第4章-材料的性能-第13次(4.5光学性能-4.6-耐腐蚀性)课件

4.5 材料的光学性能材料的光学性能(optical properties)折射折射散射散射反射反射吸收吸收光泽光泽发光发光14.5 材料的光学性能(optical properties取决于物质取决于物质电磁性质电磁性质的基本参数，如：的基本参数，如：电导率、介电导率、介电常数和磁导率电常数和磁导率。光波光波：是指波长在特定范围内的电磁辐射。：是指波长在特定范围内的电磁辐射。电磁波谱电磁波谱：所包括的电磁波，其波长范围从低频端的：所包括的电磁波，其波长范围从低频端的超过超过103m直到高频端的小于直到高频端的小于10-12m，波谱的可见光部分，波谱的可见光部分只占波长范围的小部分。在短波方面为只占波长范围的小部分。在短波方面为紫外区紫外区，长波方，长波方面为面为红外区红外区。4.5.1 电磁辐射及其与原子的相互作用电磁辐射及其与原子的相互作用 （Interactions of electromagnetic radiation and atoms）4.5.1.1 光和物质的相互作用光和物质的相互作用2取决于物质电磁性质的基本参数，如：电导率、介电常数和磁导 给定波长的电磁辐射，可以认为是由一些给定波长的电磁辐射，可以认为是由一些光子光子构成的，构成的，每个光子的能量每个光子的能量为：为：4.5.1 电磁辐射及其与原子的相互作用电磁辐射及其与原子的相互作用 4.5.1.2 光子能量（光子能量（E，energy of a photon）3 给定波长的电磁辐射，可以认为是由一些光子构成图图4-83 自由原子的能级示意图自由原子的能级示意图 是通过电子跃迁和极化效应实现的。是通过电子跃迁和极化效应实现的。4.5.1 电磁辐射及其与原子的相互作用电磁辐射及其与原子的相互作用 4.5.1.3 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用4图4-83 自由原子的能级示意图 是通过电子跃迁和极化效取决于电磁辐射与材料表面、近表面以及材料取决于电磁辐射与材料表面、近表面以及材料内部的电子、原子、缺陷之间的相互作用。内部的电子、原子、缺陷之间的相互作用。光子晶体、双光子晶体光子晶体、双光子晶体（纳米线（纳米线ZnO，GaN)。4.5.1 电磁辐射及其与原子的相互作用电磁辐射及其与原子的相互作用 4.5.1.4 固体材料的光学性质固体材料的光学性质5取决于电磁辐射与材料表面、近表面以及材料内部的电子、原子4.5.2 吸收、反射和透射吸收、反射和透射图图4-84 光的吸收与透射光的吸收与透射64.5.2 吸收、反射和透射图4-84 光的吸收与透射6（1）光吸收的一般规律）光吸收的一般规律朗伯特定律朗伯特定律 光强度随材料的厚度的变化符合指数衰减规律。光强度随材料的厚度的变化符合指数衰减规律。I：透过光强度：透过光强度；：物资对光的吸收系数：物资对光的吸收系数，单位：，单位：cm-1，其值取决于材料的性质和光的波长。其值取决于材料的性质和光的波长。空气空气:10-5cm-1 玻璃玻璃:10-2cm-1 金属金属:达几万几十万达几万几十万。图图4-85光通过材料时的衰减规律光通过材料时的衰减规律4.5.2 吸收、反射和透射吸收、反射和透射4.5.2.1 光的吸收光的吸收(photon absorption)7（1）光吸收的一般规律朗伯特定律 I：透过光强度；图4-（2）光吸收与光波长的关系）光吸收与光波长的关系（radiation absorption and wave length）p 在电磁波谱的在电磁波谱的可见光区可见光区：金属和半导体材料的吸收系数：金属和半导体材料的吸收系数很大；电介质材料吸收系数小。