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Nb_2O_5掺杂NiFe_2O_4基金属陶瓷导电和熔盐腐蚀行为的研究

王昊  
【摘要】:基于惰性阳极的铝电解新技术是提升和改造铝电解工业的根本途径,可望改变传统铝电解工艺中高污染高能耗等问题,实现原铝生产节能减排的目标。NiFe2O4基金属陶瓷是目前最具工业化应用前景的惰性阳极材料之一,要求其易实现烧结致密化,具备优良的导电性能和耐高温熔盐腐蚀性能。论文在国家“863”、“973”等项目的资助下,重点研究了Nb205掺杂对NiFe2O4基陶瓷和金属陶瓷烧结性能、导电性能和熔盐腐蚀行为的影响,并对该类金属陶瓷低温铝电解以及表面致密层的形成机制进行了探讨。论文主要完成的研究工作和取得的结果如下: (1)采用固相反应法合成Ni1-xNbxFe2O4(x=0,0.02,0.05,0.07,0.1,0.2)陶瓷粉体,通过等静压-气氛烧结法制备陶瓷试样。研究发现适量Nb205掺杂有助于NiFe2O4陶瓷的烧结致密化,材料高温导电性能得到提升;960℃电解过程中阳极表面形成厚度不一的尖晶石致密层,Nb元素未发生优先腐蚀,适量Nb205掺杂改善了陶瓷材料的耐蚀性能。 (2)研究了Nb205掺杂NiFe2O4基金属陶瓷的烧结性、导电性和耐蚀性。结果表明,Nb205和NiO的共同作用有利于制备出高烧结密度的金属陶瓷;导电活化能的降低使材料具有良好高温导电性;适量Nb205掺杂改善了材料表层尖晶石相的耐蚀性,电解过程中更易形成厚而均匀的致密层。 (3)研究了金属陶瓷在不同低温电解条件下的熔盐腐蚀行为。研究发现较高温度有利于电解稳定性的提高以及表面致密保护层的形成;较低温度下,低A1203的溶解度抑制了阳极与电解质熔体(尤其A1203)的交互作用,降低了材料的耐蚀性能。 (4)研究了NiFe2O4基陶瓷和金属陶瓷静态腐蚀行为,发现极化条件是致密层形成的必要条件之一;在新生态氧的作用下,NiO相内部细小尖晶石颗粒的长大、基体尖晶石相向NiO相的扩展以及A1203的沉积是形成陶瓷致密层的关键因素。


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