纖維增強NiFe-,2-O-,4-基陽極材料的制備及性能研究.pdf

1、目前，NiFe2O4尖晶石作為陽極材料使用中主要存在兩個問題：一是其抗熱震性能較差，使陽極腐蝕速率增加，影響陽極的使用壽命；二是NiFe2O4尖晶石具有較低的強度和韌性，使得陽極試樣在搬運和與導電桿的連接過程中容易碎裂。針對這些問題，本文研究了用SiC晶須、SiC纖維增強的NiFe2O4基復合材料惰性陽極的制備。 本文首先以NiO和Fe2O3原料合成NiFe2O4尖晶石，然后在NiFe2O4尖晶石中添加SiC晶須、SiC纖維制備

2、復合材料惰性陽極。合成NiFe2O4尖晶石基料的燒結溫度為900℃，燒結時間為6小時。 本文首次研究了添加SiC晶須制備SiCw/NiFe2O4陶瓷復合材料。熱力學計算和物相分析結果表明，在低于1200℃時NiFe2O4與SiCw是相容的。由試驗確定，制備SiCw/NiFe2O4復合材料合適的燒結工藝為1180℃、恒溫6小時。材料力學性能的檢測結果表明，含3％SiC晶須時復合材料的抗折強度比NiFe2O4材料提高200％，說明S

3、iC晶須的添加起到了良好的補強效果。加入SiC晶須后抗熱震性有所下降，SiC晶須含量為3％時試樣的抗折強度保持率下降了14％?？篃嵴鹦缘慕档团cSiCw/NiFe2O4復合材料的界面結合狀態(tài)密切相關，熱力學計算和XRD分析表明，在SiCw/NiFe2O4界面結合處生成了硅酸鹽化合物2FeO·SiO2。2FeO·SiO2的熱膨脹系數隨溫度的變化而變化，在溫度的驟變過程中使得復合材料的界面首先開裂，導致抗熱震性降低。 試驗結果表明，N

4、iFe2O4基體中加入SiC晶須后，顯著提高了試樣抗沖擊性能，含2％SiC晶須試樣的沖擊韌性比尖晶石提高了近70％，添加SiC晶須后即為引入了附加的能量吸收方式。SiC晶須的增韌屬于多種增韌機理的協(xié)同作用，由于復合材料形成了較強的界面結合，晶須拔出對增韌效果的貢獻較少而微裂紋增韌和裂紋的偏轉對增韌效果的貢獻較大。當SiC晶須含量為3％時復合材料的密度最大，結構最均勻，綜合性能最好。 ⅡNiFe2O4基體中加入SiC纖維后顯著提高

5、了試樣抗沖擊性能，沖擊斷口有明顯的纖維脫粘及拔出現象，其增強機理為纖維的脫粘和拔出效應。SiC纖維的加入使試樣的抗折強度略有上升，但當加入量超過1％時，強度則表現出下降趨勢。添加SiC纖維能夠顯著提高試樣的抗熱震性，殘余抗折強度保持率隨著纖維添加量的增加顯著上升。界面的分析結果表明，復合材料界面是纖維與基體之間形成的互擴散層，界面結合牢固，使復合材料力學性能提高。 聯(lián)合添加SiC晶須、SiC纖維制備SiC(w,f)/NiFe2O

6、4復合材料，試驗結果表明，添加2％SiC晶須、1％SiC纖維試樣的綜合性能最好。SiC(w,f)/NiFe2O4復合材料導電能力明顯高于純NiFe2O4試樣，960℃的導電率為4.06Ω-1cm-1，是純NiFe2O4試樣的8倍左右。SiC(w,f)/NiFe2O4復合材料的導電能力提高的原因是由于電子的穿透效應，電子躍遷理論和NiFe2O4尖晶石屬于高溫半導體解釋了試樣的導電率隨溫度升高顯著升高的原因。 制備SiC(w,f)增

7、強的Ag/NiFe2O4金屬陶瓷復合材料。試驗結果表明，向NiFe2O4基體材料中聯(lián)合添加2％SiCw、1％SiCf、10％Ag制備的陽極試樣綜合性能最佳。其密度為5.18g/cm3，抗折強度為85.71Mpa，抗折強度保持率為91.8％，沖擊韌性為4.60J/cm2，960℃電導率達到了10.869Ω-1cm-1。 電解試驗結果表明，陽極試樣在熔鹽中未發(fā)生明顯腐蝕，試樣外形尺寸變化較小，表面未出現裂紋，陽極試樣的腐蝕速率為0.