機械力化學在建筑材料合成中的應用

劉偉偉

（西京學院，陜西 西安 710123）

機械力化學在建筑材料合成中的應用

劉偉偉

（西京學院，陜西 西安 710123）

機械力化學化學的研究、應用經(jīng)歷了一定的發(fā)展，當前已成為化學專業(yè)重要的分支。機械力化學在建筑材料合成中的應用，主要是根據(jù)機械力化學的特征、機理，研究現(xiàn)代建筑中材料合成的開發(fā)和優(yōu)化。事實證明，機械力化學在水泥生產(chǎn)、制陶等方面都有巨大的貢獻，文章通過分析機械力化學在建筑材料合成中的應用及應用中存在的問題，客觀分析了當前機械力化學在建筑材料合成中的作用，并對其發(fā)展和研究提出了若干見解，以便更好地針對問題、解決問題，促進建筑材料工藝的發(fā)展和優(yōu)化。

機械力化學；特征；機理；建筑材料合成；應用

機械力化學的研究給化工業(yè)的發(fā)展帶來了前所未有的機遇，機械力化學在建筑材料合成中的應用也很廣泛，特別是隨著老舊建筑材料的淘汰、新型建筑材料的不斷開發(fā)，機械力化學在建筑材料合成中的應用也逐漸普遍起來。機械力化學的特點、應用機理等都表明其很適合應用于建筑材料的合成中，對機械力化學的研究勢必會推動建筑材料合成行業(yè)的進一步發(fā)展。

1 機械力化學與建筑材料合成

（1）機械力化學的發(fā)展。機械力化學是化學的一個重要分支，主要研究通過機械能誘發(fā)化學反應，以降低化學反應的難度，更高效地誘導材料的組織、結(jié)構、性能發(fā)生變化，使其適用于不斷發(fā)展的建筑工程需求。也就是說機械力化學是一門研究新材料或?qū)σ延胁牧线M行改性的學科，目的是制造和發(fā)現(xiàn)更好的建筑材料為人類社會的發(fā)展服務。機械力化學出現(xiàn)在19世紀末，當時對這一領域的研究比較粗放，應用也較少。進入20世紀后，機械力化學的發(fā)展很快，并被廣泛的應用于礦物原料加工、新建筑材料加工、陶瓷制造等方面，極大的豐富了建筑材料的種類。例如，傳統(tǒng)的建筑材料水泥、瓷磚等，都會借助機械力化學的相關技術提高產(chǎn)品生產(chǎn)的效益。又如新的建筑材料，新型隔熱材料、納米材料等，也借助了機械力化學的技術，實現(xiàn)了這些材料的大規(guī)模生產(chǎn)，提高了建筑材料的整體質(zhì)量和美觀度。

（2）機械力化學特征。機械力化學既然是一門研究機械能誘發(fā)化學反應的科學，那么機械力化學最主要的研究目的就應該是提高化學反應的效率，從而提高生產(chǎn)效益。這一點可以表現(xiàn)在多個方面，例如，建筑材料生產(chǎn)中會利用機械力化學誘發(fā)一些反應，這些反應在常規(guī)情況下需要較為苛刻的反應條件。例如，制造Al-Al2O3符合材料時，通常情況下需要先磨制出Al-Al2O3，再將其置于特殊的混合氣體中（氬氣和氫氣按一定比例混合），在1400℃的高溫下煅燒而成。這一方法成本高、效率低。利用機械力化學可顯著地降低化學反應的溫度，節(jié)省了材料制備的時間，提高了材料制備的效率。其次，機械力化學與熱力化學反應有很大區(qū)別，一些熱力化學不能完成的反應通過機械力化學可以完成，這就增加了人類發(fā)現(xiàn)新材料的幾率，同時也增強了人類對改良建筑材料的能力。此外，機械力化學受周圍環(huán)境影響較小，其反應穩(wěn)定性高于熱力化學。第三，機械力化學打破了常規(guī)化學反應的定義，使化學研究領域得到了更大地拓展，將更多的不可能變成可能，這樣，能夠使化學更好地造福人類。

（3）機械力化學的機理。機械力化學的機理大致分為三種，第一種，等離子機理，就是利用機械能使物質(zhì)釋放出電子和離子，這個時候物質(zhì)的結(jié)構將被破壞，在一個時間段內(nèi)會形成一個等離子空間，等離子體能夠在瞬間膨脹、爆發(fā)，散發(fā)出巨大的能量，這些能量遠高于熱化學反應所產(chǎn)生的能量，足以誘發(fā)一些熱化學能不能誘發(fā)的化學反應。第二種，局部升溫機理，顯而易見就是提高物質(zhì)局部的溫度，使其發(fā)生熱化學反應，進而達到誘導物質(zhì)內(nèi)部組織、結(jié)構、性能發(fā)生變化的目的。這種機械力化學機理是利用局部碰撞使碰撞點快速升溫，利用高溫誘發(fā)熱化學反應，這種反應會被控制在納米尺度范圍內(nèi)，對納米晶的粒度有所要求。在高溫環(huán)境下，熱反應會使晶體缺陷的擴散和原子局部進行重新排列，以達到材料改性的目的。第三種，固態(tài)合成機理，這一機理模型的研究利用了高能魔球過程中擴散的特點，先把材料顆粒和晶體細化，使其產(chǎn)生裂紋，表面和密度發(fā)生變化，結(jié)晶的狀態(tài)發(fā)生改變。然后再使其發(fā)生化學變化，得到生產(chǎn)所需的材料。這一機理常被用于水泥、瓷磚等建筑材料的制造中，節(jié)省了生產(chǎn)成本、提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

