NiFe2O4-10NiO基陶瓷的致密化、導(dǎo)電和腐蝕性能研究.pdf

1、NiFeO4基金屬陶瓷是目前最具工業(yè)化應(yīng)用前景的鋁電解惰性陽(yáng)極材料之一，燒結(jié)致密度、導(dǎo)電率及耐高溫熔鹽腐蝕性能是決定其電極性能的關(guān)鍵因素。本論文在國(guó)家“863”、“973”等項(xiàng)目的資助下，通過(guò)強(qiáng)化NiFe2O4-10NiO基金屬陶瓷的燒結(jié)致密化來(lái)實(shí)現(xiàn)提高其導(dǎo)電率和耐熔鹽腐蝕性能的目的，重點(diǎn)研究了燒結(jié)助劑BaO、晶界強(qiáng)化劑Yb2O3以及Cu-Ni金屬相組成對(duì)NiFe2O4-10NiO基金屬陶瓷燒結(jié)致密度、導(dǎo)電率和電解腐蝕性能的影響，探討了

2、NiFe2O4-10NiO基金屬陶瓷致密化、導(dǎo)電和腐蝕機(jī)理。獲得了如下研究成果：
　　 (1)闡明了金屬相對(duì)NiFe2O4-10NiO陶瓷致密度和導(dǎo)電率的作用機(jī)制。金屬相的吸氧氧化對(duì)氧分壓的調(diào)節(jié)作用，一定程度上促進(jìn)(NiFe2O4-10NiO)陶瓷基體的燒結(jié)致密化進(jìn)程。陶瓷基體的致密化燒結(jié)，陶瓷相釋氧引起的載流子濃度變化，金屬相的電導(dǎo)貢獻(xiàn)是決定該金屬陶瓷導(dǎo)電性能的三個(gè)關(guān)鍵要素。
　　 (2)首次采用了BaO摻雜NiFe2

3、O4-10NiO基金屬陶瓷，可降低材料燒結(jié)致密化溫度近100℃。燒結(jié)過(guò)程中BaO與NiFe2O4反應(yīng)生成BaFe2O4、Ba2Fe2O5和NiBa3O4等新相，增加陶瓷相NiFe2O4的空位濃度，促進(jìn)了材料的燒結(jié)致密化過(guò)程。陶瓷基體高致密化程度的實(shí)現(xiàn)提高了材料的導(dǎo)電率和耐熔鹽腐蝕性能。
　　 (3)首次引入Yb2O3作為NiFe2O4-10NiO基金屬陶瓷晶界強(qiáng)化劑，提高了該材料晶界的耐蝕性能。晶界強(qiáng)化劑Yb2O3與NiFe2O

4、4反應(yīng)生成傾向于陶瓷晶界分布的YbFeO3相，同時(shí)消除了晶界氣孔。陶瓷相晶界結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化有效抑制了電解過(guò)程金屬相的流失和電解質(zhì)熔體的滲透。
　　 (4)以20Ni-Cu取代純Cu或純Ni作為金屬陶瓷的金屬相有效提高材料的致密度、導(dǎo)電和腐蝕性能。20Ni-Cu金屬含量為10％時(shí)，1300℃燒結(jié)的金屬陶瓷的致密度和導(dǎo)電率均較單獨(dú)以Cu為金屬相的金屬陶瓷分別提高了2.98％和6.46S·cm-1，其電導(dǎo)率提高的相對(duì)百分比為29.11％。

5、在78.07％Na3AlF6-9.5％AlF3-5.0％CaF2-7.43％Al2O3電解質(zhì)中以電流密度1A/cm2電解10h后其金屬腐蝕層厚度為單獨(dú)以Cu為金屬相的金屬陶瓷的1/5.
　　 (5)通過(guò)調(diào)控Yb2O3對(duì)15(20Ni-Cu)/(NiFe2O4-10NiO)金屬陶瓷的配比，獲得了具有良好性能的金屬陶瓷。1300℃燒結(jié)的0.5Yb2O3-15(20Ni-Cu)/(NiFe2O4-10NiO)金屬陶瓷材料燒結(jié)致密度達(dá)9

6、8.53％，960℃電導(dǎo)率53.06S/cm，在78.07％Na3AlF6-9.5％AlF3-5.0％CaF2-7.43％Al2O3電解質(zhì)中以電流密度1A/cm2電解腐蝕10h后金屬腐蝕層厚度20-30μm，電解質(zhì)和原鋁中總雜質(zhì)增量0.07％。并揭示了該材料體系的致密化、導(dǎo)電和腐蝕機(jī)理。
　　 (6)明確了金屬陶瓷陽(yáng)極的腐蝕途徑，揭示了高Al2O3濃度電解質(zhì)熔體中陽(yáng)極表層物相的演變規(guī)律和表層致密層的形成機(jī)理。電解腐蝕過(guò)程中，Ni