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纳米NiO-Cu-NiFe_2O_4金属陶瓷惰性阳极的制备与研究
作 者: 贾贺峰
导 师: 吴贤熙
学 校: 贵州大学
专 业: 材料学
关键词: 铝电解 惰性阳极 金属陶瓷 增韧机理 致密度 腐蚀速率
分类号: TF124.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
下 载: 124次
引 用: 2次
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内容摘要
惰性阳极技术可降低电解铝生产成本,节能增产,且环境友好,它的研发和应用将带来传统铝电解工业的技术革命,然而该技术至今未取得成功。目前需要优先解决的问题之一是在基本性能研究的基础上研究解决大型化和加工制作等工程技术问题。本论文主要围绕铝电解用惰性阳极的研究开展工作,结合目前铝电解工业发展的现状,追踪国内外的最新研究动态,针对尖晶石型NiFe2O4氧化物陶瓷良好的耐腐蚀性和Cu金属优良的导电性能和机械性能,首次添加纳米NiO来改善金属陶瓷惰性阳极可加工性差的问题。制备出以NiFe2O4陶瓷相为基体,添加Cu作为导电组元,并添加不同量的纳米NiO的金属陶瓷惰性阳极材料,在1000℃-1200℃下烧结。运用XRD、金相显微镜、高温电阻率仪、模拟腐蚀试验等手段。研究了陶瓷相中纳米NiO的含量,烧结温度对金属陶瓷惰性阳极的显气孔率、致密度、电导率、耐腐蚀性能的影响,并研究了导电机理和腐蚀机理。获得主要结果如下:1.在空气气氛中,以Fe2O3、NiO、Cu和纳米NiO为原料,采用粉末冶金法在1000℃-1200℃下煅烧6h得到银黑色NiO-Cu-NiFe2O4金属陶瓷,经过XRD测试计算表明试样为纳米NiO-Cu-NiFe2O4金属陶瓷,其中绝大部分是NiFe2O4尖晶石结构,里面掺杂有NiO和Cu,还有少量被氧化的CuO。2.通过金相观察,和无纳米NiO的金属陶瓷惰性阳极相比,纳米NiO-Cu-NiFe2O4金属陶瓷,随着纳米NiO含量的增多,发现气孔明显减少,金属相分布均匀,形成网状。3.发现试样的致密度随着纳米NiO含量的增多有增大的趋势,但到10%又开始下降,纳米含量为10%时,1100℃下烧结的试样,具有良好的致密度,达到95.367%,表观密度为5.1672g/cm3,说明在低烧结温度下能制备出具有高致密度的金属陶瓷惰性阳极材料,节约了能源。4.利用四端电极法测定了试样的电导率,发现纳米含量10%,在1000℃下烧结的试样的电导率在980℃时,达到90.6701 S/cm,在1000℃时达到103.3133S/cm,比前期实验中的试样提高了50S/cm以上,基本达到了惰性阳极的要求。5.对试样进行了不通电腐蚀实验,计算其年腐蚀速率为0.8369cm/a,达到了铝电解用惰性阳极年腐蚀速率为3cm/a的要求。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-5 目录 5-7 第一章 课题研究背景 7-28 1.1 前言 7-9 1.2 惰性阳极的定义及研究意义 9-10 1.3 惰性阳极的材质要求 10 1.4 国内外研究现状 10-17 1.4.1 耐热硬质合金阳极(Refractory Hard Metal Anodes,RHM) 11 1.4.2 气体燃料阳极(Gasous Fuel Anodes) 11-12 1.4.3 金属阳极(Metal Anodes) 12-13 1.4.4 氧化物阳极(Oxide Anodes) 13-15 1.4.5 金属陶瓷惰性阳极(cermet inert anode) 15-17 1.5 目前存在的问题 17-20 1.5.1 陶瓷材料的脆性特征 18 1.5.2 显微结构与脆性的关系 18-19 1.5.3 改善脆性的途径 19-20 1.6 纳米复合金属陶瓷 20-23 1.6.1 纳米陶瓷及纳米复合金属陶瓷的定义 21-22 1.6.2 纳米复合金属陶瓷的分类 22-23 1.7 纳米复合陶瓷的增韧方法及机理 23-26 1.7.1 微裂纹增韧机制 24 1.7.2 裂纹偏转与裂纹弯曲增韧机制 24-25 1.7.3 裂纹桥接增韧机制 25-26 1.8 选题依据及本论文设计思想 26-28 第二章 实验部分 28-40 2.1 实验原料及实验仪器 28 2.2 实验前期处理 28-30 2.2.1 聚丙烯酸钠(PAAS)的配制 28-29 2.2.2 盐酸(HCL)的配制 29 2.2.3 氧化镍(Ni_2O_3)的烧结 29 2.2.4 粉料筛分 29 2.2.5 纳米NiO含量的选定 29-30 2.3 纳米NiO-Cu-NiFe_2O_4金属陶瓷惰性阳极的制备工艺 30-31 2.4 工艺主要流程解释 31-32 2.4.1 超声波分散 31 2.4.2 加入絮凝剂 31-32 2.4.3 调节溶液PH值 32 2.5 成型 32-36 2.5.1 粉料成型的种类 32 2.5.2 成型条件 32-36 2.6 压坯烧结 36-38 2.7 压坯烧结制度 38-39 2.8 从热力学分析烧结机制 39-40 第三章 金属陶瓷材料的金相组织分析 40-44 3.1 金相组织观察 40-43 3.1.1 纳米NiO组分对金相组织的影响 40-41 3.1.2 烧结温度对金相组织的影响 41-43 3.2 腐蚀后的金相图片 43-44 第四章 X衍射实验分析 44-50 4.1 X衍射简介 44-45 4.2 试样的X衍射分析 45-49 4.3 小给 49-50 第五章 纳米金属陶瓷的体积密度、显气孔率、致密度 50-58 5.1 纵向长度收缩率、表观密度、显气孔率的定义 50-51 5.2 显气孔率的测量方法 51-52 5.3 数据处理及分析 52-57 5.3.1 纳米NiO组分的影响 52-54 5.3.2 烧结温度的影响 54-57 5.4 小结 57-58 第六章 纳米金属陶瓷的电导率 58-69 6.1 NiFe_2O_4基金属陶瓷的导电机理 58-59 6.2 电导率的测定方法 59-60 6.3 数据处理及分析 60-68 6.3.1 纳米含量在4%时烧结温度对电导率的影响 60-63 6.3.2 纳米含量在12%时烧结温度对电导率的影响 63-65 6.3.3 烧结温度为1000℃时纳米含量对电导率的影响 65-68 6.4 小结 68-69 第七章 纳米金属陶瓷的耐腐蚀性 69-74 7.1 NiFe_2O_4基金属陶瓷惰性阳极腐蚀机理研究 69-71 7.1.1 化学腐蚀 69 7.1.2 铝热还原 69-70 7.1.3 晶间腐蚀和电解质熔体浸渗 70 7.1.4 电化学腐蚀 70-71 7.2 纳米金属陶瓷惰性阳极材料的未通电腐蚀实验 71-72 7.3 腐蚀速率的测定 72-73 7.4 小结 73-74 第八章 结论 74-75 致谢 75-76 参考文献 76-81 攻读硕士期间发表论文 81-83 附录 83-84
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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 冶金技术 > 粉末冶金(金属陶瓷工艺) > 粉末成型、烧结及后处理 > 烧结工艺
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