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1、玻璃的化学稳定性玻璃的化学稳定性l玻璃的侵蚀机理玻璃的侵蚀机理l影响玻璃化学稳定性的因素影响玻璃化学稳定性的因素l化学稳定性：玻璃制品在使用的过程中受到水、酸、化学稳定性：玻璃制品在使用的过程中受到水、酸、碱、盐类、气体及其它化学试剂溶液的侵蚀，玻璃碱、盐类、气体及其它化学试剂溶液的侵蚀，玻璃对这些侵蚀的抵抗能力。对这些侵蚀的抵抗能力。l玻璃具有较高的化学稳定性，但是在使用中有时还玻璃具有较高的化学稳定性，但是在使用中有时还是不能满足要求。是不能满足要求。l化学稳定性取决于玻璃的抗蚀能力以及侵蚀介质化学稳定性取决于玻璃的抗蚀能力以及侵蚀介质（水、酸、碱及大气等）的种类和特性。（水、酸、碱及大气
2、等）的种类和特性。玻璃的侵蚀机理玻璃的侵蚀机理1.1 水对玻璃的侵蚀水对玻璃的侵蚀l开始于水中的开始于水中的H+和玻璃中的和玻璃中的Na+进行离子交换。进行离子交换。l另一方面，另一方面，H2O也能对硅氧骨架直接起反应。也能对硅氧骨架直接起反应。l玻璃表面形成硅酸凝胶保护膜，离子交换反应速度玻璃表面形成硅酸凝胶保护膜，离子交换反应速度变得缓慢，最后停止。变得缓慢，最后停止。l实验证明，硅酸凝胶保护膜并不是离子交换反应停实验证明，硅酸凝胶保护膜并不是离子交换反应停止的真正原因。止的真正原因。uNa+被被H+代替，结构变得疏松；代替，结构变得疏松；uH2O对网络的破坏也有利于扩散。对网络的破坏也有
3、利于扩散。l离子交换反应停止的真正原因：离子交换反应停止的真正原因：uNa+含量的降低；含量的降低；u抑制效应。抑制效应。1.2 酸对玻璃的侵蚀酸对玻璃的侵蚀l除氢氟酸外，一般酸并不直接与玻璃起反应，而是除氢氟酸外，一般酸并不直接与玻璃起反应，而是通过水的作用侵蚀玻璃。通过水的作用侵蚀玻璃。u浓酸对玻璃的侵蚀能力低于稀酸。浓酸对玻璃的侵蚀能力低于稀酸。l酸对玻璃的作用与水对玻璃作用又有所不同。酸对玻璃的作用与水对玻璃作用又有所不同。u高碱玻璃的耐酸性小于耐水性，高硅玻璃的耐酸性大于耐高碱玻璃的耐酸性小于耐水性，高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。水性。1.3 碱对玻璃的侵蚀碱对玻璃的侵蚀l硅酸盐玻璃一
4、般不耐碱。硅酸盐玻璃一般不耐碱。l碱对玻璃的侵蚀是通过碱对玻璃的侵蚀是通过OH-破坏硅氧骨架（破坏硅氧骨架（Si-O-Si ），使），使Si-O键断裂，键断裂，SiO2溶解在碱液中。溶解在碱液中。l碱的大量存在使得中和反碱的大量存在使得中和反应应能能够够不断不断进进行，所以，行，所以，侵侵蚀蚀不是形成硅酸凝胶薄膜，而是玻璃表面不是形成硅酸凝胶薄膜，而是玻璃表面层层不断不断脱落。脱落。l侵蚀程度与下列因素有关：侵蚀程度与下列因素有关：u侵蚀时间侵蚀时间uOH-离子的浓度离子的浓度u阳离子的种类阳离子的种类u侵蚀后玻璃表面的硅酸盐在碱溶液中的溶解度侵蚀后玻璃表面的硅酸盐在碱溶液中的溶解度l玻璃受碱
5、侵蚀分为以下三个阶段：玻璃受碱侵蚀分为以下三个阶段：u第一阶段，碱溶液中的阳离子首先吸附在玻璃表面；第一阶段，碱溶液中的阳离子首先吸附在玻璃表面；u第二阶段，阳离子束缚周围的第二阶段，阳离子束缚周围的OH-离子，离子，OH-离子攻击玻离子攻击玻璃表面的硅氧键。璃表面的硅氧键。u第三阶段，硅氧骨架破坏后变成硅酸离子，和吸附在玻第三阶段，硅氧骨架破坏后变成硅酸离子，和吸附在玻璃表面的阳离子形成硅酸盐，并逐渐溶解在碱溶液中。璃表面的阳离子形成硅酸盐，并逐渐溶解在碱溶液中。l综上所述，碱性溶液对玻璃的侵蚀机理与水或酸不综上所述，碱性溶液对玻璃的侵蚀机理与水或酸不同。同。u水或酸（包括中性盐或酸性盐）对