很大；电介质材料吸收系数小。p 在在紫外紫外吸收端：当光子能量达到禁带宽度时，电子就会吸收端：当光子能量达到禁带宽度时，电子就会吸收光子能量从满带跃迁到导带，吸收系数将骤然增大。吸收光子能量从满带跃迁到导带，吸收系数将骤然增大。禁带宽度大的材料，紫外吸收端的波长较小。禁带宽度大的材料，紫外吸收端的波长较小。p 在在红外红外区的吸收：是由于离子的弹性振动与光子辐射发区的吸收：是由于离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。生谐振消耗能量所致。4.5.2 吸收、反射和透射吸收、反射和透射4.5.2.1 光的吸收光的吸收(photon absorption)8（2）光吸收与光波长的关系4.5.2 吸收、反射和透射4.图图4-86 金属、半导体和电介质的吸收率随波长的变化金属、半导体和电介质的吸收率随波长的变化4.5.2 吸收、反射和透射吸收、反射和透射选择吸收选择吸收&均匀吸收均匀吸收4.5.2.1 光的吸收光的吸收(photon absorption)9图4-86 金属、半导体和电介质的吸收率随波长的变化4.5.4.5.2.2 光的反射光的反射(reflection)介质介质2对于介质对于介质1的相对折射率：的相对折射率：图图4-87 光通过透明介质分光通过透明介质分 界面时的反射与透射界面时的反射与透射单位时间通过单位面积的反射光与入单位时间通过单位面积的反射光与入射光的射光的能量流之比能量流之比即为即为反射系数反射系数(m)，则则（1-m），），称为称为透射系数透射系数。4.5.2 吸收、反射和透射吸收、反射和透射104.5.2.2 光的反射(reflection)介质2对于u镜反射镜反射在材料表面光洁度非常高的情况下的反射，反射在材料表面光洁度非常高的情况下的反射，反射光线具有明确的方向性。光线具有明确的方向性。镜反射性能的镜反射性能的应用应用：装饰器具，如雕花玻璃器皿等，宝石的：装饰器具，如雕花玻璃器皿等，宝石的高折射率使之具有强折射和高反射性能。高折射率使之具有强折射和高反射性能。u漫反射漫反射当光照射到陶瓷粗糙不平的材料表面上时，总的当光照射到陶瓷粗糙不平的材料表面上时，总的反射能量分散在各个方向上，形成漫反射。反射能量分散在各个方向上，形成漫反射。材料表面越粗糙，镜反射所占的能量分数越小。材料表面越粗糙，镜反射所占的能量分数越小。4.5.2 吸收、反射和透射吸收、反射和透射图图4-88 粗糙度增加的镜反射、漫反射能量图粗糙度增加的镜反射、漫反射能量图4.5.2.2 光的反射光的反射(reflection)11镜反射在材料表面光洁度非常高的情况下的反射，反射光线具有 光的光的透射强度与入射强度之比透射强度与入射强度之比称为称为透射率透射率T。而当光线垂直射向固体（或液体）表面时，入射线强度而当光线垂直射向固体（或液体）表面时，入射线强度中有一定分数中有一定分数R（反射率）（反射率）被反射掉。被反射掉。根据朗伯定律得到：(4-157)则，透射率：透射率：（4-158）显然，透射率显然，透射率T(transmissivity)、反射率、反射率R(reflectivity)、吸收率吸收率A(absorptivity)三者之和应为三者之和应为1，即：，即：4.5.2 吸收、反射和透射吸收、反射和透射4.5.2.3 光的透射光的透射(transmission)T+R+A=112 光的透射强度与入射强度之比称为透射率T。