机械力化学机理研究分析 材料科学与工程专业VIP免费

机械力化学摘要：本文综合介绍了机械力化学的研究进展，对它的机理、效应、表征方法以及应用现状进行了总结，并指出了它存在的问题和研究应用的前景。关键词：机械力化学；机理；效应中图分类号：TGI7O文献标识码：A机械力化学(Mechnochemistry)又称力化学、机械化学，它是研究在给固体物质施加机械能量时固体形态、晶体结构等发生的变化，并导物理化学反应的一门学问。机械力化学是一门新兴的边缘学科，它涉及固体力学、表面化学、应用化学、矿物加工、粉体科学等学科。和热化学、电化学、光化学等一样，机械力化学也是化学领域的一个分支，它是粉碎技术不断深入发展的产物。近年来，机械力化学技术被广泛应用于制备超徽及纳米粉末、纳米复合材料、粉体表面改性、弥散强化合金结构材料、金属精炼、矿物和废物处理、合成新相等领域口。本文综合介绍了机械力化学的研究进展，对它的机理、效应、表征方法以及应用现状进行了总结，并对它存在的问题和研究应用的前景进行了归纳。l机械力化学机理影响机械力化学反应的因素很多，各种因素相互作用，加之研究手段不全面，关于机械力化学的机理尚没有一个统一的界定，目前主要有以下几种理论。1)等离子体模型机械作用等离子体模型认为，机械力作用导致晶格松弛与结构裂解，激发出高能电子和等离子区。一般的热化学反应温度在高于1000C时，电子能量也不会超过4eV，即使光化学的紫外电子的能量也不会超过6eV，而机械力作用下，高激发状态诱发的等离子体产生的电子能量则可以超过lOeV，因此机械力化学有可能进行通常情况下热化学所不能进行的反应，使固体物质的热化学反应温度降低，反，应速度加快。2)固态合成反应模型席生岐、屈晓燕等从扩散理论出发，分析了高能球磨过程中的扩散特点，提出了固态合成反应模型并进行分析计算，结果表明：高能球磨过程中固态反应能否发生取决于体系在球磨过程中能量升高的程度，而反应完成与否则受体系中的扩散过程控制，即受制于晶粒细化程度和粉末碰撞温度。一方面由于颗粒在超细磨过程中，被强烈塑性变形，产生应力和应变，颗粒内产生品格缺陷和晶形转变、非晶化，显著降低了元素的扩散激活能使得组元间在室温下可显著进行原子或离子扩散，颗粒不断冷焊、断裂、组织细化、形成了无数的扩散一反应偶；另一方面因颗粒表面化学键断裂而产生不饱和键、自由离子和电子等原因，导致晶体内能增高，物质内部迅速发展的裂纹使其顶端温度和压力增高，最终导致物质反映的平衡常数和反应速度常数显著增大。应力、应变、缺陷和大量纳米晶界、相界产生使系统储能很高，提高了粉末活性，从而有可能引起纳米尺寸下的固相反应有时甚至诱发多相化学反应L6引。2机械力化学效应及其表征方法2．1粉碎过程的机械力化学效应机械力化学效应是通过对物质施加机械力而引起物质发生结构及物理化学性质变化的过程。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比表面积的增大，但是达到一定程度后，由于小《新技术新工艺》·涂层技术研究进展综述2006年第ll期·21·维普资讯http://www.cqvip.com颗粒的聚集而出现粉磨平衡，即所谓的粉磨极限。随着对超细粉磨机理研究的不断深入，发现粉磨虽然存在极限但并不意味着粉磨过程中粉体的性质不变，事实上它会发生诸多的机械力化学效应，如物质表观形貌的变化，结晶状态的变化，理化性质的变化以及机械力化学反应等。2．2机械力化学效应的表征方法机械力效应的检测方法很多，对物理效应的测定可采用阿基米德原理和BET吸附法，对晶体结构变化和化学变化的测定概括起来有：1)X射线衍射法(XRD)：它的功能包括可测定受力作用前后晶体结构变化、晶型转变、化学变化等，也可以测结晶程度的变化；2)电子显微分析法：包括SEM，TEM，EDXA，ED等，这些方法对观察粉体物质在受力作用前后的颗粒大小分布、晶体形貌、团聚状况以及化学组成和结构变化等都是很有用的工具；3)热分析技术：如DTA，TG，是判断物质受力前后是否有变化常用的工具，特别是鉴别含水物质的脱水过程和脱水程度、晶型转变现象等十分有效；4)红外光谱分析(IR)：检测物质在受力前后的键能和键的性质，从而推断所发生的效应；5)...