铝电解用NiFe,2O,4M型金属陶瓷惰性阳极材料制备与性能研究.pdf

摘要 铝电解惰性阳极技术的应用可大幅度降低原铝的生产成本和能 耗，并具有较好的环保效应。作为目前最具工业化应用前景的惰性阳 极材料，NiFe204基陶瓷材料具有优良的耐熔盐腐蚀性能，但其存在 导电性能、抗热震性能差以及电连接困难等问题。论文在国家“863”、 “973等项目的资助下，围绕惰性阳极模型设计、NiFe204／M型金属 陶瓷粉末压坯的脱脂、烧结行为及其力学、电学、抗热震性能等内容 展开研究工作，旨在开发高致密度、大尺寸NiFe204／M型金属陶瓷惰 性阳极的制备技术。 论文主要完成了以下工作： (1)引入梯度功能材料思想及有限元分析方法对惰性阳极模型 进行了综合设计，提出一种梯度结构惰性阳极模型，所得模型结构设 计简单，热应力分布状态合理。 (2)分析并掌握了PVA热分解速率随温度及升温速率的变化规 律，建立了PVA热分解的热力学模型及PVA热分解产物气体在粉末 压坯内部峰值压力预测模型，获得了一种用于推算大尺寸、低粘结剂 含量粉末压坯热脱脂极限升温速率的方法。解决了大型惰性阳极压坯 的无缺陷热脱脂问题。 (3)从粉末多孔体烧结过程中气孔的收缩驱动力及气孔的热力 学稳定性判据等固相烧结理论出发，对NiFe204／M型金属陶瓷材料的 烧结行为进行了剖析，揭示了原料粉末粒度、粉末处理工艺，以及 响。获得最佳的材料烧结工艺条件，并制备了外形尺寸为D100x120 mm的杯状NiFe204．10NiO／17Ni金属陶瓷惰性阳极原型试样。 (4)通过调控烧结气氛氧分压及Ni和NiO的添加量，获得了具 属陶瓷材料960℃的电导率达0--27．8S-cm1。分析了Ni和NiO的添 加对NiFe204陶瓷基体导电激活能的影响，揭示了该材料体系的导电 机理。 强度和断裂韧性，而通过材料的残余强度测试及热震循环实验，发现 残余强度和良好的抗热震性能。 属陶瓷惰性阳极与阳极导电钢棒的梯度电连接，解决了惰性阳极研制 中的一个关键的技术难题。 样，结合可耗性包套对阳极的保护，在150kA工业预焙铝电解槽上 h 进行了惰性阳极的预热．更换．电解模拟实验。实验阳极经过平均163 的浸入电解质及电解后，无明显的破损现象，电连接结构稳固，表明 惰性阳极原型试样具有较好的抗热震性能和较高的电连接可靠性。 本文的研究成果为国内首次惰性阳极4kA级工业铝电解实验提 供了有力的技术支撑。 关键词惰性阳极，NiFe204／M型金属陶瓷，热脱脂，固相烧结，扩 散焊接 Ⅱ ABSTRACT Asaninnovative foraluminum anode technology electrolysis，inert Can reduce down andis costs，cut greatly production energyconsumption environmental is akindof cermet，whichas friendly．NiFeE04／M regarded materialforinert the of stable anode，has promising difficultyachieving electrical andresistancetothermal connection，