【摘 要】
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搪玻璃设备因兼具金属的强度以及搪玻璃的耐腐蚀、易清洁等优点在医药、化工行业成为不可替代的产品,但是金属与搪玻璃两种材料弹性模量和热膨胀系数不一致以及搪玻璃的脆性特点导致搪玻璃设备在承压服役过程中易产生缺陷,最终导致整台设备失效,影响生产甚至引发事故。因此,改进搪玻璃性能并提高其断裂韧性对于延长搪玻璃设备使用寿命并保障医药化工安全生产具有重要作用。本文以提高搪玻璃力学性能并延长其使用寿命为目标,通过在搪玻璃瓷釉中添加不同含量的氧化锆,分析氧化锆在搪玻璃中的相变行为,阐明氧化
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搪玻璃设备因兼具金属的强度以及搪玻璃的耐腐蚀、易清洁等优点在医药、化工行业成为不可替代的产品,但是金属与搪玻璃两种材料弹性模量和热膨胀系数不一致以及搪玻璃的脆性特点导致搪玻璃设备在承压服役过程中易产生缺陷,最终导致整台设备失效,影响生产甚至引发事故。因此,改进搪玻璃性能并提高其断裂韧性对于延长搪玻璃设备使用寿命并保障医药化工安全生产具有重要作用。本文以提高搪玻璃力学性能并延长其使用寿命为目标,通过在搪玻璃瓷釉中添加不同含量的氧化锆,分析氧化锆在搪玻璃中的相变行为,阐明氧化锆抑制裂纹扩展机制,研究氧化锆含量对搪玻璃附着力、弹性模量、断裂韧性等力学性能的影响,主要研究内容如下:
(1)氧化锆对搪玻璃微观结构和抗断裂性能的影响。t-ZrO2含量对搪玻璃表面形貌有较大影响,t-ZrO2对搪玻璃表面和内部气孔数量都产生影响,低于2wt%t-ZrO2含量的搪玻璃涂层优于高含量的搪玻璃;掺杂0.5wt%含量的t-ZrO2能够延缓拉伸实验中搪玻璃表面开裂、爆瓷出现;且搪玻璃泊松比受t-ZrO2影响较小;三点弯曲实验中,2wt%t-ZrO2搪玻璃断裂时的应变值提高约37%。
(2)氧化锆对搪玻璃压痕实验性能的影响。底釉、面釉分别加入4wt%、3wt%t-ZrO2后能够有效降低搪玻璃压痕实验爆瓷面积和残留压入深度;t-ZrO2对搪玻璃的硬度影响较大,底釉硬度可提高近一倍,面釉硬度提高30%;加入合适的t-ZrO2能够提高搪玻璃底釉、面釉的断裂韧性,断裂韧性与搪玻璃压痕实验存在一定关系。
(3)氧化锆对搪玻璃耐腐蚀性能的影响。酸碱腐蚀条件下,搪玻璃表面形貌以腐蚀坑、微孔及微裂纹为主,表面形成的凝胶层可减缓搪玻璃腐蚀速率;腐蚀后的表面元素分布不均匀,与阳离子在腐蚀液中的溶解有关,掺杂t-ZrO2使搪玻璃表面元素更难以溶解腐蚀;腐蚀液中溶解的元素以较为活泼金属阳离子为主,t-ZrO2可明显增强搪玻璃耐酸性、耐碱性,掺杂t-ZrO2后可使搪玻璃外层形成硅-氧-锆键的结合形式。
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