度上受共混组分分散状态的支配，而分散状态又受各组分溶解度参数影响，若两组分溶解参数相差0.5以下就可以相溶。l共混及其作用 改善加工性能和物理机械性能，赋予新的功能以降低成本等。第90页，本讲稿共193页橡胶 l概述l分类l橡胶制品类型l物理机械性能 l化学性能 l主要用途 第91页，本讲稿共193页概述l橡胶是一种有机高分子材料，在很宽的温度范围内具有高弹性，在较小的应力作用下就能产生较大的弹性变形（2001000）的物质。第92页，本讲稿共193页分类l按照原料来源，天然橡胶：目前用于设备衬里的橡胶主要是天然橡胶 合成橡胶l按照使用性能和环境 通用橡胶：主要作为工业制品和日用杂品 特种橡胶：用于特殊环境使用的制品第93页，本讲稿共193页橡胶制品类型l橡胶类型 到目前为止，开发合成橡胶出了170多个品种。常用的橡胶有：天然橡胶、氯化橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶等。l 橡胶制品的规格和种类 主要有橡胶板材、胶管和胶带几大类第94页，本讲稿共193页物理机械性能l橡胶的应用主要取决于其力学物理性能：橡胶具有较高的弹性、耐低温性能和耐磨性能 导热性能较差 良好的绝缘性能，因为橡胶大多为非极性分子。第95页，本讲稿共193页化学性能l橡胶耐化学腐蚀性很好，除了强氧化性介质、有机溶剂、油脂等介质外，对大多数介质都是耐蚀的。l具有耐磨蚀、防空蚀l有优良的交替形变和温度变化的适应能力。第96页，本讲稿共193页主要用途l用途 橡胶一般情况下作为设备衬里用。l硫化工艺 一般情况下，通过硫化方式对橡胶进行改性，提高其性能。化工设备常用的橡胶衬里一般选用未硫化橡胶，衬贴后进行硫化；或者选用预硫化胶板，粘贴后自然硫化。第97页，本讲稿共193页无机非金属材料 l陶瓷材料 l耐酸陶瓷l工程陶瓷 l玻璃 l化工搪瓷 l铸石 l耐酸水泥 第98页，本讲稿共193页陶瓷材料l基本概念 l陶瓷的结构l分类 l性能 力学与物理性能 热性能 化学稳定性 其他性能 第99页，本讲稿共193页基本概念l经典陶瓷l现代陶瓷泛指包括玻璃、水泥、耐火材料等全部硅酸盐材料，以及经过成型、烧结等工序得到的金属的氧化物、非氧化物等无机非金属材料的总称。陶瓷的力学性能、热性能以及耐腐蚀性能等基本性能与陶瓷内部的组织结构密切相关，而组织结构又主要取决于陶瓷的原料与制造工艺。第100页，本讲稿共193页陶瓷的结构l陶瓷是一种多晶体材料，一般由晶相、玻璃相和气相组成。第101页，本讲稿共193页分类l普通陶瓷包括日用、建筑用、绝缘用、化工用、多孔等几类陶瓷l特种陶瓷分为氧化物、氮化物、碳化物、复合、金属、纤维增强等几类陶瓷l其他硅酸盐陶瓷有玻璃、铸石、水泥、耐火材料等第102页，本讲稿共193页力学与物理性能l陶瓷材料易发生脆性断裂，这是其主要的力学特征和最大的特点。l陶瓷的结合键很强，使它具有很高的抗压强度和硬度。第103页，本讲稿共193页热性能l陶瓷材料的熔点较高，一般是2000以上l热容较小，导热性较差，大约为碳钢材料的125l陶瓷材料的线膨胀系数较小，比高聚物和金属低，一般为105106k-1l陶瓷承受温度急剧变化的能力较差，受急冷急热时容易破坏 第104页，本讲稿共193页化学稳定性l影响因素：陶瓷材料具有良好的耐腐蚀性能，其耐腐蚀能力与材料的化学成分、矿物组成、孔隙率、结构类型和腐蚀介质的性质有关。l耐蚀性：普通陶瓷对于大多数无机酸很稳定，但不耐HF和高温下的H3PO4和NaOH，一些特种陶瓷具有非常优异的抗高温氧化能力。第105页，本讲稿共193页其他性能l绝缘性能 陶瓷晶体中没有自由电子存在，使大多数陶瓷具有良好的绝缘性能，常用作绝缘材料。