MgAl2O4前驅體在機械活化過程中的鍵變化研究.pdf

1、本文以氫氧化鎂、氧化鎂、三水鋁石和氧化鋁為原料,分別配制了兩種不同組成的鎂鋁尖晶石前驅體:氫氧化鎂-三水鋁石混合物和氧化鎂-氧化鋁混合物。通過對上述混合物體系進行不同時間的機械活化,研究了機械活化時間以及前驅體的組成和晶體結構對機械活化過程中鎂鋁尖晶石前驅體化學鍵變化的影響,并在此基礎上進一步研究了機械活化引起的前驅體化學鍵變化對鎂鋁尖晶初始生成溫度和完全生成溫度的影響。
　　 氫氧化鎂-三水鋁石混合物在機械活化過程中出現明顯的

2、化學鍵變化。XRD結果顯示混合物原料的結晶度隨機械活化時間的延長而降低,呈現無定形化的變化趨勢;SEM、BET和EDS分析證實前驅體顆粒粒徑在機械作用下逐漸細化,機械活化20 h后的前驅體中鎂、鋁組分在亞微米級上混合均勻,相互嵌入;TG-DTA研究表明,氫氧化物的結構在機械活化的作用下受到破壞,致使原料的脫水機制發(fā)生改變,機械活化20 h后氫氧化鎂的初始分解溫度從機械活化前的426℃降低至270.9℃,而三水鋁石的初始分解溫度則由機械活

3、化前的331℃逐漸降低至132.5℃;FTIR研究顯示機械活化對氫氧化鎂-三水鋁石混合物中的化學鍵破壞明顯,前驅體中的部分O-H、Al-O和Mg-O鍵在機械作用力增強到一定程度時發(fā)生化學鍵的弱化、扭轉、變形或者斷裂,機械活化20 h后的前驅體中氫氧化鎂和三水鋁石結構水的O-H的伸縮和變形振動以及歸屬于三水鋁石Al-OH-Al鍵的平動峰逐漸減弱至消失,且歸屬于Mg-O和Al-O鍵的特征峰強度明顯減弱、寬化并向高波數藍移。不同機械活化時間下

4、制備的前驅體在不同溫度條件下煅燒,其XRD研究結果表明氫氧化鎂-三水鋁石混合物經過20 h的機械活化后,鎂鋁尖晶石的初始生成溫度由機械活化前的1000℃降低到700℃,完全生成溫度則由機械活化前的1300℃降低至800℃。
　　 相比較而言,氧化鎂-氧化鋁混合物在機械活化過程中呈現類似的鍵變化規(guī)律。XRD、SEM、BET和EDS的研究結果表明,氧化鎂-氧化鋁混合物在機械活化過程中的鍵變化程度比氫氧化鎂-三水鋁石混合物有所降低,F

5、TIR分析證實氧化鎂.氧化鋁混合物在機械活化過程中隨著機械活化時間的延長、機械作用力的增大,其Al-O和Mg-O鍵受到的破壞越嚴重,原子間的化學鍵作用力將逐漸減弱,進而出現化學鍵的扭轉、變形甚至部分化學鍵斷裂,但與氫氧化鎂-三水鋁石混合物相比,氧化物體系的紅外特征峰變化趨勢辦明顯減小。對不同機械活化時間下制備的前驅體在不同溫度條件下煅燒,結果發(fā)現機械活化氧化鎂-氧化鋁混合物20 h以后,鎂鋁尖晶石的初始生成溫度由機械活化前的800℃降低

6、為700℃,完全生成溫度由機械活化前的1300℃降低為1000℃。
　　 混合物在機械活化過程中出現化學鍵變化的本質原因是機械活化使前驅體原料顆粒逐漸細化,晶格受到破壞,無序度增大,晶體內部缺陷增加,組分之間能夠相互嵌入,固相反應時組分之間的擴散距離減小,提高了反應物的活性,從而有效降低了鎂鋁尖晶的初始生成溫度和完全生成溫度;由于含-OH的氫氧化鎂和三水鋁石比氧化鎂和氧化鋁彈性模量小、硬度低,機械活化時更易發(fā)生化學鍵變化,相同活