機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)在無機(jī)非金屬材料制備中的運(yùn)用研究

周兆雄

摘要：本文主要針對機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)在無機(jī)非金屬材料制備中的運(yùn)用展開研究，先簡要分析機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)，然后基于研磨前驅(qū)物對水熱合成的影響、室溫球磨鈦鐵礦誘發(fā)硫化反應(yīng)、機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)對釉面性能的影響，對機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)在無機(jī)非金屬材料制備中的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)論述，旨在充分發(fā)揮出機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)與無機(jī)非金屬材料制備的緊密融合與協(xié)調(diào)，使之成為協(xié)調(diào)統(tǒng)一的有機(jī)整體。

關(guān)鍵詞：機(jī)械力化學(xué)效應(yīng);無機(jī)非金屬材料制備;運(yùn)用

在無機(jī)非金屬材料制備方面，機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)發(fā)揮著重要作用，特別諸多的固體物質(zhì)自身結(jié)構(gòu)的變化等，嚴(yán)重影響著實(shí)際生產(chǎn)活動的開展。在材料研究領(lǐng)域，機(jī)械力化學(xué)，作為重要的制造方法之一，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，特別對于無機(jī)非金屬材料制備過程，其實(shí)踐效果突出。所以說，在無機(jī)非金屬材料制備方面，機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)非常值得應(yīng)用以及普及。

一、機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)的相關(guān)概述

對于機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)來說，分析其基本原理，應(yīng)加強(qiáng)機(jī)械能量的應(yīng)用，發(fā)揮出對于材料化學(xué)反應(yīng)的促進(jìn)作用，促使材料內(nèi)部組織、結(jié)構(gòu)等性狀變化越來越明顯，通過該項效應(yīng)機(jī)理的應(yīng)用，可以不斷改進(jìn)和優(yōu)化材料的生產(chǎn)過程和生產(chǎn)技術(shù)。針對于機(jī)械力化學(xué)，不僅在材料破裂、變形等物理變化中發(fā)揮著重要的作用，而且還可以將材料物質(zhì)隨著體積的增減體現(xiàn)出來，促使一系列化學(xué)反應(yīng)的出現(xiàn)，從而形成對材料物質(zhì)結(jié)構(gòu)的深刻影響。此外，機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)，有助于材料無機(jī)非金屬材料制備水平的提升【1】。

二、機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)在無機(jī)非金屬材料制備中的運(yùn)用

（一）研磨前驅(qū)物對水熱合成的影響

原始物料的早期研磨，對于高嶺石的合成反應(yīng)性具有一定的促進(jìn)作用。無定形的硅、氫氧化鋁，基于10：1混合研磨，水熱合成反應(yīng)的溫度往往在220℃左右。對于研磨200小時的原料，作為無定形的鋁硅酸鹽，其中，Al屬于4-配位。相比于沒有預(yù)研磨的原始物料，磨過的原料水熱合成時間并不長，從而促使高嶺石的產(chǎn)生。對于其Si、Al原子和在研磨時，基于機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)，所致的OH基團(tuán)的局部結(jié)構(gòu)差異，可以有效促進(jìn)高嶺石的形成。在物料沒有進(jìn)行預(yù)先處理的情況下，在水熱合成過程中，三水鋁石會實(shí)現(xiàn)向水軟鋁石的轉(zhuǎn)化。

在研磨沸石和合成絲光沸石M過程中，高能球磨機(jī)的應(yīng)用，有助于無定形硅酸鋁相的生成。對于該相來說，其化學(xué)組分比較類似于原始未磨結(jié)晶物料沸石V。在熱堿溶液中，基于相同條件下，生成的無定形固相的可溶性較高，是未磨沸石的可溶性不可比擬的。所以無定形固態(tài)的水熱處理，可以使利用溶液調(diào)節(jié)作用的相的穩(wěn)定性得到強(qiáng)化。

（二）室溫球磨鈦鐵礦誘發(fā)硫化反應(yīng)

