特种耐腐蚀材料

特种耐腐蚀材料（精选3篇）

特种耐腐蚀材料 第1篇

本研究采用碱激发高炉矿渣微粉(GGBS)制备无机聚合物,借助SEM、XRD、29Si-NMR等测试方法分析所制备的无机聚合物的微观结构和物相特点;比较所制备的无机聚合物与普通硅酸盐水泥在强度、耐腐蚀性能和耐高温性能方面的差异,以期阐明无机聚合物耐腐蚀、耐高温的机理,为该材料的开发和应用提供实验依据。

1 实验

本研究采用韶钢S95矿渣微粉作为主要原料,其氧化物含量如表1所示。碱性激发剂(pH>14)为自制。水泥采用广东南华水泥有限公司生产的42.5硅酸盐水泥。

参照GB/T 17671《水泥胶砂强度检测方法(ISO法)》制备、养护和测试无机聚合物和水泥胶砂试样。无机聚合物具有早强性,强度测试龄期为4 h、8 h、1 d、7 d、28 d。标准稠度用水量和凝结时间按照GB/T 1346《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测试。采用S4700型扫描电子显微镜分析材料微观结构,采用能谱分析仪分析材料组成元素,采用D/MAX2500型X射线光电子能谱仪分析表征材料微观物相结构,采用AV400型核磁共振波谱仪分析无机聚合物水化后Si元素的化学环境。

养护28 d后,分别将无机聚合物和水泥胶砂试样置于70 ℃、30%的硫酸溶液中进行加速腐蚀试验,腐蚀时间为2 h和4 h;同时使用相同温度的清水浸泡试样作为对比试验。测量腐蚀后试样的质量损失和强度损失,通过SEM和XRD对腐蚀后试样的微观形貌和物相变化进行分析。

将养护28 d的无机聚合物和水泥胶砂试样以2 ℃/min的速率分别加热至250 ℃、450 ℃和650 ℃,保温2 h后自然冷却。观察胶砂试样表面形貌,测试强度损失,并通过XRD分析煅烧前后试样的物相变化。

2 结果与讨论

2.1 标准稠度用水量、凝结时间

通过试验测得高炉矿渣微粉的标准稠度用水量为0.59(这里的水指的是激发剂水溶液),初凝为35 min,终凝为54 min,凝结时间明显短于普通硅酸盐水泥。

2.2 无机聚合物胶砂各龄期强度分析

无机聚合物胶砂强度如表2所示,其有着优异的早期强度,4 h抗折强度达到1.8 MPa,抗压强度达到11.5 MPa;随着时间的推移强度逐渐增加,4 h～7 d强度增幅较大,7～28 d强度增加较为缓慢,后期抗压强度增幅明显高于抗折强度;28 d强度已超过高标号水泥。

2.3 无机聚合物物相结构分析

所制备的无机聚合物的XRD谱如图1所示。由图1(a)可见,矿渣微粉含有大量的玻璃相结构,其含量超过90%,而晶体含量较少,其谱线只有水钙沸石的衍射峰,说明S95矿粉有较高的活性。水化反应4 h、7 d、28 d后的无机聚合物净浆物相结构相似,而且与原料矿粉一致,其谱线均呈现无定形玻璃结构所对应的弥散峰,说明无机聚合物在形成过程中没有晶体结构生成,产物亦为非晶态结构,无机聚合物28 d反应过程中无方沸石、钠沸石等具有空间网络结构的晶体生成。但随着反应的进行,净浆衍射峰有锐化的趋势,表明浆体中微观精细结构有规整化的趋势,这一现象与体系中铝硅酸盐网络结构的不断完善有关。矿粉原料中含有的结晶相衍射峰在整个反应历程中并无明显变化,表明矿粉体系中结晶相成分在此反应条件下未参与反应。

2.4 无机聚合物微观结构分析

无机聚合物净浆与水泥净浆的微观结构如图2所示。由图2可见,两类胶凝材料固化后的微观结构完全不同,前者结构均匀,无明显结晶相,呈现玻璃态的断面形态,这与XRD结果一致;后者呈棒状或纤维状晶体结构,孔隙较大。根据无机聚合物净浆不同龄期的微观形貌变化可知,矿粉在激发剂作用下,外层首先开始溶解,同时生成新的凝胶状水化产物并逐渐连成一体,最终形成均匀、致密的组织结构。

对28 d的无机聚合物净浆试样进一步放大分析,结果如图3所示。

从图3可以看出,无机聚合物微观结构致密,且孔洞为封闭的孔洞,在孔洞四周有少量的类似枝状微晶体生成,如图3(b)所示。由高倍率放大照片(图3(d))可见,该材料呈现致密的类鱼鳞状结构,这预示无机聚合物材料体系应具有优异的力学性能。