l导电性 少数陶瓷既是离子导体，又有一定的电子导电性，常用作光电材料使用。l生物活性 有些陶瓷材料在动物体内没有排异性，可作为生物材料而使用。l磁性能 部分陶瓷具有磁性，而作为磁性材料使用。第106页，本讲稿共193页防腐蚀用陶瓷材料l化工陶瓷（耐酸陶瓷）属普通陶瓷中的一种l玻璃、铸石、水泥、耐火材料等 属于其他硅酸盐陶瓷材料范畴 第107页，本讲稿共193页耐酸陶瓷（化工陶瓷）l概述 l化学组成与性能 l主要品种与用途 第108页，本讲稿共193页概述 用于石油、化工设备的防腐或作独立化工设备的陶瓷称为化工陶瓷。由于化工陶瓷的耐酸性好，耐碱性差，所以又称为耐酸陶瓷。第109页，本讲稿共193页化学组成与性能l化学组成 普通耐酸陶瓷是以黏土，瘠性料和助溶剂三大类材料经烧结而成，耐酸陶瓷表面常用食盐上釉，这种釉坚固结实，与坯体结合好，耐酸不脱落，不开裂，可提高陶瓷的抗渗透性。l性能 耐腐蚀 不渗透性 能耐一定的温度急变 承受一定压力第110页，本讲稿共193页主要品种与用途l耐酸陶瓷制品：砖、板、管、各种化工设备及流体输送机械等。l用途 应用最多的还是耐酸砖、板，主要作为防腐蚀衬里材料。第111页，本讲稿共193页工程陶瓷 l概述 l品种与用途 第112页，本讲稿共193页概述l指一类具有特殊力学，物理或化学性能的陶瓷，其原料都是经过人工制备的高纯度化合物，其成分和配比可以控制，制品质量稳定，高比强度、高温高强结构材料和具有各种特殊功能的材料，并在工程上被用作结构材料的一类陶瓷常称为工程陶瓷。第113页，本讲稿共193页品种与用途l防腐用陶瓷主要品种：氧化铝陶瓷 氮化硅陶瓷 碳化硅陶瓷l用途：化工设备用部件：零件、活塞、阀、热电偶套管等。机械零部件：零部件、内衬材料、泵部件、密封、轴套、拉丝成型模具、浇注用的拉芯棒和压铸模具、涡轮叶片、耐磨部件（轴承、滚珠、密封件等）等。第114页，本讲稿共193页玻璃 l概述 l种类l工业玻璃l化工玻璃组成l化工玻璃性能 化学性能、力学性能、热性能、其他性能 l化工常用玻璃 l玻璃衬里 概述、要素、工艺和性能第115页，本讲稿共193页概述l定义：凡熔融体通过一定方式冷却，因粘度逐渐增加而具有固体的机械性质与一定结构特征的非晶体物质，不论其化学组成及硬化温度范围如何，都称为玻璃 l玻璃范畴 广义：包括单质玻璃、有机玻璃和无机玻璃 狭义：仅指无机玻璃。第116页，本讲稿共193页种类l硅酸盐玻璃：以SiO2为主要成分的硅酸盐玻璃l氧化物玻璃：以其他氧化物为主要成分的氧化物玻璃l非氧化物玻璃：以硫属化合物或卤化物为主的非氧化物玻璃l金属玻璃：由某些合金形成的金属玻璃 第117页，本讲稿共193页化工用玻璃的组成化工用玻璃属于硅酸盐玻璃，主要化学成分是二氧化硅（SiO2）,还有各种金属氧化物如Na2O,K2O,CaO,MgO,Al2O3,B2O3,BaO,ZnO,PbO等，它们是由石英砂、硼酸、硼砂、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱、苦灰石、芒硝、碳酸钾等矿物原料引入。所引入的氧化物赋予了玻璃的各种性能。玻璃的炼制过程中，还加入少量澄清剂、助熔剂、着色剂、乳浊剂等辅助原料，可以赋予玻璃某种特性和加速熔制过程。第118页，本讲稿共193页工业玻璃l种类：硼硅酸盐玻璃、低碱无硼玻璃、石英玻璃和高硅氧玻璃。l用途：常用来制作分馏塔、吸收塔、蒸发器、换热器、反应器及管道、阀门和玻璃泵等。第119页，本讲稿共193页化学性能l玻璃的化学稳定性就是玻璃低抗水、酸、碱以及其它化学溶剂及溶液或气体侵蚀的能力。主要由玻璃中二氧化硅和碱金属氧化物的含量来决定的。