热处理对电气石粉体表面自由能的影响研究

摘要

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。