NiFe2O4纳米金属陶瓷的制备研究与力学性能分析

论文摘要

当前铝电解工业中存在的生产成本高、污染严重、效率低等问题,随着世界各国建设节约型、环保型社会步伐的加快,惰性阳极材料的研发成为目前铝电解技术发展的重点与热点。本文结合目前铝电解工业发展的现状,追踪了国内外的惰性阳极材料最新研究动态,认为NiFe2O4基金属陶瓷具有化学稳定性好、耐腐蚀、耐高温等特性,能满足作为铝电解惰性阳极的要求,但陶瓷的脆性极大地限制了它的应用。本论文的研究目标通过纳米NiO的添加,改善NiFe2O4基金属陶瓷的力学性能,从而有利于解决惰性阳极大型化和机械加工等工程技术问题。本研究以NiO、Fe2O3、Cu和纳米NiO为原料,采用超声波分散技术,并应用星型球磨机球磨原料,采用单向压制的方法制备了金属陶瓷基惰性阳极生坯,压制压强为8MPa,在空气气氛下经1100℃烧结得到合格的惰性阳极试样。经过XRD测试并计算表明试样为纳米NiFe2O4金属陶瓷,组成成分为NiFe2O4、CuFe2O4、NiO、CuO。通过谢乐公式计算,表明试样为纳米NiFe2O4金属陶瓷。对纳米NiFe2O4金属陶瓷的力学性能进行研究,添加纳米NiO的试样的维氏硬度比末添加纳米NiO的试样大大降低,而抗弯强度和断裂韧性都有明显的提高。通过微观结构观察发现,纳米NiFe2O4金属陶瓷中的纳米NiO与基体NiFe2O4材料有着良好的结合,形成了晶间型纳米复相结构,从而有效抑制了NiFe2O4晶粒在烧结过程中的生长和NiFe2O4晶粒的异常长大,晶体发生沿晶断裂,说明了纳米NiO起到了改善陶瓷材料力学性能的作用。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 铝电解用惰性阳极材料的研究意义
• 1.2 铝电解用惰性阳极材料的国内外研究现状
• 1.2.1 氧化物陶瓷阳极
• 1.2.2 金属合金阳极
• 1.2.3 金属陶瓷刚极
• 1.3 存在的问题与技术难点
• 1.4 纳米复合陶瓷
• 1.5 课题设计的思想
• 2O₄纳米金属陶瓷试样的制备'>第二章 NiFe₂O₄纳米金属陶瓷试样的制备
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器
• 2O₄纳米金属陶瓷惰性阳极的制备工艺'>2.3 NiFe₂O₄纳米金属陶瓷惰性阳极的制备工艺
• 2.3.1 混料
• 2.3.2 超声波分散
• 2.3.3 球磨
• 2.4 压坏成型
• 2.4.1 坯体与压力的关系
• 2.4.2 石蜡的加入
• 2.4.3 压力大小的选择
• 2.4.4 保压时间
• 2.5 素坯烧结
• 2.5.1 烧结的传质方式
• 2.5.2 从热力学分析烧结机制
• 2.5.3 压坯烧结制度的确定
• 2.6 试样的后期加工
• 2.6.1 粗磨
• 2.6.2 细磨
• 2.6.3 抛光
• 第三章 纳米金属陶瓷试样结构表征
• 3.1 X射线衍射分析
• 3.1.1 X射线衍射原理
• 3.1.2 X射线衍射的分析
• 3.3 金相组织观察
• 3.3.1 光学金相显微镜的构造原理
• 3.3.2 实验分析
• 2O₄纳米金属陶瓷力学性能的测试'>第四章 NiFe₂O₄纳米金属陶瓷力学性能的测试
• 4.1 致密度的测试
• 4.1.1 致密度测试原理
• 4.1.2 致密度测试步骤
• 4.1.3 实验结果与分析
• 4.2 硬度的测试
• 4.2.1 硬度测定的方法
• 4.2.2 显微维氏硬度法测试原理
• 4.2.3 显微维氏硬度实验
• 4.2.3.1 实验步骤
• 4.2.3.2 实验结果
• 4.3 抗弯强度的测试
• 4.3.1 三点抗弯测试原理
• 4.3.2 测试步骤
• 4.3.3 实验结果分析
• 4.4 断裂韧性的测试
• 4.4.1 断裂韧性测试的意义
• 4.4.2 断裂韧性的测试方法
• 4.4.2.1 维氏压痕法
• 4.4.2.2 单边切口梁法（SENB）
• 4.4.3 断裂韧性的测试实验
• 4.4.3.1 实验步骤
• 4.4.3.2 实验结果分析
• 第五章 金属陶瓷材料的微观结构显微分析
• 5.1 纳米复合陶瓷的增韧机理
• 5.1.1 微裂纹增韧机制
• 5.1.2 裂纹偏转与裂纹弯曲增韧机制
• 5.1.3 裂纹桥接增韧机制
• 5.2 断口形貌的观察分析
• 5.2.1 扫描电镜结构与工作原理简介
• 5.2.2 试样结果分析
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文
• 图版