而图图4-89 固体（或液体）的反射、吸收和透射固体（或液体）的反射、吸收和透射4.5.2 吸收、反射和透射吸收、反射和透射4.5.2.3 光的透射光的透射(transmission)13图4-89 固体（或液体）的反射、吸收和透射4.5.2 u光的光的折射折射来源于光线通过透明材料时，由于介质的来源于光线通过透明材料时，由于介质的电子极化使得光速降低，电子极化使得光速降低，光线在界面弯曲光线在界面弯曲的现象。的现象。u 折射指数（折射指数（折射率折射率n）的大小与介质的）的大小与介质的性质性质（原子原子或离子的尺寸、介电常数、磁导率或离子的尺寸、介电常数、磁导率 等等）和）和波长波长相关相关。u 在真空或空气中，光学透明材料对于垂直射向材料在真空或空气中，光学透明材料对于垂直射向材料表面可见辐射的反射率为：表面可见辐射的反射率为：n：材料的折射率：材料的折射率4.5.2 吸收、反射和透射吸收、反射和透射4.5.2.4 折射指数（折射指数（Refraction Index,n)14光的折射来源于光线通过透明材料时，由于介质的电子极化使得光速 表表4-33 各种材料在室温对可见光的各种材料在室温对可见光的折射率折射率 物质 n（折射率）物质 n（折射率）空气空气 Al2O3 CaF2 Cl2（气体）Cl2（液体）金刚石金刚石 H2O（水）H2O（冰）聚四氟乙烯聚四氟乙烯 醋酸纤维素 聚甲基丙烯酸甲酯 聚丙烯 酚醛树脂 环氧树脂 低密度聚乙烯 聚碳酸酯 1.000277 1.63-1.68 1.43 1.000768 1.385 2.417 1.33 1.30 1.35 1.48-1.50 1.49 1.49 1.50-1.70 1.5-1.6 1.51 1.59 玻璃（重燧石）玻璃（锌牌）KCl KF NaCl 石英 熔融石英 SrO 聚丙烯腈 天然橡胶 聚酰胺 高密度聚乙烯 聚氯乙烯 氯丁橡胶 聚苯乙烯 1.65 1.52 1.49 1.36 1.54 1.54 1.47 1.87 1.51 1.52 1.53-1.55 1.54 1.54-1.56 1.55 1.59 4.5.2.4 折射指数（折射指数（Refraction Index,n)15 表4-33 各种材料在室温对可见光的折射率 物u 金属材料的金属材料的光学特征光学特征如下：如下：（1）各种）各种入射辐射入射辐射被吸收；由于金属导带中已填充的能被吸收；由于金属导带中已填充的能级上方紧接着就有许多空的电子能态，也即：级上方紧接着就有许多空的电子能态，也即：频率频率分布分布范围很宽的各种范围很宽的各种入射辐射入射辐射都可以激发电子到能量较高的都可以激发电子到能量较高的未填充态从而被吸收；未填充态从而被吸收；（2）金属的反射，是由吸收再反射综合造成的；）金属的反射，是由吸收再反射综合造成的；（3）对于红外辐射则为透明的；）对于红外辐射则为透明的；（4）反射率具有频率依赖性）反射率具有频率依赖性。4.5.2 吸收、反射和透射吸收、反射和透射4.5.2.5 金属材料的光学性质金属材料的光学性质 16 金属材料的光学特征如下：4.5.2 吸收、反射和透射4.