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铝电解惰性阳极材料的制备方法与性能研究

李智  
【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作为导电组元的金属陶瓷惰性电极材料。用SEM和XRD等方法研究了不同锻烧气氛对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;探讨了烧结温度、烧结时间、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)制备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℃下锻烧6小时即可得到NiFe_2O_4陶瓷粉体; 2)烧结气氛对金属陶瓷的烧结有很大的影响。在弱氧化烧结气氛下,即将氧分压保持在金属相(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;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。 3)金属Ni是一种良好的助烧剂,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; 4) NiFe_2O_4基金属陶瓷在高温下呈现半导体电导的性质;在金属含量不大于20%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; 5) Ni-NiFe_2O_4金属陶瓷较Cu-NiFe_2O_4和Cu-Ni-NiFe_2O_4金属陶瓷在相同温度下更易实现材料的致密化;金属相含量越高,材料的导电性能越好;Cu-Ni-NiFe_2O_4金属陶瓷的高温导电性能比文献中纯NiFe_2O_4陶瓷高出1~2个数量级。


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