NiFe2O4基金属陶瓷烧结致密化及微观结构研究

摘要

本论文系统地研究了烧结气氛、温度、保温时间对NiFe2O4-NiO材料致密度、晶粒直径以及微观析出相形貌、分布的影响关系,并通过对NiFe2O4/NiO二元扩散偶的研究,探明了NiFe2O4基复合材料烧结过程中烧结工艺参数对致密化、晶粒度、微观结构变化的影响规律,揭示了NiFe2O4-NiO复合陶瓷在烧结过程中金属相Ni、针状尖晶石析出相的形成机制,以及金属相粒度对NiFe2O4-NiO-Ni复合陶瓷材料性能及微观结构的影响规律。获得的主要结果如下:
　　 1)研究了烧结气氛对NiFe2O4-NiO复合陶瓷的烧结过程的影响规律,发现氮气气氛中NiFe2O4-10NiO复合陶瓷的致密化及晶粒长大速率均快于空气气氛中。同时,在两种气氛下,陶瓷致密化速率与晶粒长大速率均随烧结温度升高而加快;
　　 2)NiFe2O4与NiO在烧结过程中的相互扩散属于离子晶体间的扩散,由于O2-离子半径较大而扩散缓慢,且NiFe2O4与NiO之间存在Fe3+的浓度差,故二者之间在高温下的扩散主要为NiFe2O4中的Fe3+与NiO中的Ni2+的置换扩散及Fe3+向NiO中的浓差扩散;
　　 3)采用扩散偶的方法研究了NiFe2O4-NiO复合陶瓷在氮气气氛中烧结后Ni金属相及针状尖晶石析出相的形成机制。结果表明,NiO相在惰性气氛(较低氧分压)下发生离解是金属Ni生成的主要原因,同时NiFe2O4、NiO两相因阳离子的互扩散而产生扩散型固态相变导致了尖晶石析出相的形成。
　　 4)金属粉末粒度对NiFe2O4基金属陶瓷材料的致密度有着重要的影响。对于NiFe2O4-10NiO-17Ni金属陶瓷,当Ni粉粒度为88.94μm时,试样的致密度较Ni粉粒度为25.38μm和16.80μm的试样高出1.17％和2％;同时,SEM图片显示,晶粒直径在5μm左右的Ni颗粒在体系中多呈内部含孔的六边形稳定结构。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 研究背景

1.2 铝电解用惰性阳极材料的研究现状

1.2.1 金属或合金阳极

1.2.2 金属氧化物阳极

1.2.3 金属陶瓷阳极

1.3 NiFe2O4基金属陶瓷阳极的研究进展

1.3.1 NiFe2O4基金属陶瓷烧结致密化、导电率与耐腐蚀性能

1.3.2 NiFe2O4基金属陶瓷烧结微观结构

1.4 本课题研究目的与意义

1.5 实验研究内容和方案

第二章 NiFe2O4-xNiO复合陶瓷的烧结致密化

2.1 引言

2.2 实验

2.2.1 实验原料

2.2.2 实验设备

2.2.3 试样制备

2.2.4 性能检测

2.3 结果与讨论

2.3.1 NiO含量对NiFe2O4-xNiO陶瓷晶粒度的影响

2.3.2 烧结气氛、烧结温度及保温时间对致密化速率及密度的影响

2.3.3 烧结气氛、烧结温度及保温时间对NiFe2O4-xNiO晶粒生长的影响

2.4 本章小结

第三章 烧结工艺对NiFe2O4-10NiO陶瓷微观结构的影响

3.1 引言

3.2 实验

3.2.1 实验原料

3.2.2 实验设备

3.2.3 试样制备

3.2.4 性能检测

3.3 结果与讨论

3.3.1 烧结气氛、温度及保温时间对NiFe2O4-10NiO陶瓷孔洞形貌及分布的影响

3.3.2 烧结气氛、温度及保温时间对NiFe2O4-10NiO陶瓷烧结析出相影响

3.4 本章小结

第四章 NiFe2O4/NiO间的烧结互扩散行为

4.1 引言

4.2 实验

4.2.1 实验原料

4.2.2 实验设备

4.2.3 试样制备

4.2.4 性能检测

4.3 结果与讨论

4.3.1 NiFe2O4/NiO扩散偶结构研究

4.3.2 NiFe2O4/NiO扩散偶相成分分析

4.4 本章小结

第五章 NiFe2O4-10NiO-17Ni的烧结致密化及微观结构研究

5.1 引言

5.2 实验

5.2.1 实验原料

5.2.2 实验设备

5.2.3 试样制备

5.2.4 性能检测

5.3 结果与讨论

5.3.1 金属相粒度对NiFe2O4-10NiO-17Ni烧结致密化影响结果分析

5.3.2 NiFe2O4-10NiO-17Ni烧结微观结构结果分析

5.4 本章小结

第六章 主要结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文及科研情况