图图4-90 铜、银、金、镍的反射率对波长和频率的依赖性铜、银、金、镍的反射率对波长和频率的依赖性4.5.2 吸收、反射和透射吸收、反射和透射4.5.2.5 金属材料的光学性质金属材料的光学性质 17图4-90 铜、银、金、镍的反射率对波长和频率的依赖性4.54.5.2.6 无机非金属材料的光学性质无机非金属材料的光学性质无机非金属材料的无机非金属材料的光学特征光学特征如下：如下：（1）大多数都对红外线有一定程度的吸收；）大多数都对红外线有一定程度的吸收；（2）吸收可见辐射，且不透明（半导体）；）吸收可见辐射，且不透明（半导体）；（3）绝缘体倾向于对可见辐射透明，因为其）绝缘体倾向于对可见辐射透明，因为其Eg较大较大；（4）漫透射）漫透射由多次内反射造成，常常使材料由由多次内反射造成，常常使材料由透明透明半透明半透明；（5）由于在加工过程中留下孔洞而变得不透明，比如烧结）由于在加工过程中留下孔洞而变得不透明，比如烧结陶瓷材料，只要大约有陶瓷材料，只要大约有 1%的空洞就足以造成不透明。的空洞就足以造成不透明。4.5.2 吸收、反射和透射吸收、反射和透射184.5.2.6 无机非金属材料的光学性质无机非金属材料的光学u 聚合物多数是聚合物多数是无色的，无色的，包括从高透明包括从高透明(transparent)的到不透的到不透明的。明的。透明度透明度的损失源于材料内部的损失源于材料内部折射指数折射指数(refraction index)不均匀性不均匀性产生的产生的光散射光散射。u 聚合物聚合物透明带色透明带色，由于折射指数的不均匀性，由于折射指数的不均匀性，选择性吸收选择性吸收。u 结晶聚合物通常是结晶聚合物通常是半透明半透明(translucent)或不透明或不透明(opaque)的。的。u 增加聚合物材料透明性的方法增加聚合物材料透明性的方法：加速成核或由熔体急剧冷却加速成核或由熔体急剧冷却 减少球晶大小；减少球晶大小；拉伸拉伸 使球晶转变为取向微丝。使球晶转变为取向微丝。4.5.2 吸收、反射和透射吸收、反射和透射4.5.2.7 高分子材料的光学性质高分子材料的光学性质19 聚合物多数是无色的，包括从高透明(transparent)u凡是能使偏振光的偏振面旋转的性质，称为凡是能使偏振光的偏振面旋转的性质，称为旋光性旋光性；具；具有旋光性的物质，称为有旋光性的物质，称为旋光性物质旋光性物质。u 旋光性物质的特点：含有旋光性物质的特点：含有不对称碳原子不对称碳原子手性分子。手性分子。4.5.3 旋光性及非线性光学旋光性及非线性光学4.5.3.1 旋光性旋光性20凡是能使偏振光的偏振面旋转的性质，称为旋光性；具有旋光性的物含有一个含有一个不对称碳原子不对称碳原子的分子是具有的分子是具有手性手性的分子。的分子。具有手性的分子存在对映体，是与自己的镜面不具有手性的分子存在对映体，是与自己的镜面不能叠合的分子，能叠合的分子，有旋光性有旋光性。而而存在对称因素存在对称因素（面、轴、对称中心）的分子，（面、轴、对称中心）的分子，是都能与自己的镜像相叠合的，则是都能与自己的镜像相叠合的，则不具有手性不具有手性，不显旋光性不显旋光性。4.5.3 旋光性及非线性光学性旋光性及非线性光学性4.5.3.1 旋光性旋光性21含有一个不对称碳原子的分子是具有手性的分子。具有手性的分子存（1）非线性光学）非线性光学效应效应分子（介质）受强光场分子（介质）受强光场（如：激光）作用时会产生极化，其（如：激光）作用时会产生极化，其诱导极化强诱导极化强度为度为。则：则：=0+2+3+0：分子永久偶极矩；：分子永久偶极矩；：为局域电场强度；：为局域电场强度；：分子线性极化率；：分子线性极化率；&：二阶和三阶分子超极化率。：二阶和三阶分子超极化率。4.5.3 旋光性及非线性光学性旋光性及非线性光学性4.5.3.2 非线性光学性质非线性光学性质22（1）非线性光学效应分子（介质）受强光场（如：激光）作用u 对于宏观物质对于宏观物质，若极化强度为极化强度为P，则：P=（1）E十十（2）E2十十（3）E3十十 E入射光电场强度；入射光电场强度；（1）物质的线性极化率；物质的线性极化率；（2）和和（3）物质的二阶和三阶非线性极化率。