機械力化學效應在無機非金屬材料制備中的運用研究

周兆雄

摘要：本文主要針對機械力化學效應在無機非金屬材料制備中的運用展開研究，先簡要分析機械力化學效應，然后基于研磨前驅物對水熱合成的影響、室溫球磨鈦鐵礦誘發硫化反應、機械力化學效應對釉面性能的影響，對機械力化學效應在無機非金屬材料制備中的具體應用進行詳細論述，旨在充分發揮出機械力化學效應，并實現與無機非金屬材料制備的緊密融合與協調，使之成為協調統一的有機整體。

關鍵詞：機械力化學效應;無機非金屬材料制備;運用

在無機非金屬材料制備方面，機械力化學效應發揮著重要作用，特別諸多的固體物質自身結構的變化等，嚴重影響著實際生產活動的開展。在材料研究領域，機械力化學，作為重要的制造方法之一，廣泛應用于各個領域，特別對于無機非金屬材料制備過程，其實踐效果突出。所以說，在無機非金屬材料制備方面，機械力化學效應非常值得應用以及普及。

一、機械力化學效應的相關概述

對于機械力化學效應來說，分析其基本原理，應加強機械能量的應用，發揮出對于材料化學反應的促進作用，促使材料內部組織、結構等性狀變化越來越明顯，通過該項效應機理的應用，可以不斷改進和優化材料的生產過程和生產技術。針對于機械力化學，不僅在材料破裂、變形等物理變化中發揮著重要的作用，而且還可以將材料物質隨著體積的增減體現出來，促使一系列化學反應的出現，從而形成對材料物質結構的深刻影響。此外，機械力化學效應，有助于材料無機非金屬材料制備水平的提升【1】。

二、機械力化學效應在無機非金屬材料制備中的運用

（一）研磨前驅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性具有一定的促進作用。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生。對于其Si、Al原子和在研磨時，基于機械力化學反應，所致的OH基團的局部結構差異，可以有效促進高嶺石的形成。在物料沒有進行預先處理的情況下，在水熱合成過程中，三水鋁石會實現向水軟鋁石的轉化。

在研磨沸石和合成絲光沸石M過程中，高能球磨機的應用，有助于無定形硅酸鋁相的生成。對于該相來說，其化學組分比較類似于原始未磨結晶物料沸石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。所以無定形固態的水熱處理，可以使利用溶液調節作用的相的穩定性得到強化。

（二）室溫球磨鈦鐵礦誘發硫化反應

在金紅石型TiO2生產過程中，普通鈦鐵礦扮演著重要的角色，對常規生產方法進行分析，熱化學過程、高溫反應法等比較常見。這些過程不僅具有較強的復雜性，而且成本也比較高昂。基于此，基于室溫條件，應混合研磨天然鈦鐵礦和硫，在研磨過程中，會促使機械力化學反應的產生，從而發揮出金紅石型TiO2的低溫生成的促進作用。使用HCl酸進行簡單的化學溶濾，有助于純的金紅石型TiO2粉體的順利獲取。根據結果了解到，在材料的室溫加工中，機械力化學的作用突出。

在試樣磨100小時以后，會明顯減弱硫磺峰強度，分析其原因，可能是因為球磨期間S溶解在鈦鐵礦結構中實現進入。根據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尚未發生反應。但會增加其衍射峰變，源于球磨，會嚴重降低鈦鐵礦晶粒尺寸。而且會推動二硫化鐵新相的出現。研磨階段，在機械力的作用下，有助于鐵的硫化反應的產生。

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進行觀察，會推動金紅石相TiO2弱峰的出現。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】，FeTiO3的硫化作用開始凸顯，在繼續研磨時，其作用的持續時間較長。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，在室溫溶濾達到3小時以后，固體分離物在100℃中，有助于試樣的獲取。

（三）機械力化學效應對釉面性能的影響

在行星振動球磨機中，陶瓷鋯熔塊用料的研磨，基于機械力化學效應，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有力的保證。在國外，溶制溫度可以達到1873K左右。對高溫的缺陷進行分析，不僅耗能顯著，而且成本高昂。對物料的機械力化學活化，深刻影響到結晶狀況。所以熔塊熔透必須要在較低溫度下進行。基于本質視角，制備熔塊主要借助高溫過程，但是其結構的遠程有序性不足，而機械力化學作用，一旦處于常溫條件下，會對其遠程有序性造成干擾，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、結語

總而言之，在新材料的設計與制取方面，機械力化學的應用勢在必行，實現了向無需粉碎程序的順利過渡，但是出自于獲取機械力化學效應的角度，仍然需要對粉磨過程予以增設。由此可見，在創造新材料和改造傳統材料性能方面，機械力化學效應的作用不容小覷。

參考文獻：

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[3] 葛金龍， 王秋芹， 王傳虎. 面向新經濟的無機非金屬材料工程專業改造升級路徑探索與實踐[J]. ?2021（2017-12）：65-68.