二氧化硅含量增加则会使稳定性提高，碱金属氧化物中以2的影响最大，其次为Na2O,再次为Li2O。普通玻璃为钙钠玻璃，化学稳定性差，不能低抗化学介质、水和气体的侵蚀，并且热稳定性差，不适用于化学工业。适用于化工用的有石英玻璃、高硅氧玻璃、硼酸盐玻璃和低硼无硼玻璃。第120页，本讲稿共193页力学性能l抗拉强度：玻璃是一种典型的脆性材料，在冲击和动负荷作用下很容易破碎，并且玻璃的抗拉强度低，仅为5979Mpa。l抗拉强度：玻璃抗压强度要好于其抗拉强度，几乎要高十几倍。l硬度：玻璃的硬度很高，仅次于金刚石、刚玉、碳化硅等磨料，其硬度大小主要取决于其化学组成。第121页，本讲稿共193页热性能l热胀系数：玻璃的热性能较差，其热胀系数随化学组成的不同变化很大，从1.8107K110106K1。l导热性：玻璃的导热性差，只有钢的1400。l热稳定性：玻璃的热稳定性很差，在冷热交替作用下很容易炸裂。第122页，本讲稿共193页其他性能l光学性能 玻璃具有良好的透光性和折光性等l绝缘性能 常温下玻璃是电的优良体。第123页，本讲稿共193页化工常用玻璃l化工常用的玻璃有：硼硅酸盐玻璃、低碱无硼玻璃、石英玻璃、高硅氧玻璃、微晶玻璃。l化工防腐上用的玻璃 化验室仪器除外，主要为硼硅酸盐玻璃。低碱无硼玻璃目前还只限于管道生产。在化工防腐蚀上应用最多的玻璃制品是玻璃管道。第124页，本讲稿共193页概述l玻璃衬里就是将玻璃衬贴在钢（或铸铁）制管道，管件内部（或喷涂在外部），形成玻璃或钢铁的复合体。它不仅具有玻璃优良的耐蚀性能和光洁性能，而且又具有钢铁制件的耐压、耐热等良好的机械性能。是一种新型防腐蚀材料，目前已试制成功了衬直管、弯头、三通、四通、异径管及小型反应釜、阀门等，使用效果良好。第125页，本讲稿共193页玻璃衬里的三要素 l玻璃l密着剂l金属材料第126页，本讲稿共193页衬制工艺l工艺流程为了使玻璃牢固地粘附在金属管件上，必须首先清除管件上的污染物及锈蚀。为此目的，一般先经过650800的退火，再经过喷砂清理，清除氧化皮，然后均匀喷涂底釉，一般厚度为0.81mm,喷涂完毕后则进行烘干焙烧成型。l工艺类型 有三种方法将玻璃衬贴在钢铁上：（1）人工吹制法（2）膨胀法（3）喷涂法。第127页，本讲稿共193页玻璃衬里的性能特点l玻璃衬里是一种玻璃和金属的复合材料。l它的耐蚀性能取决于所衬玻璃的性能。第128页，本讲稿共193页化工搪瓷 l概述 l瓷釉层及其在钢铁表面上的搪烧 l化工搪瓷设备的性能 l化工搪瓷设备的维护与修补 l化工搪瓷产品 类型第129页，本讲稿共193页概述l通用搪瓷：就是将瓷釉涂搪在金属底材上，经过高温烧制而成，它是金属和瓷釉的复合材料。l化工搪瓷：是将含硅量高的耐酸瓷釉涂覆在钢（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0.81.5mm）。这样的设备称为化工搪瓷设备。第130页，本讲稿共193页瓷釉层及其在钢铁表面上搪烧l搪瓷釉是一种化学成分复杂的碱硼硅酸盐玻璃。所有的瓷釉都是由石英砂，长石等天然岩石加上助熔剂以及少量能使瓷釉起牢固密着和给瓷釉以其他性能的物质。这些原料经粉碎后，按所需比例混合，在11301150的高温下熔融而成玻璃态物质，然后将上述熔融物加水、粘土、石英、乳油剂等在研磨机内充分磨细，即成瓷釉浆。将这种瓷釉浆均匀涂覆在钢铁表面，经烘干，并在800900烧结，成为致密的玻璃质层，即为搪瓷涂层。第131页，本讲稿共193页化工搪瓷设备的性能l化工搪瓷设备的机械物理性能主要取决于钢铁基材、搪瓷涂层、以及搪瓷层与基体间的结合力。