5-玻璃的化学稳定性

CollegeofChemistry&MaterialsScience《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的化学稳定性”5玻璃的化学稳定性玻璃对水、酸、碱、盐及其它化学试剂溶液侵蚀的抵抗能力称化学稳定性或耐久性、耐蚀性。5.1侵蚀机理（掌握）只能改变、破坏或溶解玻璃结构组成中的R2O和RO等。不仅对上述氧化物起作用，而且也对玻璃结构中的硅氧骨架起作用的物质。5.1.1侵蚀剂的分类CollegeofChemistry&MaterialsScience《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的化学稳定性”5.1.2水对玻璃的侵蚀侵蚀过程开始于H2O中H+和玻璃中的Na+进行交换，之后进行的是水化、中和反应。H2O分子也能对硅氧骨架直接起反应而生成[Si(OH)4]极性分子，最后形成一层SiO2·XH2O薄膜，称硅酸凝胶保护膜。当PH8时此膜较稳定，能阻挡侵蚀过程，称自抑制作用。CollegeofChemistry&MaterialsScience《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的化学稳定性”5.1.3酸对玻璃有侵蚀除HF酸外，一般酸不和玻璃直接反应，而是通过其中水分子的作用而侵蚀的。酸侵蚀的第一步反应与水相同；1反应中产生的ROH很快被酸中和，即产生两种效果：一是加速了反应1，使侵蚀加快；二是阻碍了反应3，降低反应3，使反应速度减慢；当玻璃中含R2O量高时，一作用是主要的。而当SiO2含量高时，二作用是主要的。CollegeofChemistry&MaterialsScience《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的化学稳定性”①碱中的OH-集中在玻璃表面，并把玻璃中各种阳离子吸附于玻璃的表面。②OH-直接破坏网络结构，使Si-O键断裂。③产生的硅氧群最后变成硅酸离子或与吸附于表面上的阳离子形成硅酸盐，并逐渐溶解于碱液中。5.1.4碱对玻璃的侵蚀－Si－O－Si－－Si－O＋HO－Si－OH－CollegeofChemistry&MaterialsScience《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的化学稳定性”结论碱对玻璃侵蚀是不会产生高硅保护膜的，侵蚀会不断的进行下去。碱的侵蚀速度很大程度上决定于侵蚀中形成的硅酸盐的溶解度，溶解度小侵蚀慢。玻璃的耐碱性与R－O键强有关，键强越大，耐碱性好。因此，高场强的阳离子能提高玻璃的耐碱性。CollegeofChemistry&MaterialsScience《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的化学稳定性”大气中含有H2O、CO2、SO2等对玻璃都有一定的侵蚀作用，其中潮湿大气最为严重。过程：玻璃表面吸附水分子后，形成一层水膜类似于水的侵蚀开始，并且在玻璃表面释出碱而在原地不断的积累，到一定程度类似于碱的侵蚀，其速度大为加快。5.1.5大气对玻璃的侵蚀CollegeofChemistry&MaterialsScience《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的化学稳定性”实质先是以离子交换的释碱过程，后来过渡到以破坏网络为主的溶蚀过程。说明水气对玻璃的侵蚀远大于水的侵蚀。5.1.6玻璃的脱片现象现象盛装药液和饮料用的玻璃瓶，受到水或碱溶液的侵蚀后所出现的现象。原因(1)玻璃表面层中，可溶性成分溶出后，不溶性的高硅氧残存薄膜的剥离CollegeofChemistry&MaterialsScience《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的化学稳定性”(2)原溶液中存在（或出玻璃中溶出）的多价金属离子，在玻璃表面层形成含水硅酸盐薄膜后剥离。(3)保温瓶脱片的主要成分是含低SiO2和高CaO、MgO等物质结论蒸馏水几乎不发生脱片；自来水易脱片；pH值低的不易脱片，高的易脱片；同样条件下的水，对于碱溶出量多的玻璃和组成中引入MgO的玻璃，易发生脱片；温度↑和侵蚀时间延长，则脱片加剧。CollegeofChemistry&MaterialsScience《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的化学稳定性”5.2影响化学稳定性的因素（掌握）1）SiO2：硅酸盐玻璃的化稳性决定于SiO2与R2O(RO)的相对含量，其含量越高，化稳性越好。2）含有一定Al2O3、B2O3的玻璃，则Al、B具有一定的补网作用，可提高化稳性。较高则出现反常现象。5.2.1化学组成CollegeofChemistry&MaterialsScience《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的化学稳定性”3）含有一定的Al2O3、P2O5，可提高化稳性。4）含有少量的Li2O取代Na2O，可提高化稳性。5）玻璃中同时存在两种碱金属氧化物时，其化稳性比单一的要好，混合碱效应。对于其它氧化物对化学稳定性的影响耐水性ZrO2Al2O3TiO2ZnOMgOCaOBaO耐酸性ZrO2Al2O3ZnOCaOTiO2MgOBaOCollegeofChemistry&MaterialsScience《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的化学稳定性”5.2.2热处理退火玻璃比淬火玻璃的结构紧密，化稳性要好。注意硼硅酸盐玻璃，有时退火比淬火的化稳性差，因退火时有分相产生。5.2.3表面状态用表面处理的方法改变玻璃的表面状态，以提高化稳性。CollegeofChemistry&MaterialsScience《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的化学稳定性”表面处理分两类从玻璃表面层移除对侵蚀介质具有亲和力的成分（如Na2O、K2O等），可用酸性气体、水和酸性溶液等处理，使玻璃表面生成一定厚度的高硅氧膜，…玻璃表面涂以对玻璃具有良好粘附力，对侵蚀介质有低亲和力的物质。可涂有机物与无机物。CollegeofChemistry&MaterialsScience《无机非金属材料》-玻璃工艺学“玻璃的化学稳定性”一般说，温度升高侵蚀加快。每温高10℃，侵蚀速度增加50-150%，100℃以上，侵蚀作用始终是剧烈的，只有含锆多的玻璃才是稳定的。5.2.4温度和压力压力提高，一方面使侵蚀介质的吸附加快，侵蚀速度提高。另一方面又使侵蚀物回收能力增加使扩散减慢，则降低侵蚀速度。在低压下，影响不显著，高压（29.4～98×105Pa)下，玻璃在短时间内遭剧烈的破坏。