无机聚合物净浆与水泥净浆的EDX结果如图4((a)、(b)为无机聚合物,(c)为水泥)所示。由图4可知,无机聚合物主要含有O、Si、Ca、Al、C等,同时含有少量Na、Mg。水泥水化后主要含有Ca、Si、O、C等,同时含有少量S、Al,表明其水化产物主要是水化硅酸钙,同时含有少量碳酸钙、硫铝酸钙(钙矾石)等化合物。无机聚合物体系Ca含量明显低于水泥体系,而Si、O、Al含量明显更高,表明其主要含有铝硅酸盐类化合物。无机聚合物孔洞处的树枝状晶体(图4(b))的EDX结果与水泥水化产物较为相近,表明无机聚合物局部发生了类似水泥的水化反应。

2.5 无机聚合物化学结构分析

无机聚合物净浆与普通水泥净浆的29Si-NMR谱如图5所示。对于硅酸盐材料而言,NMR分析中通常用符号Qn来表示硅氧四面体中桥氧的数目,Q0表示孤岛状硅氧四面体,Q1表示二聚体或者处于端基的硅氧基团,Q2表示链状结构,Q3表示层状结构,而Q4表示三维骨架中的架状结构。

由图5(a)可知,无机聚合物中硅原子主要形成铝硅酸盐结构,如化学位移位于-82.03和-74.02的Q2峰和Q2(1Al)峰,以及Q3和Q4结构,其中Q2(1Al)峰与Q2峰面积之比为67%,说明无机聚合物胶凝相中Al含量较高,Al取代硅氧四面体的Si形成铝硅酸盐结构,这也是无机聚合物与水泥体系的主要结构差异。由图5(b)可知,水泥水化产物的29Si-NMR谱中主要存在2个峰,分别为含端基的硅氧基团Q1峰(-71.42)和在链中的Si基团Q2峰(-82.03、-86.03),且含端基的硅氧基团含量最多。

2.6 无机聚合物的抗腐蚀性能

腐蚀试验前后胶砂试样的抗折强度和质量损失率如表3所示,经腐蚀后试样形貌如图6所示。

由表3可知,水泥胶砂试样着腐蚀时间的延长,抗折强度逐渐下降,试样部分结构脱落造成质量损失率增大。这一现象直观地反映在图6(a)、(b)中。水泥胶砂试样腐蚀2 h后表面产生许多孔洞,4 h后表面层已全部脱落。无机聚合物胶砂经过硫酸溶液高温腐蚀后,抗折强度不但没有下降反而有所提高,试样质量损失率较小,表面没有明显的破损,如图6(a)、(b)所示。从图6(c)可以看出,腐蚀只发生在无机聚合物材料的表面层(约0.2 mm厚),未深入材料内部;高温腐蚀4 h后的无机聚合物胶砂断口整齐,断口处砂粒已全部断裂,表明无机聚合物仍具有极高的粘结强度。胶砂腐蚀4 h后表面和内部的SEM照片如图7所示,水泥内部部分区域也受到了严重的腐蚀;硫酸溶液对无机聚合物的腐蚀只发生在表面,其内部依然是致密的结构,看不到腐蚀的痕迹。

在腐蚀4 h后的试样表面取样并进行XRD分析,结果如图8所示,可看出两类材料腐蚀后均出现了石膏晶体,说明试样中钙的化合物被硫酸腐蚀。从图8(a)可看出,水泥中氢氧化钙晶体明显减少,说明水泥水化后形成的大量氢氧化钙容易遭受酸的腐蚀。无机聚合物材料中未见有氢氧化钙晶体,这是无机聚合物材料比水泥类材料耐腐蚀的重要原因。

综上所述,水泥胶砂和无机聚合物胶砂抗腐蚀性能的差异与微观结构、化学组成有密切的联系。水泥易受硫酸腐蚀主要是因为:(1)水泥的水化产物为水化硅酸钙、氢氧化钙、硫铝酸钙等碱性物质,易受硫酸侵蚀;(2)水泥结构中存在大量的毛细管通道,结构不致密,酸性介质易快速进入试样内部进行侵蚀。与水泥相比,无机聚合物良好的抗腐蚀性能主要归因于:(1)无机聚合物的水化产物为非晶态硅铝酸盐,-Si-O-Si-键或Si-O-Al-O键具有较高的化学键能,酸性化合物不易使这些化学键断裂;(2)硫酸主要作用于胶体中钙的化合物,反应生成石膏,而无机聚合物中钙元素的含量明显低于水泥,且水化产物中未见明显的氢氧化钙晶体;(3)无机聚合物结构致密,孔洞结构多为封闭孔洞,能有效阻挡酸性介质浸入材料内部。

值得关注的是,无机聚合物胶砂经过高温腐蚀后强度没有降低反而升高。其原因可能是在70 ℃的高温条件下,氢离子通过与钠离子的离子交换进入网络结构,导致局部pH值下降,进一步促进了无机聚合物的聚合反应,使铝硅酸盐的聚合度大幅提高,内部网络结构更加致密,从而使强度升高。

