氧化物掺杂NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极的制备及性能研究

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传统Hall-Héroult铝电解槽由于采用消耗式炭素阳极而在能耗,炭耗,成本和环境污染等方面存在着不同程度的问题。因惰性阳极能够较好的克服以上问题而成为铝业界的研究重点和热点。研究者们进行了大量的研究和尝试力图寻求符合铝电解工业应用的惰性阳极材料。  由于氧化物陶瓷阳极导电性能不佳,金属合金阳极难以动态控制其钝化膜厚度,而金属陶瓷复合材料兼备有陶瓷的强抗腐蚀性和金属的良好导电性能,因此本文选择镍铁尖晶石基金属陶瓷材料作为铝电解惰性阳极的研究对象。  本文对添加金属Cu-Ni后的材料烧结温度和气氛进行了理论计算,按照计算获得的烧结工艺进行实验,使用差热分析,XRD扫描以及EDS能谱等分析手段分析烧结试样,确定烧结工艺的可行性。并进一步通过和基体烧结的实验对比,获得最优烧结工艺。  在合成NiFe2O4尖晶石基金属陶瓷(NiO过量18%)的过程中,首次向一次烧结后的基体材料中引入了添加剂MnO2、V2O5和ZrO2。研究了各种添加剂对烧结及NiFe2O4尖晶石基金属陶瓷性能的影响。  研究发现三种添加剂对材料性能增强都起到了一定作用。添加MnO2后材料的综合性能良好,致密度增加,电导率提高,抗腐蚀性增强并且抗弯强度也得到很好改善,在添加量最优时,抗弯强度比无添加剂试样增强了53%,导电率增强15%,腐蚀率也降低到无添加剂试样的36.6%; V2O5加入后,样品的抗弯强度和致密度较无添加剂试样虽然有所下降,但是导电率明显上升,腐蚀率也下降了很多,在效果最好的添加量范围内导电率可以提高51.2%,腐蚀率下降到无添加剂试样的45.6%;伴随着ZrO2的加入,试样的导电率略微下降,腐蚀率有所上升,但是抗弯强度有了极大提高,当添加量仅为0.5%时,抗弯强度的提高已经达到了89.7%。
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