物质的二阶和三阶非线性极化率。u 因此，把因此，把能产生大的二阶或三阶非线性光学效应的介能产生大的二阶或三阶非线性光学效应的介质，质，分别称为分别称为二阶或三阶非线性光学材料二阶或三阶非线性光学材料。4.5.3 旋光性及非线性光学性旋光性及非线性光学性4.5.3.2 非线性光学性质非线性光学性质23 对于宏观物质，若极化强度为P，则：4.5.3 旋光性及非（2）非线性光学材料的非线性光学材料的功能功能 具有变频、增幅、开关、记忆等元件功能具有变频、增幅、开关、记忆等元件功能。（3）非线性光学材料的非线性光学材料的结构特点结构特点（有机材料）（有机材料）二阶：具有二阶：具有A-D结构结构。其中，其中，A：拉电子基；：拉电子基；D：供电子基；：供电子基；：共轭结构：共轭结构。三阶：具有容易移动的非定域电子体系三阶：具有容易移动的非定域电子体系。4.5.3 旋光性及非线性光学性旋光性及非线性光学性4.5.3.2 非线性光学性质非线性光学性质24（2）非线性光学材料的功能4.5.3 旋光性及非线性光学性4（1）荧光）荧光(fluorescence)：延迟发光时间小于延迟发光时间小于 10-8 s。（2）磷光）磷光(phosphorescence)：延迟发射光延迟发射光 在在10-2 s 10s之间。之间。4.5.5 发光发光(luminescence)（3）激光）激光(laser)：是材料发光性能的重要应用。是材料发光性能的重要应用。u激光产生的必要条件激光产生的必要条件:a.维持维持连续不断连续不断的受激辐射；的受激辐射；b.粒子数反转粒子数反转：高能级的原子数大于低能级的原子数。：高能级的原子数大于低能级的原子数。25（1）荧光(fluorescence)：延迟发光时间小于 1 在光的作用下，材料的某些性能发生可逆变化的在光的作用下，材料的某些性能发生可逆变化的性质（具有光敏性的材料属于智能材料）性质（具有光敏性的材料属于智能材料）。u 光致变色器光致变色器：由在光的作用下能可逆地发生颜色变：由在光的作用下能可逆地发生颜色变化的化合物所制造的器件。化的化合物所制造的器件。u具有这种性能的化合物称为具有这种性能的化合物称为光致变色化合物光致变色化合物，如，如光致光致变色高分子变色高分子。4.5.6 光敏性光敏性(photo sensitivity)（?T 举出一个光致变色高分子化合物）举出一个光致变色高分子化合物）4.5.6.1 光敏性光敏性26 在光的作用下，材料的某些性能发生可逆变化的性质（具有在一定的温度和压力下，随着光照，样品长度在一定的温度和压力下，随着光照，样品长度有明显的收缩，而停止光照则长度恢复，其有明显的收缩，而停止光照则长度恢复，其收缩收缩与伸长是完全可逆与伸长是完全可逆的。的。4.5.6 光敏性光敏性(photo sensitivity)4.5.6.2 光力学现象光力学现象27在一定的温度和压力下，随着光照，样品长度有明显的收缩，而4.6 耐腐蚀性耐腐蚀性 (anti-corrosion)u 什么是腐蚀？什么是腐蚀？u 物理腐蚀的类型有哪些？物理腐蚀的类型有哪些？u 物理腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀物理腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀各有什么特点？各有什么特点？