l兼具金属设备的力学性能和瓷釉的耐腐蚀性的双重优点 l搪瓷设备还具有表面光滑，不挂料，易清洗以及具有良好的耐磨性等优点。第132页，本讲稿共193页化学与耐蚀性能l化工搪瓷设备具有优良的耐腐蚀性能，除氢氟酸和含氟离子介质、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。l当碱液PH值小于12的情况下，可正常使用于60以下。但它不耐氢氟酸（包括含氟溶液），高温磷酸（180以上）和强碱溶液腐蚀。第133页，本讲稿共193页化工搪瓷设备的维护与修补法l应尽可能维护好化工搪瓷设备，一旦出现局部破坏，可采用如下几种方法进行修补：（1）瓷釉加热修补 （2）耐蚀金属修补 （3）用非金属材料修补 （4）耐蚀金属涂料混合修补法。第134页，本讲稿共193页化工搪瓷产品l搪瓷反应罐与贮罐l热交换器l聚合釜与各种塔l管及管件l泵及阀门第135页，本讲稿共193页铸石 l概述 l化学成分l性能 物理和力学性能、化学稳定性l品种l用途第136页，本讲稿共193页概述l铸石是以天然岩石或某些工业废渣为主要原料，添加角闪石、白云石、石灰石、萤石等辅料，以及铬铁矿，钛铁矿等结晶剂，经配料、焙化、浇注成型、结晶、退火等工艺过程制得的，基本是一种单矿相的工业材料。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耐酸碱侵蚀的部位，以此代替各种黑色金属，有色金属，合金材料及橡胶等，效果十分显著，并且还能延长设备寿命。第137页，本讲稿共193页化学成分l铸石的化学成分主要是SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3和FeO,以及少量的TiO2、K2O、Na2O、MnO2和Cr2O3等。第138页，本讲稿共193页物理机械性能l耐磨性 铸石具有极高的耐磨强度，其耐磨性比锰钢高515倍，比一般碳钢高十几倍，不锈钢、铅和橡胶高得多。铸石的耐磨性受载荷作用的方向影响较大，如果铸石不是单纯的摩擦，而有一定的冲击载荷，其耐磨性则会降低。l物理力学性能 铸石属脆性材料，抗压强度较高，但不如工程陶瓷，弯曲，抗拉伸强度很低，承受冲击，载荷的能力很差。第139页，本讲稿共193页物理机械性能l热稳定性 由于不同铸石的热膨胀系数不同，在温度急剧变化时就会产生内应力，而导致铸石的脆裂。所以铸石热稳定性不高，有100水中放到20水中的反复次数一般仅5次。第140页，本讲稿共193页化学稳定性l铸石具有优良的耐腐蚀性，其耐蚀性能比不锈钢、铅和橡胶高得多，能耐大多数化工介质，除氢氟酸和热磷酸、熔融碱外，在硫酸、硝酸、甚至水等酸性介质中极稳定，在温度90100稀碱液中也非常稳定，其耐酸度99，耐碱度95。第141页，本讲稿共193页品种l铸石原材料品种：l主要有辉绿岩铸石和玄武岩铸石，其中以辉绿岩铸石使用最多。l铸石制品的品种：l板材、管材、粉、球以及各种异型产品。第142页，本讲稿共193页用途l工业部门：化工、冶金、矿山等工业部门。纺织、食品、造纸等轻工业部门。l用途：可以用作耐磨、耐腐蚀或耐磨蚀的管道、设备衬里、部件、地坪等。可部分代替黑色金属、有色金属以及橡胶材料。第143页，本讲稿共193页耐酸水泥 l概述 l种类 l水玻璃耐酸胶凝材料l硫磺胶结材料第144页，本讲稿共193页概述l水泥是一种具有良好的可塑性和粘结性的粉状无机非金属胶凝材料，又称为胶结材料。它在加水后，与水起化学反应，形成可塑性浆体，随着反应时间的延长，浆状物体的塑性逐步消失，最后凝结成坚硬的石状固体；这种可塑性浆体还有粘结其他物料并使之与水泥浆体联结硬化成一个整体的能力。水泥是一种典型的水硬性胶凝材料。