金属钛作为一种银白色金属,其具有密度小、强度高、抗腐蚀能力强、抗疲劳等优越的性能。在船舶业、工业、航空航天业、医疗业等领域有着广泛的应用,是目前最具有发展前景的结构和功能材料。传统制备钛的Kroll法是当今生产海绵钛最主要的方法,然而其生产工艺复杂,生产周期长,不能连续化生产等一系列问题限制了其使用价值。2000年以来,国际上大量的研究者对钛的制备方法做了相关研究,掀起了一股研究热潮,其中最具发展前景的方法是直接电解还原TiO₂制取Ti的FFC工艺。本论文工作主要以FFC工艺为基础,通过向TiO₂中掺入不同比例的TiO进行电解,从而考察了低温烧结对TiO₂阴极微观结构以及电解产物的影响;分析了不同阴极构造对电解的影响从而确定适宜的电解条件;在分析CaTiO₃形成原因及其对电解的影响基础之上研究了掺入TiO对CaTiO₃的影响进而探究其对电解的影响;探究了掺杂不同含量TiO导致阴极片电导率、比表面积、孔隙率和微观形貌的变化;研究了掺杂不同比例TiO对电解还原的影响,寻找电解脱氧的最佳掺入TiO比例。主要研究工作及内容概况如下:为防止TiO在高温下发生氧化,需使TiO在低温下进行烧结,寻找到合适的烧结温度成为本实验的关键,本文研究了不同温度下烧结对TiO组成的影响,从而确定TiO被氧化温度为400℃左右。烧结温度对阴极片颗粒有一定的影响,随烧结温度的增加,颗粒团聚更为明显,导电率逐渐增大,有利于电子的传输。对比烧结前后阴极片的导电性,结合烧结能达到的最高温度确定了最佳烧结温度为300℃。由于本实验采用300℃烧结使得烧结后阴极片强度不够高,必须采用阴极片载体加以支撑。本文分析了三种不同阴极载体（自制铜篮、钼篮、钛篮）对电解产物所产生的影响,发现利用铜丝编制而成的铜篮具有较强的传输电子能力,并对熔盐中离子的传输阻碍较弱,电解效果相对较好,因此选用铜篮作为实验阴极的支撑体。对CaTiO₃的形成加以分析,其主要形成来自于水解作用、温度作用和电子作用三种方式。由于形成的CaTiO₃为块状固体,颗粒较大,电解初期阴极片表层产生的颗粒之间几乎呈无孔状态,使得各离子在阴极片内外的传输相对困难。因此,CaTiO₃的形成对电解起阻碍作用。掺入TiO后,其能与CaTiO₃直接化合形成CaTi2O4,此反应能缩短电解过程,减小CaTiO₃的阻碍作用。通过对掺入TiO为0%、5%、9%、17%的TiO₂阴极片的导电率、比表面积及孔隙情况进行分析,发现由于TiO的掺入使得其与TiO₂颗粒相互聚合形成较大团状颗粒,因此阴极片的比表面积随着其掺入量的增加逐渐减小。对掺入不同含量的TiO电解结果加以分析,研究发现由于TiO的掺入能使阴极片的导电率逐渐增强,且其与CaTiO₃反应形成CaTi2O4缩短了电解过程,减小CaTiO₃的阻碍作用使得其掺入有利于电解还原的进行;但由于随掺入量的增多,阴极片比表面积逐渐减小而不利于O2-的传输,使得通过掺入TiO以提高整个电解还原的效率有一最佳掺入量。综合分析,当掺入TiO量约为9%时,电解还原效果最好。