2 機械力化學在建筑材料合成中的應用

（1）機械力化學在建筑材料合成中應用的現(xiàn)狀分析。機械力化學在建筑材料合成中的應用非常廣泛，例如，水泥建材的合成，水泥的基礎材料中有一種碳硫硅鈣石，在傳統(tǒng)生產(chǎn)中需要很高的溫度才能合成，能耗非常大。利用機械力化學，在球磨機中2～4h就能制成，大大的提高了生產(chǎn)的效率，還節(jié)省了能源。機械力化學在水泥的合成中起到了極大的作用，水泥合成的主要原料需要通過機械力化學的相關工藝進行破碎、磨細等加工，然后再混入一些材料進行煅燒。這一過程機械力化學的應用不僅降低了水泥生產(chǎn)的能耗，提高了水泥產(chǎn)量，而且改善了水泥的性能，大大地提高了水泥生產(chǎn)的效益。又如，機械力化學在陶瓷粉末制造中的應用。利用機械力化學能夠快速制造出多種陶瓷粉末，不僅提高了生產(chǎn)效益，還提高了陶瓷制品的性能。一般情況下，陶瓷粉末的基礎原料La2O3（氧化鑭）、CaO（氧化鈣）、MnO2（二氧化錳）、Mn3O4（四氧化三錳）都比較穩(wěn)定，利用機械力化學使其破碎，表面積增大，能夠得到相應的粉末，在球磨機作用下發(fā)生化學反應，使其形成制作陶瓷所需的粉末，這一過程很大程度降低了陶瓷燒成的難度，提高了陶瓷制造的工藝，使更精美、性能更好的陶瓷制品出現(xiàn)在建材市場。再如，納米新型材料的制法，在不需要提供任何熱能的情況下，材料之間會發(fā)生界面反應，這樣就能通過機械力化學得到想要的納米材料。還有機械力化學在合金材料制造中的應用也很廣泛，采用這種技術不僅能夠節(jié)省材料制造的成本，還使材料的熱穩(wěn)定性更好，比用常規(guī)的方法制造合金材料效率高得多，而且增加了材料的附加值，使材料的使用效益得到提高。總之，機械力化學在建筑材料制造中的應用非常廣泛，并且有很廣闊的發(fā)展前景。當前隨著建筑市場新型材料的不斷涌出，機械力化學在建筑材料合成中的應用越發(fā)的受到重視，這一現(xiàn)象也表明，機械力化學的研究成果，將會給工業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的效益，為建筑業(yè)的發(fā)展帶來更多的驚喜與挑戰(zhàn)。

（2）機械力化學在建筑材料合成中應用的問題分析。機械力化學在建筑材料合成中發(fā)揮了巨大作用，但也存在一些問題。例如，一些建筑材料的合成還處于實驗室完成階段，并不能應用于實際的生產(chǎn)當中，或?qū)嶋H生產(chǎn)當中材料的性能與實驗室合成材料的性能有所差別。這就要求我們要進一步研究機械力化學的應用，使其能夠更好地為人類生產(chǎn)、生活服務。而現(xiàn)階段，機械力化學的研究還沒有形成系統(tǒng)的理論體系，其在建筑材料合成中的應用與發(fā)展還需要更多研究者付出更多的心血。又如，機械力化學反應的條件比較復雜，稍微的偏差都可能生成另一種物質(zhì)，而對于材料合成生產(chǎn)中，化學反應條件的掌控不是很容易。以硅鈣石、雪硅鈣石為例，鈣、硅、水灰比及球磨時間決定了所得產(chǎn)物的差異，而兩種產(chǎn)品制造的材料、工藝基本相似。由此可見，機械力化學應用中，產(chǎn)品制造的條件極為嚴格，且物質(zhì)之間發(fā)生的化學反應、物理變化非常復雜，要控制整個過程使其生成預測的產(chǎn)品，就需要在產(chǎn)品制造過程中準確掌控各種條件，這樣才能得到理想的材料。此外，污染問題、廢液處理等問題，也影響了機械力化學的發(fā)展和推廣，影響了其在建筑材料制造中優(yōu)勢的發(fā)揮。因此，應用機械力化學制造建筑合成材料的過程中，不僅需要嚴格按照制作工藝要求進行，還需要不斷地探索、研究，通過實驗和實踐繼續(xù)提高和優(yōu)化建筑材料制造工藝。

3 結(jié)語

綜上所述，機械力化學在建筑材料合成中的應用還不夠成熟，但是，即便是應用的起步階段已經(jīng)給建筑材料合成行業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益，其中蘊含著巨大的開發(fā)潛能。因此，對于機械力化學應用研究中的各種困難、各種挫折我們要客觀分析、理性對待，依靠自己的智慧和經(jīng)驗參考、實驗研究等得到最真實、可靠的建筑材料合成工藝，使機械能化學的應用能夠形成系統(tǒng)的、成熟的理論基礎和實踐經(jīng)驗，以推動現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展。

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劉偉偉（1995-），男，陜西延安人，大學本科，主要從事應用化學方面的學習與研究工作。