2.7 无机聚合物的耐高温性能

水泥胶砂试样和无机聚合物胶砂试样高温煅烧前后抗折强度的变化如表4所示,煅烧前后胶砂试样的XRD谱如图9所示。

经250 ℃煅烧2 h后,水泥胶砂抗折强度损失31.3%,无机聚合物胶砂抗折强度损失9.7%;两类胶砂试样煅烧前后的XRD谱线无明显区别,表明两类胶砂试样的物相没有发生变化。强度下降的主要原因可能是材料内部微孔结构和毛细管道中水分的散失引起材料干缩,产生大量的微裂纹。

经450 ℃煅烧2 h后,水泥胶砂抗折强度损失80.6%,无机聚合物胶砂抗折强度损失40.3%。从试件外观来看,水泥胶砂局部出现较大裂纹,无机聚合物胶砂无明显的裂纹。XRD分析结果表明,水泥XRD谱线中水合硅酸钙特征峰减弱,表明在此温度下水合硅酸钙分解,因而造成水泥胶砂强度大幅度下降。无机聚合物煅烧后出现聚合度较高、具有沸石结构的长石晶体。

经650 ℃煅烧2 h后,水泥试样已断裂,如图10所示。图10中水泥胶砂试样已断裂成多截,试样边角和侧面多处出现爆裂,无任何强度。无机聚合物胶砂强度损失62.5%,整体外观较好,表面仅出现细小龟裂。XRD分析表明,经过煅烧,水泥中的氢氧化钙晶体特征峰明显减弱,表明氢氧化钙发生了分解,氢氧化钙及其他的晶体分解造成水泥试样体积变化,并最终导致试样断裂;无机聚合物中长石晶体特征峰进一步加强,表明在高温下无机聚合物材料的结构向结晶的沸石结构转变。

综上所述,水泥水化后主要生成水合硅酸钙胶体并生成大量的氢氧化钙,在高温煅烧过程中,水合硅酸钙与氢氧化钙逐渐分解并发生体积变化,最终造成水泥胶砂强度大幅度下降。无机聚合物煅烧后强度损失明显小于水泥,高温下无机聚合物材料由非晶态结构向结晶的沸石结构转变。

3 结论

(1)采用碱性激发剂激发高炉矿渣微粉制备的无机聚合物为非晶态结构的铝硅酸盐类化合物,其主要化学结构为具有链状、层状和三维架状结构特征的-Si-O-Si-键或Si-O-Al-O键。相比水泥的微纤维结构,无机聚合物的微观结构均匀致密,无晶体结构形成。

(2)无机聚合物胶凝材料具有快凝高强的特点,4 h抗压强度可达到11.5 MPa,28 d抗压强度达到83.4 MPa。

(3)无机聚合物具有优异的耐酸腐蚀特性,其强度和质量损失均远远小于水泥材料,主要原因是无机聚合物材料主要为铝硅酸盐类化合物,耐腐蚀性好,同时该材料结构致密,孔洞多为封闭孔洞,不易被腐蚀介质浸入。

新材料：特种玻璃迎黄金发展期 第2篇

近期，《新兴产业“十二五”规划》总报告及七个产业《规划》正陆续上报国务院，并将尽快对外公布。作为七大新兴产业基石的新材料将因此迎来一轮高速发展的黄金期。特种玻璃（包括光伏玻璃和超玻璃两个子行业）作为新能源行业和高新技术产业的重要原材料，被列为《新材料产业“十二五”发展规划》重点发展产业之一，未来将持续受益于政策扶持并符合国家经济发展转型大方向。

光伏TCO玻璃供不应求。目前，传统多晶硅太阳能电池占整个光伏市场约80%。不过，膜太阳能电池转换效率和成本改善空间更大，工序更简单、能耗更少。TCO玻璃国内产能严重不足，具有光伏TCO玻璃生产能力的企业寥寥无几，拥有光伏TCO玻璃生产线的厂商主要是南玻、信义玻璃、秀强股份、中航特玻、旗滨集团等少数几家，现有生产线多处于试生产状态，光伏TCO玻璃供给主要依赖日美企业进口，价格高企，所以，国内厂商进行进口替代的空间广阔。

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业界将交流特种化工材料技术 第3篇

中国化工学会特种化工专业委员会等单位主办的特种化工材料技术交流暨新产品推广、成果转化信息发布会将于6月13～17日在江苏省苏州市召开。

会议旨在交流特种化工材料的前沿技术、新产品、新成果等,传递行业的最新信息,研讨低碳经济时期特种化工新材料产品性能及其应用情况,以及国内外重要原材料配套发展新趋势等。

特种化工材料是国防军工和尖端科学技术的重要配套材料。为充分利用国家高性能材料和高新技术成果资源,加大军民结合推广力度,中国化工学会特种化工专业委员会和江苏省军工学会联合组织召开此次会议。