无机非金属材料粉磨中的机械力化学效应

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反应 不 同 , 如: 4 Na B r O3 —2 Na 2 0+ 5 02 +2 B r : ( 机 械能 ) g Na B r O3 —2 Na R T +3 02 ( 热能 )
③ 温 度对机 械 力化 学 反应速 度 的影响 比对热 化学 反应 速 度 的影 响 要小 得多 . 温度 的高 低 甚 至对 于某 些机 械 力化 学速 度没 有影 响 , 例如 , 硝酸 盐 的机 械 力化学 分解速 度无 论在 室温
机 械 能 可 以 诱 发 产 生 热 能 难 以 或 无 法 诱 发 产 生 的 化 学 反
1 机 械 力化 学 的 产生 机 制和 特 点
物 质 的粉碎 , 尤 其是 细粉 粹 是一 复杂 的物理 化学过 程 。 在
机 械 力 的不 断 作用 下 , 起 始 阶 段 主 要 是 颗 粒 尺 寸 的 减 小 和 表
机 械 力化 学 的 产生 和 以上 过 程 的发 生 密切 相关 , 它 们 都
表 1 若干机 械力 化学反 应的 倒子 湖
可 促进 或导致 机 械力效 应 : ①粉 磨过 程 中粉体 不 断微 细化 , 表 面积迅 速增 大 . 表面 能 也迅 速增 加 - 粉 体活 性增 加 . 吸 附也变 得容 易。 另外 , 微细 粉体 具有 较高 晶界 体积 分数 , 晶界储 存 了大量 过剩 热焙 , 这 为机 械 力化 学反 应 的发生 提供 了热 力学 条件 。 @ 粉 磨加 在 固体上 的 力造成 的弹 性应 力也 是机械 力化 学 变化 的重 要 因索 。 弹 性应 力引起 原子 水平 的应 力集 中 , 一般 由 此而 改 变原子 问 的结台 力常 数 , 从而 改变 它们 的本来 频率 , 也 ② 对于 某些 固体物 质 , 机 械 力化学 反 应 的产 物 与热 化 学
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下 还 是 在 液 态 氪 下 都 一 样
材 料 导 报
1 9 9 9年 1 0月 第 1 3卷 第 5期
湿 法 研磨 时 间延长 到 】 O O h. 仍 然看 不到 相变 的现 象 。他认 为 是 摩擦 系 数 的减 小( 摩擦 是 产 生机械 力化 学效应 的 有效 方 式
昊 建其
卢 迪 芬
( 华 南 理工大 卓 再 雨 与f 否
摘 要
备 中 的 非 平 衡 过 程 。 着 重 评 递 丁机 械 力 化
r  ̄  ̄ t l 5 1 0 6 4 1 )
牛 牛
机械 力化 学是 研 充机械 耗和化 学 能之 间 的相 互转化 的 一门 学科 , 机械 力化 学艘应 被 大量运 用于材 料 制
滑 和冷却 环境 都阻碍 丁颗 粒 【 晶粒 ) 尺 寸 和 吉 布 斯 自 由能 达 到
2 机 械 力化学 在 材 料制 备 中 的应 用
长对 闻粉 磨 的机 械 化 学作 用 及 颗粒 的 徽 细化 . 使 粉 体 活 性 大 大提 高 , 并获得较大表面积. 从 而 为 材 料 的后 期制 备 ( 烧结、 化学 反应等 ) 提 供 便干 l 『 条件 . 可 望应 用于 固体催 化剂 和 精 细陶 瓷耢体 等方 面 李 竞先等 0 在行 星振 动磨 中粉 磨陶 瓷 烙块 用料 , 由 于粉 磨 舟质 的强 烈冲 击和 磨剥作 用 , 产 生一 系列
a c t e r [ s t i c s a n d s o me i n l f ue nc e f a c t o r s o f me c h a n o c h e mi c a ]e f f e c t a r e s u mm a r i z e d i n t h i s p a p e r . Ke y wo r ds me c h a n o c h e mi s t r y,u n e q u i l [ h r i u m, me c h a n i s m
物 质 化学 性质 的变 化可 通 过 热 能、 电能 、 光能 、 磁场 等 而 产生 , 而 通 过机 械 能 诱发 的化 学性 质 的变 化 是 其中 较 为特 殊 的 一类 。机 械 力化 学( me c en h o c h e mi s t r y ) 就 是 研 究 固体 物 质 在受 到机 械 力作 用 时 , 发 生 一系 列物理 化 学性质 变化的 学科 。 物 质 在粉 碎 过 程 中 不 仅发 生颗 粒 的 细化 和 表 面 积 的增 加、 还会产 生 多晶转 变 、 晶格缺 陷 、 晶 体无 定形化 、 外 激 电子放 射 等机 械 力化学 效应 _ 1 ] 。 B e k e 口 就强 调指 出 瑚 碎尤其 是 细粉 碎 不 能被 认 为 只是 一种 简 单 的机 械 物 理过 程 , 而 应该 认 识 到 粉 碎是 一复 杂 的物理 化学 过 程 。无 机非 金 属粉磨 中 的机械 力 化学 效应 主要 包括 粉磨 处 理 后 粉体 物理 化学 性质 的 变化 . 及 混合粉 磨 单质 元索直 接 产生 化学 反应 。
关键词
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Me c h a n o c h e m[ s t r y 1 s a


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中 粉 磨 后 无 定 形 化 更 严 重 。将 粉 磨 产 物 在 氩 气 中 煅 烧 , N 气
