Ni/Si3N4w/SiO2对搪玻璃力学性能及耐腐蚀性能研究

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搪玻璃设备兼具有金属强度和搪玻璃的耐腐蚀、耐磨损、绝缘以及易清洁的优良性能,在化工、医药、食品等行业生产中广泛应用。搪玻璃作为脆性材料,断裂韧性低、对裂纹敏感等特性使搪玻璃在使用过程中具有一定的局限性。搪玻璃在使用过程中易遭受外力或内应力的作用,导致局部产生裂纹、爆瓷及脱落从而严重危害生产安全。因此提升搪玻璃力学性能,延长其使用寿命的研究就变得极为重要。本文通过向搪玻璃中引入Ni/Si3N4w/Si O2的方式,研究其对搪玻璃组织结构、力学性能和耐腐蚀性能的影响。主要研究内容如下:(1)镍颗粒对搪玻璃力学性能及耐腐蚀性能的影响。纳米镍颗粒的添加会导致搪玻璃玻璃化转变温度以及气孔率提高。当添加量为1 wt.%时,抗弯强度和弯曲断裂应变分别提高10%、50%;断裂韧性达到最高(载荷差值ΔF提高13%,应变差值Δε提高40%),同时也具有良好的耐酸碱腐蚀能力。添加的镍颗粒与搪玻璃具有很好的相容性,在裂纹产生时能够通过塑性变形、裂纹偏转、桥连裂纹等方式消耗裂纹能量从而增强搪玻璃的韧性。(2)氮化硅晶须对搪玻璃力学性能及耐腐蚀性能的影响。氮化硅晶须的添加能够增加搪玻璃的表面粗糙度,含量越高粗糙度就越高;当氮化硅晶须含量为0.5wt.%时,截面气孔率降低60%,硬度达到最高;抗拉强度和应变分别提升4%、17%;抗弯强度和应变分别提高14%、17%;断裂韧性达到最高(载荷差值ΔF提高94%,应变差值Δε提高12%)。氮化硅晶须的添加对搪玻璃耐酸碱腐蚀性能有利。氮化硅晶须在搪玻璃中通过裂纹偏转、晶须桥连、晶须拔出等方式能够有效增强搪玻璃的韧性。(3)纳米氧化硅对搪玻璃力学性能及耐腐蚀性能的影响。当纳米氧化硅颗粒含量为2 wt.%时,搪玻璃表面平整光滑,表面粗糙度最低,同时硬度达到最高;随着含量的增加,玻璃化转变温度逐渐升高,而截面气孔率会随着含量增加而降低;抗拉强度和应变分别提升6%、8%;断裂韧性达到最高(载荷差值ΔF提高了13%,应变差Δε提高了10%);耐机械冲击性能达到最强。当添加量为4 wt.%时,抗弯强度和应变分别提升7%、17%。由腐蚀失重和腐蚀速率来看,纳米氧化硅颗粒的添加有利于提高搪玻璃的耐酸腐蚀性能,但其耐碱腐蚀性能略有下降。
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