284.6 耐腐蚀性 (anti-corrosion)什么是4.6 耐腐蚀性耐腐蚀性 (anti-corrosion)u腐蚀腐蚀材料在遭受化学介质、湿、气、光、氧、材料在遭受化学介质、湿、气、光、氧、热等环境因素作用下发生热等环境因素作用下发生恶化变质恶化变质的现象。的现象。u腐蚀分类腐蚀分类：(1)腐蚀作用性质：物理、化学、电化学；腐蚀作用性质：物理、化学、电化学；(2)腐蚀环境和过程：高温、大气、溶质腐蚀等腐蚀环境和过程：高温、大气、溶质腐蚀等；(3)腐蚀形态：全面、局部。腐蚀形态：全面、局部。金属金属：电化学、化学（氧化）腐蚀；电化学、化学（氧化）腐蚀；无机无机：化学腐蚀；化学腐蚀；高分子高分子：化学、物理腐蚀。：化学、物理腐蚀。294.6 耐腐蚀性 (anti-corrosion)腐蚀u 物理腐蚀：物理腐蚀：在环境介质作用下，没有化学变化，而在环境介质作用下，没有化学变化，而是以物理变化发生破坏的腐蚀是以物理变化发生破坏的腐蚀(主要是高分子材料主要是高分子材料)。u 物理腐蚀的类型物理腐蚀的类型 溶胀、溶解溶胀、溶解 应力开裂应力开裂 渗透破坏渗透破坏 4.6.1 物理腐蚀物理腐蚀(physical deterioration)30 物理腐蚀：在环境介质作用下，没有化学变化，而是以物理变化发u 物理腐蚀的影响因素物理腐蚀的影响因素 介质浓度介质浓度 温度温度 温度变化温度变化 液体流动液体流动 应力大小应力大小 作用周期作用周期 复合材料：复合材料：界面引起腐蚀界面引起腐蚀 4.6.1 物理腐蚀物理腐蚀31 物理腐蚀的影响因素 复合材料：界面引起腐蚀 4.6.1 物溶剂分子渗入材料内部；溶剂分子渗入材料内部；破坏大分子间的次价键；破坏大分子间的次价键；与大分子发生溶剂化作用。与大分子发生溶剂化作用。（1）溶解性）溶解性 溶解度参数溶解度参数 =（CED）1/2，CED为内聚能密度。为内聚能密度。Gm=Hm-T Sm Gmc2）（4-167）式中，式中，A、t、D分别为分别为面积、时间及扩散系数面积、时间及扩散系数；膜厚度为膜厚度为L；膜两侧；膜两侧浓度差为浓度差为（c1-c2）。4.6.1 物理腐蚀物理腐蚀4.6.1.1 高分子材料的耐溶剂性高分子材料的耐溶剂性 33(2)渗透性(permeability)与渗透破坏 4.6.u对于气体，溶质的浓度对于气体，溶质的浓度 C=Sp，（，（p为蒸汽压为蒸汽压）若定义若定义渗透系数为渗透系数为P，渗透率为渗透率为J，则则，P=DS 式中式中S为溶解度系数为溶解度系数 那么，那么，J=DS(p1-p2)/L=P(p1-p2)/L u聚合物的结构和物理状态对渗透性影响很大。聚合物的结构和物理状态对渗透性影响很大。4.6.1 物理腐蚀物理腐蚀4.6.1.1 高分子材料的耐溶剂性高分子材料的耐溶剂性 34对于气体，溶质的浓度 C=Sp，（p为蒸汽压）4.6.1 (3)影响高分子材料耐溶剂性的因素影响高分子材料耐溶剂性的因素 溶解熵溶解熵 Sm 放热量放热量 Gm 耐溶剂性耐溶剂性 大分子热运动大分子热运动 扩散扩散 耐溶剂性耐溶剂性 温度温度 柔性柔性 耐溶剂性耐溶剂性 结晶、取向、交联，结晶、取向、交联，M 耐溶剂性耐溶剂性 以上都是渗透性影响高分子材料耐溶剂性的因素。以上都是渗透性影响高分子材料耐溶剂性的因素。4.6.1 物理腐蚀物理腐蚀4.6.1.1 高分子材料的耐溶剂性高分子材料的耐溶剂性 35 (3)影响高分子材料耐溶剂性的因素 4.6 在在应力应力（外加的或内部的残余应力）与某些（外加的或内部的残余应力）与某些介介质质（如活性物质）的共同作用下，高分子材料出（如活性物质）的共同作用下，高分子材料出现现银纹银纹，并进一步生长成裂缝，直至发生脆性断，并进一步生长成裂缝，直至发生脆性断裂。