机 械 化 学 效 应 。这 使 陶 瓷 熔 块 温 度 降 低 . 从 1 6 8 3 K 降 至
】 6 4 8 K和 1 6 0 3 K, 釉面 白度 ( 乳 浊度 ) 提高. 改 善 釉 面 光 泽 度 和
垒 之故 。S a wa r u _ 等在 湿法 粉磨 白云石 、 l 方 解石 , 石 英对 . 也 没 有观察 到多 晶转 变现象 。机械 能诱 发 的内部 结构变 化通 常 要求颗粒 ( 晶粒 ) 尺 寸及 吉布斯 自由 能达到极 限值 。 S a wa r u认 为 在湿法 粉磨 环境 下 、 碎裂表 面层 的溶 解和 重建 ” . 良好 的 润
就 改变 了原子 间距和价 键 角度 . 结果 改变化 学结 合 能 、 使反 应 能 力增 大。弹性 应 力还可 发 生驰 豫 ( Re l a x a t i o n ) . 由此形 成 澈 化 的振 动状 志可 导致 化 学 反应 的发 生 而释 放 出来 , 这种 能 量 在 应 力点 以“ 热点 ” 形式 出现 。B o w d e n _ 日 实验 表 明 . “ 热点” 的 面 积大 约为 1 0 c m , 延续 的时 间只有 1 0 ~l o 秽, 一 般 温 度可 达到 8 0 0 ~1 D O 0 K或 更高 。 ③ 粉磨过 程 中 . 粉 体生 成表面 缺 陷及高 密度位 错 、 发 生 晶 格畸 变 . 这 些都提 高 了粉体 的 自由能 . 从 而成 为诱发 机械 力化 学效 应的驱 动 力之一 。另外 , 在研 磨介 质冲 击 力作 用下 , 大 大 促进 了扩散 过程 的发 生 。一般 情况 下不 能扩 散进 金属 的惰性 气体 . 在 冲击 力的作 用下也 能进入 金属 中 并 随作 用 力的延续 而继续 。特 别对于 粉磨 中进 行的 固相反应 , 这一 点尤 为重要 。
面 积 的增 大 但 是达 到 一定 程度后 , 由于 小颗 粒 的聚集 而 出现 粉 磨平 衡 。 粉磨 平衡 并 不意 味着 粉体 的性质 不变 , 若继续 施 加 机 械应 力 . 能量 会 以多种 形式 贮 存起来 。 粉磨 过程 中机 械能 用 于 生 成 新 表面 的部 分仅 为 1 , 而 以弹性 应 力造 成 的 局 部应 力集 中形 式 的贮 能 为 1 0 ~3 0 ] , 另外 还可 通 过粉 体 结构 变化( 表面 结构 变化 、 品格 畸变 、 多晶转变 等 ) 将一 部分 能 量贮 存起来t 其余 则 以热 能 的形 式 散发 。但 He e g n指 出能 量 的贮 存 是受 不 同 结构 缺 陷影 响 的 , 石英 的能 量贮 存 主 要 由无 定形 影口 甸- 表 面 能和 晶 格 能则 很 少 ; 对 石灰 石 而 言 , 积 聚能 量 主要 来 自一 次颗粒 的破 碎 和表 面能 的增 加_ 1 ]
之 一) 。颗 粒在 水中的 界面 能小于 在空 气中 的表面 能 . 从 而 使 得 粉 体 颗 粒 难 蹦 积 聚 起 足 够 的 能 量 以 克 服 相 变 所 需 的 激 活 势
④ 机 械 力化学 反应 与 粉碎 一样 . 都 能达到 一种 动态 平衡 。
张 云洪 。 ’ 在 耢磨 P b O固体时. 开始 铅 黄转 变 成 密 陀 惜 , 若 继 续 粉磨 . 密 陀惜 能重新 转 变为 铅黄 后 一种 转变 是 因在机械 力 作 用下 . 密 陀憎表 面 晶胞 变形 而发 生 的 . 转 变从 表面开 始逐 渐 向 内部扩 展 。
中粉 磨产 物 无 N. 生成 . 而 NH 气 中柑 磨 产 物 却 有 s i , 。 生成; 在氰 气 中j 蛭烧 , 两 者 都有 , N. 生成 , 但 Nt t 气 中粉磨 产 物经煅 烧后 仍有 更多 s i N .生成 。 这 主要 是 为 . 在 NH 气 中 粉磨 时 , s j 不但 能和 在 N:气中一 样发 生 机 械 力活 化 外 . s 粉 还能“ 捕获 ” 气 氛 中的 N. 促进 S i s N 的生成 。 i S ) 反应 物化学 计量 比的影 响 B i n g K_ l 用 MO 粉 和 s i 粉 混 合 耢磨 生 成 MOS i z时 发 现- 当 MO和 粉按 化 学计 量配 比时 . 经 耪磨 1 4 hl 5 I  ̄ i n后 .
应. 周 本 濂 就 将机 械 合金 化 归于 材料 制 备 非平 衡 过 程 中 的
强制反 应 。因此 与热 化学 相 比. 机 械 力化学 有其 自身 的特点 : ( 1 二 机械 力化 学反应 的发 生与 热 力学 自由 能变 化 A G 是正 还是 负没有关 系 , 即机 械 力化 学反 应不 一定 符合热 力学 定律 。
极 限值 , 从 而阻碍 了多 晶转变 的发 生 。并 且 . 湿法 粉磨 中粉 磨 介 质损耗 较大 . 介质 杂质 的 引八也将 影响机 械 力化学 的过程 粉磨 气 氛也 是 影 响 机械 力化 学 的 重 要 因素 之 L e e n L u 分 别 在 NH 和 N: 气中粉 磨 s 】 粉, 发现 s z 晶体 在 NH 气
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无 机 非 金 属 材 料 粉 磨 中的机 械 力 化 学 效应 / 是建 其 等
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无 机 非 金 属 材 料 粉 磨 中 的 机 械 力 化 学 效 应
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