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研究惰性阳极对铝电解工业的节能、降耗、增效与清洁生产具有重要意义。迄今为止研究人员为制备出理想的惰性阳极,做了大量的相关研究,认为金属陶瓷是最具潜力的惰性阳极材料体系。本文以变气氛连续烧结法制备外层为氧化层,内层为金属陶瓷层的新型惰性阳极材料为目的,选取10NiO-NiFe2O4基金属陶瓷为研究对象,采用冷压-烧结技术,制备出10NiO-NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极,用恒温热重分析方法详细地研究了其高温下的抗氧化性能,并从热力学和动力学的角度对其进行了分析,获得了如下成果:
1) 2CaO-17Cu/(NiFe2O4-10NiO)和2CaO-17Ni/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷的氧化动力学过程可分为三段:表面化学反应控速、表面化学反应与扩散混合控速和扩散控速。ΔW/A=Kct;(ΔW/A)2+Kd/Kc·(ΔW/A)=Kmt;(ΔW/A)2=Kdt。
2) 金属相含量、材料致密度及氧化温度对NiFe2O4-10NiO基金属陶瓷材料氧化过程动力学特征影响显著,致密度为83%的17Cu/(NiFe2O4-10NiO)和17Ni/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷在1000℃下的氧化增重曲线具有抛物线特征,有利于变气氛连续烧结法制备NiFe2O4基功能梯度金属陶瓷材料。
3) 采用变气氛连续烧结法可制备出材料组成呈梯度变化的2CaO-17Cu/(10NiO-NiFe2O4)和17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷材料。当初步烧结温度为1150℃、1160℃、1175℃时,2CaO-17Cu/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷的氧化层厚度分别为0.4mm,0.2mm,0.05mm;17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷的氧化层厚度分别为0.5mm,0.3mm,0.2mm。在1000℃温度下,当氧化时间为30min、45min、60min时,2CaO-17Cu/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷的氧化层厚度分别为0.4mm、0.8mm、1.1mm。