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铝电解用NiFe_2O_4基惰性阳极的制备及性能研究

李杰  
【摘要】: 本文以开发铝电解惰性阳极为目标,用粉末冶金的方法制备出以NiFe_2O_4陶瓷相为基体,添加以金属Cu作为导电组元的金属陶瓷惰性电极材料;研究了不同烧结温度、烧结时间对NiFe_2O_4陶瓷粉体及块体合成条件的影响;分析了各组成电极材料的导电性、高温抗氧化性以及在电解质中的腐蚀性能。获得如下主要结果:以NiO和Fe_2O_3粉末为原料,在不同的烧结温度和烧结时间下对烧结粉体情况进行了分析,研究表明,制备尖晶石型NiFe_2O_4陶瓷粉体的最佳工艺条件是:1100℃~1200℃,6个小时;采用冷等静压成型—真空烧结工艺制备了Cu-NiFe_2O_4金属陶瓷惰性阳极,结果表明,制备该金属陶瓷惰性阳极的最佳烧结制度为:烧结温度1300℃,烧结时间为8h。 在最佳烧结制度下(1300℃,8h),得到的惰性阳极试样的开口气孔率较低,阳极试样的密度也较高。 加入金属相Cu能有效改善NiFe_2O_4的导电性能,随环境温度的提高,其电导率增大。Cu含量在20%以内的金属陶瓷,在1233K时的电导率处于(200~300)×10-2?-1·cm-1范围内,说明加入金属相Cu可使NiFe_2O_4有望作为惰性阳极材料使用。 对惰性阳极试样进行了高温氧化实验,结果说明试样氧化增重与时间曲线符合“抛物线”规律,氧化速度较慢,说明该惰性阳极试样具有较强的抗氧化能力,其氧化机理为“保护性氧化”。 在960℃下的热腐蚀和电解腐蚀后表明,NiFe_2O_4基金属陶瓷阳极试样在电解质中有很小的腐蚀速度,如5%Cu-NiFe_2O_4的最小的热腐蚀速度为0.96×10-3g/cm2·h,年蚀深度估计为15.26 mm/y。


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