裂。介质的影响介质的影响，只有当，只有当溶解度参数差值在某一范溶解度参数差值在某一范围内围内时，才易引起局部溶胀，导致环境应力开裂。时，才易引起局部溶胀，导致环境应力开裂。4.6.1 物理腐蚀物理腐蚀4.6.1.2 环境应力开裂环境应力开裂36 在应力（外加的或内部的残余应力）与某些介质（如活性物质）的(1)酸酸(acid)、碱、碱(base)、盐、盐(salt)腐蚀作用腐蚀作用 酸、碱、盐对酸、碱、盐对金属材料金属材料的腐蚀的腐蚀 酸酸：氢离子的浓度；氢离子的浓度；酸的阴离子的氧化还原性。酸的阴离子的氧化还原性。碱碱：腐蚀性一般比酸小，对铝、锌、锡、铅等两性：腐蚀性一般比酸小，对铝、锌、锡、铅等两性 金属有显著的腐蚀性。金属有显著的腐蚀性。盐盐：影响极为错综复杂；影响极为错综复杂；使使pH值发生变化的盐；值发生变化的盐；氧化性盐氧化性盐。4.6.2 化学腐蚀化学腐蚀(chemical corrosion)4.6.2.1 环境介质环境介质(media)的化学腐蚀作用的化学腐蚀作用37(1)酸(acid)、碱(base)、盐(salt)腐蚀作用 酸、碱、盐对酸、碱、盐对高分子材料高分子材料的腐蚀的腐蚀 多数高分子材料都具有良好的耐腐蚀性。多数高分子材料都具有良好的耐腐蚀性。但有些也会发生化学介质老化或水解等现象，主但有些也会发生化学介质老化或水解等现象，主要是由其化学结构决定的。要是由其化学结构决定的。比如，对于杂链高分子，化学介质的老化、水解比如，对于杂链高分子，化学介质的老化、水解等也会引起腐蚀。等也会引起腐蚀。4.6.2 化学腐蚀化学腐蚀4.6.2.1 环境介质环境介质(media)的化学腐蚀作用的化学腐蚀作用38 酸、碱、盐对高分子材料的腐蚀 4.6.2 化学腐蚀4.6 无机非金属材料无机非金属材料的耐腐蚀性的耐腐蚀性 u 硅酸盐陶瓷：硅酸盐陶瓷：SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O 易溶于水及碱液中。易溶于水及碱液中。SiO2与与氢氟酸氢氟酸反应；反应；SiO2与与磷酸磷酸反应。反应。u 耐腐蚀性与矿物组成有关；耐腐蚀性与矿物组成有关；u 耐耐腐腐蚀蚀性性与与结结构构相相关关，比比如如：结结晶晶SiO2 能能够够耐耐酸、碱酸、碱；而；而无定形无定形SiO2 则可溶于碱则可溶于碱；但若有孔隙但若有孔隙(poros)耐腐蚀性降低。耐腐蚀性降低。4.6.2 化学腐蚀化学腐蚀(chemical corrosion)4.6.2.1 环境介质环境介质(media)的化学腐蚀作用的化学腐蚀作用39 无机非金属材料的耐腐蚀性 4.6.2 化学腐蚀(chem(2)(2)大气腐蚀大气腐蚀 u大气中水和氧等物质的作用而引起的材料腐蚀。大气中水和氧等物质的作用而引起的材料腐蚀。铁：在空气中生锈；铁：在空气中生锈；高分子：在氧气、臭氧、光照射等作用下会引起迅速高分子：在氧气、臭氧、光照射等作用下会引起迅速的老化变质。的老化变质。大气腐蚀的特征大气腐蚀的特征 u大气是组分复杂的混合物。大气是组分复杂的混合物。非金属非金属材料，如高分子材料材料，如高分子材料化学腐蚀；化学腐蚀；金属材料金属材料单纯化学腐蚀单纯化学腐蚀缓慢，如氧化；但常缓慢，如氧化；但常常可发生电化学腐蚀常可发生电化学腐蚀通过水汽在金属表面形成液层，通过水汽在金属表面形成液层，构成电解质液膜层。构成电解质液膜层。