在现代的铝电解工艺中逐渐采用惰性阳极取代消耗式碳素阳极。惰性阳极高效率、低能耗、低成本、无严重污染的优点使其成为铝业界和材料界的研究热点。现有许多研究都在寻求符合铝电解工业应用的惰性阳极材料。
NiFe2O4尖晶石,属于立方晶系,因其在各个方向上的导热性和热膨胀性都相同,且热膨胀系数小,热稳定性好等优点而能够用做高温熔盐体系的电极材料。且作为一种陶瓷材料NiFe2O4具有耐高温、热稳定性好等优点,但同时也具有韧性、抗热震性差的缺点,较差的韧性使阳极与导电杆的连接加工中会出现碎裂现象,目前的增韧方式主要是纤维(晶须)增韧、金属增韧等。现在首次采用纳米粉增强NiFe2O4基惰性阳极。
采用两步烧结法制备NiFe2O4基惰性阳极,具体制备方法:混合Fe2O3,NiO和氧化物添加剂,在1000℃下合成NiFe2O4尖晶石基体材料;然后破碎、筛分成不同粒径的颗粒;按照粒度配比进行二次混料,并加入不同含量的纳米粉,经过不同压力模压成型,在不同温度下二次烧结不同时间制得NiFe2O4基惰性阳极。所用的NiFe2O4尖晶石纳米粉来源于低温固相反应合成,平均粒径约为75nm,粒度分布均匀。
气孔率越小,材料的性能越优异。材料在断裂过程中,气孔的存在容易造成裂纹尖端的应力集中,极大地降低了抵抗断裂的能力,同时,通过改善合成工艺使材料更致密,晶界间结合力增强,提高了抵抗裂纹扩展的能力,需要更多的能量才能使材料断裂,从而提高了材料的韧性。
对烧结后试样气孔率影响最大的因素是烧结温度,其次是纳米粉含量,再次是成型压力,最后是烧结时间。其最佳工艺条件为:纳米粉质量分数20%,成型压力200MPa,烧结温度1400℃,烧结时间6h。(欣然)