機(jī)械化學(xué)法制備氧化物陶瓷過程及動力學(xué)研究.pdf

1、在機(jī)械化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)中引入結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變分析，并借鑒燃燒合成領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)宏觀動力學(xué)理論，本文提出了機(jī)械化學(xué)反應(yīng)結(jié)構(gòu)宏觀動力學(xué)及其研究方法，從化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變兩方面共同對材料的機(jī)械化學(xué)合成過程進(jìn)行考察并成功應(yīng)用于銳鈦礦型TiO2、CaO+TiO2以及Fe2O3+ZnO體系的研究。
　　 主要結(jié)論如下:
　　 1、剪切力促進(jìn)了銳鈦礦相的晶型轉(zhuǎn)變，通過改變機(jī)械力作用方式，可望實現(xiàn)銳鈦礦型TiO2沿著不同的相變途徑轉(zhuǎn)化，這對合成有

2、晶型組成要求的TiO2陶瓷材料具有實際參考價值。本實驗條件下的研究表明，銳鈦礦型TiO2在行星球磨機(jī)和攪拌球磨機(jī)中的相變歷程表現(xiàn)為銳鈦礦相→TiO2-Ⅱ相→金紅石相的分步相變;在振動磨樣機(jī)中除了分步相變外，還發(fā)生了銳鈦礦相→金紅石相的直接相變。
　　 2、在相同研磨條件下，堿土金屬氧化物MgO、CaO、BaO與銳鈦礦型TiO2的機(jī)械化學(xué)反應(yīng)速率依次增大。實驗表明，機(jī)械化學(xué)合成中存在同系遞變現(xiàn)象。銳鈦礦型TiO2與堿土金屬氧化物的

3、機(jī)械化學(xué)反應(yīng)過程中可發(fā)生銳鈦礦相的相變，導(dǎo)致反應(yīng)過程存在差異。
　　 (1)在MgO+TiO2體系中，銳鈦礦型TiO2難以直接與MgO發(fā)生反應(yīng)得到MgTiO3，而是首先發(fā)生銳鈦礦型TiO2向TiO2-Ⅱ相的轉(zhuǎn)變，新生相TiO2-Ⅱ較銳鈦礦相有更好的反應(yīng)活性，可以與MgO發(fā)生反應(yīng)得到MgTiO3。
　　 體系存在如下的化學(xué)反應(yīng):TiO2(Anatase)→TiO2-ⅡAO+TiO2-Ⅱ→ATiO3
　　 (2)對于

4、CaO+TiO2及BaO+TiO2體系，未檢測到TiO2-Ⅱ相，銳鈦礦型TiO2易與CaO和BaO直接發(fā)生反應(yīng)得到CaTiO3和BaTiO3。
　　 體系存在如下的化學(xué)反應(yīng):AO+TiO2(Anatase)→ATiO3
　　 3、在相同研磨條件下，CuO、NiO、ZnO三種金屬氧化物與Fe2O3的機(jī)械化學(xué)反應(yīng)速率依次增大。研究表明，反應(yīng)物和生成物的結(jié)構(gòu)相似，則反應(yīng)容易進(jìn)行;反之，則反應(yīng)相對困難。
　　 4、銳鈦礦

5、型TiO2體系生成金紅石相的機(jī)械化學(xué)相變動力學(xué)、CaO+TiO2體系和Fe2O3+ZnO體系的機(jī)械化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)均滿足Avrami-Erofe'ev模型，屬于形核生長機(jī)制，表明產(chǎn)物晶核隨機(jī)產(chǎn)生并隨后長大。
　　 (1)銳鈦礦型TiO2體系的相變動力學(xué)方程為:[-ln（1－α）]1/1.9147=0.2484 t(振動磨樣機(jī)，710 rpm)
　　 (2) CaO+TiO2體系的反應(yīng)動力學(xué)方程為:[-ln(1-α)]1/0

6、.8685=0.3658 t（行星球磨機(jī)，500 rpm，球料比20∶1）
　　 (3) Fe2O3+ZnO體系的反應(yīng)動力學(xué)方程為:[-ln（1-α）]1/1.3262=0.0859 t（行星球磨機(jī)，500 rpm，球料比20∶1）
　　 5、以Fe2O3+ZnO體系合成ZnFe2O4的機(jī)械化學(xué)過程為例，進(jìn)行了動力學(xué)的能量方法研究。研究表明，F(xiàn)e2O3+ZnO體系的機(jī)械化學(xué)反應(yīng)按Avrami-Erofe'ev動力學(xué)模型擬