6、玻璃的侵蚀只是改变、水或酸（包括中性盐或酸性盐）对玻璃的侵蚀只是改变、破坏或溶解（沥滤）玻璃结构组成中破坏或溶解（沥滤）玻璃结构组成中R2O、RO等网络外等网络外体物质。体物质。u碱性溶液不仅对网络外体氧化物起作用，而且也对玻璃碱性溶液不仅对网络外体氧化物起作用，而且也对玻璃结构中的硅氧骨架起溶蚀作用。结构中的硅氧骨架起溶蚀作用。1.4 大气对玻璃的侵蚀大气对玻璃的侵蚀l先是以离子交换为主的释碱过程后逐步过渡到以破先是以离子交换为主的释碱过程后逐步过渡到以破坏网络为主的溶蚀过程。坏网络为主的溶蚀过程。l水汽比水溶液具有更大的侵蚀性水汽比水溶液具有更大的侵蚀性。影响玻璃化学稳定性的因素影响玻璃化
7、学稳定性的因素2.1 化学组成的影响化学组成的影响l硅酸盐玻璃的耐水性和耐酸性主要取决于硅氧和碱硅酸盐玻璃的耐水性和耐酸性主要取决于硅氧和碱金属氧化物的含量。金属氧化物的含量。l玻璃中同时存在两种碱金属氧化物时，由于玻璃中同时存在两种碱金属氧化物时，由于“混合混合碱效应碱效应”使玻璃的化学稳定性出现极值。使玻璃的化学稳定性出现极值。l在硅酸盐玻璃中以碱土金属或其他二价金属氧化物在硅酸盐玻璃中以碱土金属或其他二价金属氧化物置换硅氧时会降低玻璃的化学稳定性，但降低的效置换硅氧时会降低玻璃的化学稳定性，但降低的效应较碱金属弱。应较碱金属弱。l在化学成分为在化学成分为100SiO2+(33.3-x)N
8、a2O+xRO(R2O3或或RO2)的玻璃中，用的玻璃中，用CaO、MgO、Al2O3、TiO2、ZrO2、BaO等氧化物依次置换部分等氧化物依次置换部分Na2O后，耐水后，耐水性和耐酸性的顺序为：性和耐酸性的顺序为：u耐水性耐水性 ZrO2 Al2O3 TiO2 ZnO MgO CaO BaOu耐酸性耐酸性 ZrO2 Al2O3 ZnO CaO TiO2 MgO BaOl在三价氧化物中，氧化硼对玻璃的化学稳定性同样在三价氧化物中，氧化硼对玻璃的化学稳定性同样会出现会出现“硼反常硼反常”现象。现象。l少量少量AlAl2 2O O3 3能大大提高能大大提高Na2O-CaO-SiO2玻璃的耐水玻璃
9、的耐水性。性。l在钠钙硅酸盐玻璃在钠钙硅酸盐玻璃x xNa2OyCaOzSiO2中，如果氧化中，如果氧化物的含量符合下式，则可得到相当稳定的玻璃。物的含量符合下式，则可得到相当稳定的玻璃。l总之，凡能加强玻璃网络结构并使结构完整致密的总之，凡能加强玻璃网络结构并使结构完整致密的氧化物，都能提高玻璃的化学稳定性；反之，将使氧化物，都能提高玻璃的化学稳定性；反之，将使玻璃的化学稳定性下降。玻璃的化学稳定性下降。2.2 热处理的影响热处理的影响l一般来说，退火玻璃比淬火玻璃化学稳定性高。一般来说，退火玻璃比淬火玻璃化学稳定性高。l明焰退火明焰退火，玻璃化学稳定性增加；，玻璃化学稳定性增加；暗焰退火暗
10、焰退火，玻璃化学稳定性降低。，玻璃化学稳定性降低。l硼硅酸盐玻璃在退火过程中会发生分相，化学稳定硼硅酸盐玻璃在退火过程中会发生分相，化学稳定性与形成的分相结构有关。性与形成的分相结构有关。2.3 表面状态的影响表面状态的影响l介质对玻璃的侵蚀首先从表面开始，表面状态对玻介质对玻璃的侵蚀首先从表面开始，表面状态对玻璃化学稳定性具有重要的意义。璃化学稳定性具有重要的意义。l可以通过表面处理改变玻璃的表面状态。可以通过表面处理改变玻璃的表面状态。u从玻璃表面层移去对侵蚀介质具有亲和力的成分；从玻璃表面层移去对侵蚀介质具有亲和力的成分；u玻璃表面进行涂层。玻璃表面进行涂层。2.4 温度和压力温度和压力l化学稳定性随温度的升高而剧烈变化。化学稳定性随温度的升高而剧烈变化。u100 以下，每升高以下，每升高10 ，侵蚀介质对玻璃的侵蚀速度，侵蚀介质对玻璃的侵蚀速度增加增加50250%；u100 以上，侵蚀始终是剧烈的。以上，侵蚀始终是剧烈的。l压力的影响也很大。压力的影响也很大。