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Cu-Ni-NiFe_2O_4金属陶瓷的制备与性能研究

张刚  
【摘要】:本文以开发铝电解惰性阳极为目标,针对氧化物陶瓷良好的耐腐蚀性能和金属合金优异的导电性能和机械性能,用粉末冶金的方法制备出以NiFe_2O_4陶瓷相为基体,添加以Cu、Ni或Cu-Ni合金作为导电组元的金属陶瓷惰性电极材料。用等温饱和法研究了多种尖晶石型氧化物在熔盐中的腐蚀性能;用DTA-TG分析和XRD等方法研究了不同煅烧气氛对NiFe_2O_4陶瓷合成条件的影响;在此基础上分析了金属陶瓷在烧结过程中氧化物陶瓷的离解和金属相被氧化的问题;探讨了原料的球磨处理时间、烧结温度、烧结时间和金属组元的添加方式、成份与含量等工艺条件对NiFe_2O_4基金属陶瓷的致密度和导电率等性能的影响;研究了NiFe_2O_4基金属陶瓷的导电机理。获得的主要结果如下: 1)对比研究了NiFe_2O_4、ZnFe_2O_4、ZnAl_2O_4等多种尖晶石型氧化物在Na_3AlF_6-Al_2O_3熔盐体系中的腐蚀行为,发现NiFe_2O_4陶瓷饱和溶解度最小,因此本文以其为金属陶瓷的首选基体材料; 2)NiFe_2O_4陶瓷合适的合成条件为:在空气气氛中,以Fe_2O_3和NiO为原料,采用固相烧结在1150℃下煅烧6小时即可得到NiFe_2O_4陶瓷粉体; 3)烧结气氛对金属陶瓷的烧结影响很大。在弱氧化烧结气氛下,即将氧分压保持在金属相(Cu、Ni、Cu-Ni)的氧化反应平衡氧分压和陶瓷相(NiFe_2O_4)的离解反应平衡氧分压之间,可以解决烧结过程中金属相被氧化和陶瓷相离解的问题; 4)提高烧结温度有利于提高金属陶瓷惰性阳极材料的致密度和导电率,但烧结温度过高会造成金属相的溢出和试样变形。 5)金属Ni是一种良好的烧结助剂,它不仅与NiFe_2O_4的烧结性能良好,而且能有效改善Cu与NiFe_2O_4的润湿性,提高烧结温度; 6)NiFe_2O_4基金属陶瓷在高温下呈现半导体电导的性质;在金属含量小于30%时,其高温导电性能主要是由陶瓷相导电性能和金属相含量及其分布状况决定; 7)金属相的添加方式、种类和含量对金属陶瓷的性能影响较大。金属相以Cu、Ni粉末形式加入,可得到金属相组织细小、分散均匀、致密度高、导电性能良好的金属陶瓷试样,其性能远高于相同条件下以Cu-Ni合金为金属相的金属陶瓷;金属相含量越高,材料的导电性能越好; Ni一NIFeZO4金属陶瓷较Cu一NIFeZO;和Cu一Ni一NIFeZO;金属陶瓷在相同 温度下更易实现材料的致密化;上述三种金属陶瓷的高温导电性能都 比纯NIFeZO4陶瓷的普遍高出l一2个数量级,其中以Cu一Ni一NireZO4金 属陶瓷的导电性能最佳。


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