第145页，本讲稿共193页种类l通用水泥：耐酸水泥是水泥中的一类。l耐酸水泥 水玻璃型耐酸水泥 硫磺耐酸水泥第146页，本讲稿共193页水玻璃耐酸胶凝材料l概述l耐蚀性能l缺陷与弥补l应用第147页，本讲稿共193页概述l水玻璃耐酸胶凝材料是以水玻璃为黏结剂、氟硅酸钠为硬化剂、以耐酸粉或加上耐酸砂和碎石为填料，按一定比例调制而成，最后在空气中凝结。l水玻璃耐酸胶凝材料的性能是由原料的质量、配比以及施工质量决定的，它具有很好的化学稳定性和优异的物理、力学性能。第148页，本讲稿共193页耐蚀性能水玻璃耐酸胶凝材料在硫酸、硝酸、盐酸、氧化性介质、某些有机溶剂中稳定；不耐氢氟酸、氟化物、碱、水、中性介质以及300以上的磷酸、高级脂肪酸，呈碱性的盐溶液。此外，其耐水和耐稀酸的性能，均比耐浓酸性能要差些。第149页，本讲稿共193页缺陷与弥补l缺陷：制品的孔隙度大，抗渗性差。l弥补：通常在作胶泥砌衬砖、板和采取复合衬里以及砌衬二层砖板时，采用两层相叠下层砖、板缝封闭等措施以弥补其缺点。第150页，本讲稿共193页应用l防腐蚀工程：中常用的主要耐腐蚀材料之一。l使用部门：冶金、化学、石油等工业部门。l使用形式：主要作衬里材料使用。第151页，本讲稿共193页硫磺胶结材料 l概述l物理力学性能l化学与耐蚀性能l用途第152页，本讲稿共193页概述l硫磺胶接材料（包括硫磺水泥，砂浆和混凝土）是由硫磺、耐酸填料和增韧剂，按一定比例配合，经加热熬制而成的一种热塑性耐酸材料。第153页，本讲稿共193页物理力学性能l脆性：硫磺胶结材料属脆性材料l抗压强度：抗压强度高于抗拉强度，且均高于水玻璃耐酸胶凝材料。与水玻璃l耐热性：硫磺胶结材料使用温度较低，不能接触明火。第154页，本讲稿共193页化学与耐蚀性能l固化特性：与耐酸胶凝材料比较，它具有硬化快，不需要养护和酸化处理的特点，使用方便。l耐蚀性能：硫磺胶结材料是一种优良的耐酸材料，在不耐碱和非极性有机溶剂外，几乎在其他介质中均表现出优良的耐蚀性。此外，当选用碳质填料时，能耐氢氟酸和氟硅酸的腐蚀。第155页，本讲稿共193页用途l硫磺胶结材料主要用于耐酸防腐工程。第156页，本讲稿共193页炭、石墨材料 l基本特性l不透性石墨 第157页，本讲稿共193页基本特性l种类l晶体结构l物理性能 l力学性能 l化学性能 l分类 第158页，本讲稿共193页种类和制备方法l天然的炭 以各种煤炭、石墨和金刚石三种形式存在。l人工碳石墨 防腐用的炭及石墨一般为人造炭、石墨材料，是用石油焦、沥青胶等为原料，以煤焦油、煤沥青为黏结剂经压制成型，在1300左右制得无定形炭的炭素材料，再经20002500以上高温石墨化处理，即得人造石墨材料。第159页，本讲稿共193页晶体结构l各种炭的结构 无定形炭：无定形炭是无序乱堆结构，只有少量的碳原子层面互相平行的，而其他方向都是杂乱的。石墨：系六方晶系的晶体结构和层状结构。金刚石：是结晶形碳，具有晶体的特征l各种炭的结构间相互转化 在一定压力、温度条件下，无定形炭可能转化为结晶形炭的石墨。一般的炭、石墨制品结构实际上都是介于这二者之间的结构。第160页，本讲稿共193页物理性能密度l密度大小：未经封孔处理的炭和石墨，其体积密度约为1.551.87g/cm3。l影响因素：炭、石墨材料的真实密度在很大程度上决定于热处理温度。第161页，本讲稿共193页物理性能气孔率 l产生的原因：在炭和石墨的制造过程中，大量有机物分解逸出是造成材料产生气孔主要原因。l影响因素：气孔率的高低与密度的大小受热处理温度的影响很大。l对炭石墨材料性能的作用：气孔的分布、数量及特征对炭及石墨的微观结构、机械强度、热性能、渗透性和化学