4.6.2 化学腐蚀化学腐蚀 4.6.2.1 环境介质环境介质(media)的化学腐蚀作用的化学腐蚀作用40(2)大气腐蚀 4.6.2 化学腐蚀 4.6.2.1 环境介 金属材料在大气中的耐蚀性及防护金属材料在大气中的耐蚀性及防护 防护：防护：研制和选用耐蚀材料，如低合金钢；研制和选用耐蚀材料，如低合金钢；涂层和镀层保护，如油漆和金属镀层；涂层和镀层保护，如油漆和金属镀层；降低大气湿度。降低大气湿度。4.6.2 化学腐蚀化学腐蚀 4.6.2.1 环境介质环境介质(media)的化学腐蚀作用的化学腐蚀作用414.6.2 化学腐蚀 4.6.2.1 环境介质(media)高分子材料在大气中的耐腐蚀性高分子材料在大气中的耐腐蚀性 氧化氧化(oxidation)：如如:PE，中温，与氧作用，中温，与氧作用自由基链式反应。自由基链式反应。臭氧臭氧(ozone)：开裂，如天然橡胶和合成弹性体。：开裂，如天然橡胶和合成弹性体。耐侯性耐侯性(weathering)：抵抗室外天气条件的能力。：抵抗室外天气条件的能力。主要有：主要有：紫外线紫外线 温度温度 湿气湿气 活性气体活性气体 其它如风、雪等其它如风、雪等 4.6.2 化学腐蚀化学腐蚀4.6.2.1 环境介质环境介质(media)的化学腐蚀作用的化学腐蚀作用42 高分子材料在大气中的耐腐蚀性 4.6.2 化学腐蚀4.6 耐候性的提高方法耐候性的提高方法：a.紫外线吸收剂紫外线吸收剂 b.抗氧剂抗氧剂 c.选材选材 d.化工大气化工大气 耐辐射性耐辐射性 辐射交联辐射交联 硬度硬度 耐热性耐热性 分子量分子量 耐溶剂性耐溶剂性 影响性能影响性能 4.6.2 化学腐蚀化学腐蚀4.6.2.1 环境介质环境介质(media)的化学腐蚀作用的化学腐蚀作用43 耐候性的提高方法：4.6.2 化学腐蚀4.6.2.1 环高能幅照作用高能幅照作用图4-99 多种高分子材料的耐辐射性能耐热性优越、化学耐热性优越、化学稳定性最好的氟塑稳定性最好的氟塑料却极不稳定。料却极不稳定。4.6.2 化学腐蚀化学腐蚀4.6.2.1 环境介质环境介质(media)的化学腐蚀作用的化学腐蚀作用44高能幅照作用图4-99 多种高分子材料的耐辐射性能耐热性优越4.6.3 电化学腐蚀（电化学腐蚀（electrochemical corrosion）（1）电池作用）电池作用微电池腐蚀微电池腐蚀（2）电解作用）电解作用 电解时阳极发生了溶解电解时阳极发生了溶解4.6.3.1 金属腐蚀的金属腐蚀的电化学电化学机理机理 454.6.3 电化学腐蚀（electrochemical c4.6.3.2 电化学腐蚀的热力学电化学腐蚀的热力学电位电位-pH图图 判断电化学腐蚀的热力学条件判断电化学腐蚀的热力学条件4.6.3 电化学腐蚀（电化学腐蚀（electrochemical corrosion）464.6.3.2 电化学腐蚀的热力学电位-pH图 判断电化（1）什么是极化作用？）什么是极化作用？（2）什么是极化曲线？）什么是极化曲线？（3）阴极极化和阳极极化的产生原因有哪些？）阴极极化和阳极极化的产生原因有哪些？图4-105 阳极极化曲线与极化率示意图4.6.3 电化学腐蚀（电化学腐蚀（electrochemical corrosion）4.6.3.3 极化作用与极化曲线极化作用与极化曲线47（1）什么是极化作用？图4-105 阳极极化曲线与极化率示意4.6.3.4 腐蚀过程的控制因素和程度腐蚀过程的控制因素和程度4.6.3.5 腐蚀控制的途径腐蚀控制的途径4.6.3 电化学腐蚀（电化学腐蚀（electrochemical corrosion）484.6.3 电化学腐蚀（electrochemical c