热处理对电气石粉体表面自由能的影响研究

本研究以内蒙古某地出产的天然黑色电气石为例,系统研究了热处理对电气石粉体表面自由能的影响规律和机理,属于无机非金属材料技术领域的生态环境功能材料研究范畴。将电气石超细粉体在400~900℃不同时间下焙烧,然后分别测量水、乙醇、30%乙二醇水溶液对电气石粉体的接触角,用Wu氏方程计算电气石粉体表面自由能。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外吸收光谱(FTIR)等手段,研究热处理对电气石粉体表面自由能及极性分量比例的影响规律。研究发现:电气石粉体表面自由能随着热处理温度升高而增加,且在发生相变前的800℃出现最大值。随着热处理时间的延长,电气石粉体表面自由能数值呈现增加、减小、再增加的变化规律;在相同热处理温度下,经2h热处理的电气石粉末的表面自由能数值最低。极性分量在电气石表面自由能组成中起主要作用,随着热处理温度的升高,电气石粉体表面自由能中极性分量比例从低温时的76%升高到高温时的86%;由于受热膨胀的影响,热处理2h的电气石粉体的极性分量在500℃略有下降。热处理对电气石粉体表面自由能及组成的影响规律,与电气石晶胞体积的变化有密切关系。电气石粉体的晶胞体积随着热处理温度的升高而缩小;随着热处理时间的延长,电气石粉体晶胞体积变化呈现减小、增加、再减小的变化规律;晶胞体积的缩小,电气石粉末表面自由能增加,即表面自由能的变化与晶胞体积的变化呈现近似的反比关系。