在金紅石型TiO2生產(chǎn)過程中，普通鈦鐵礦扮演著重要的角色，對常規(guī)生產(chǎn)方法進(jìn)行分析，熱化學(xué)過程、高溫反應(yīng)法等比較常見。這些過程不僅具有較強(qiáng)的復(fù)雜性，而且成本也比較高昂。基于此，基于室溫條件，應(yīng)混合研磨天然鈦鐵礦和硫，在研磨過程中，會促使機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生，從而發(fā)揮出金紅石型TiO2的低溫生成的促進(jìn)作用。使用HCl酸進(jìn)行簡單的化學(xué)溶濾，有助于純的金紅石型TiO2粉體的順利獲取。根據(jù)結(jié)果了解到，在材料的室溫加工中，機(jī)械力化學(xué)的作用突出。

在試樣磨100小時以后，會明顯減弱硫磺峰強(qiáng)度，分析其原因，可能是因為球磨期間S溶解在鈦鐵礦結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)進(jìn)入。根據(jù)密集的鈦鐵礦峰了解到，在研磨100小時過程中，諸多鈦鐵礦與S尚未發(fā)生反應(yīng)。但會增加其衍射峰變，源于球磨，會嚴(yán)重降低鈦鐵礦晶粒尺寸。而且會推動二硫化鐵新相的出現(xiàn)。研磨階段，在機(jī)械力的作用下，有助于鐵的硫化反應(yīng)的產(chǎn)生。

在研磨200小時以后，立相FeS2在XRD中FeS2的衍射峰線的密集程度較高。在FeS2不斷生長過程中，鈦鐵礦相線條的減弱趨勢明顯。通過對200小時的XRD進(jìn)行觀察，會推動金紅石相TiO2弱峰的出現(xiàn)。該弱峰在熱處理后其清晰度較高。由此可以看出，在100小時研磨過程中【3】，F(xiàn)eTiO3的硫化作用開始凸顯，在繼續(xù)研磨時，其作用的持續(xù)時間較長。在室溫下研磨200小時，有助于FeS2和金紅石相的混合物的獲取。再將其放置到600℃中退火120分鐘，在室溫溶濾達(dá)到3小時以后，固體分離物在100℃中，有助于試樣的獲取。

（三）機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)對釉面性能的影響

在行星振動球磨機(jī)中，陶瓷鋯熔塊用料的研磨，基于機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)，可以有效降低熔塊熔融溫度，具體降低到1603K，同時還可以使釉面性能得到改善。一般來說，將陶瓷熔塊熔融溫度提升上來，可以給予熔塊釉的釉面水平強(qiáng)有力的保證。在國外，溶制溫度可以達(dá)到1873K左右。對高溫的缺陷進(jìn)行分析，不僅耗能顯著，而且成本高昂。對物料的機(jī)械力化學(xué)活化，深刻影響到結(jié)晶狀況。所以熔塊熔透必須要在較低溫度下進(jìn)行?；诒举|(zhì)視角，制備熔塊主要借助高溫過程，但是其結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程有序性不足，而機(jī)械力化學(xué)作用，一旦處于常溫條件下，會對其遠(yuǎn)程有序性造成干擾，從而上升活性，使熔融溫度變化突出。對于鋯英石來說，因為活性高特點(diǎn)的影響，在低溫的影響下，可以確保熔融效率，在燒成過程中，也會促使諸多再生晶粒的生成，從而將鋯英石釉的乳濁性提升上來。

三、結(jié)語

總而言之，在新材料的設(shè)計與制取方面，機(jī)械力化學(xué)的應(yīng)用勢在必行，實(shí)現(xiàn)了向無需粉碎程序的順利過渡，但是出自于獲取機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)的角度，仍然需要對粉磨過程予以增設(shè)。由此可見，在創(chuàng)造新材料和改造傳統(tǒng)材料性能方面，機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)的作用不容小覷。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李石穩(wěn)， 龐建明， 方建鋒. 機(jī)械化學(xué)法制備銅包鐵復(fù)合粉的研究[J]. 粉末冶金工業(yè)， 2019， 29（6）：7.

[2] 楊現(xiàn)鋒， 蔣潔， 張國強(qiáng)，等. 新工科背景下無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)的創(chuàng)新型和競爭性人才的培養(yǎng)路徑[J]. 教育現(xiàn)代化， 2019， v.6（91）：21-22.

[3] 葛金龍， 王秋芹， 王傳虎. 面向新經(jīng)濟(jì)的無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)改造升級路徑探索與實(shí)踐[J]. ?2021（2017-12）：65-68.