CN103030387A

CN103030387A - 一种NiFe2O4陶瓷基体及其制备方法

Info

Publication number: CN103030387A
Application number: CN2013100059439A
Authority: CN
Inventors: 朱远志; 郭莹莹; 林启权
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2013-04-10

Abstract

本发明属于陶瓷复合材料技术领域。具体涉及一种NiFe₂O₄陶瓷基体及其制备方法。其技术方案是：先分别将NiO粉末和Fe₂O₃粉末以球料质量比为（18~22）∶1放入高能球磨机中球磨0.5~5小时，再将球磨后的NiO粉末和Fe₂O₃粉末以摩尔比为（1.0~1.2）∶1混合均匀，然后将混合均匀的粉末置于烧结炉内，在空气气氛中升温至1000~1100℃，保温10~180分钟，自然冷却，即得NiFe₂O₄陶瓷基体。其中：Fe₂O₃粉末的纯度≥99wt%，Fe₂O₃粉末的粒度为0.8~2.5μm；NiO粉末的纯度≥99wt%，NiO粉末的粒度为0.8~15.3μm。本发明制备的NiFe₂O₄陶瓷基体的转化率高和能降低电解铝生产成本。

Description

一种NiFe2O4陶瓷基体及其制备方法

技术领域

本发明属于陶瓷复合材料技术领域。具体涉及一种NiFe₂O₄陶瓷基体及其制备方法。

背景技术

在目前电解铝的生产中，利用金属陶瓷材料作为惰性阳极来还原Al₂O₃制备工业纯铝是一种不可避免的趋势。因为金属陶瓷惰性阳极不仅可以避免以C作为阳极电解时的电极损耗问题，还可以在电解时释放氧气，减少污染性气体的产生。

近年来，众多科研人员关注的焦点集中在NiFe₂O₄基金属陶瓷。NiFe₂O₄陶瓷基体不是自然存在的，需要人为制备，因而在所有的研究中，如何提高NiFe₂O₄陶瓷基体的转化率成为重点。NiFe₂O₄陶瓷基体是由NiO和Fe₂O₃粉末混合烧结后制得的。在现有的研究中，都是将NiO和Fe₂O₃两种粉末混合进行球磨，一方面是为了粉末混合均匀(赖清延等.金属含量对Cu-Ni-NiFe₂O₄金属陶瓷导电性能的影响[J].中南大学学报,2004,35(6))，对于球磨产生的影响并未做任何阐述，球磨只是单纯的用于混合粉末，使其分布均匀；另一方面也是为了输入能量（朱湘萍等.高能球磨Co系纳米粉末的应变和宏观应力[J].西华师范大学学报，2007,28（3）），主要以应变能为主，以提高NiFe₂O₄陶瓷基体的转化率，在球磨过程中，粉末破碎会产生表面能，同时粉末在破碎变形过程中也会产生应变，在粉末中累积大量的应变能。但是，采用混合球磨的方法制备的NiFe₂O₄陶瓷基体，其转化率较低。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种NiFe₂O₄陶瓷基体的制备方法，用该方法制备的NiFe₂O₄陶瓷基体转化率高和能降低电解铝工业的生产成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先分别将NiO粉末和Fe₂O₃粉末以球料质量比为（18~22）∶1放入高能球磨机中球磨0.5~5小时，再将球磨后的NiO粉末和Fe₂O₃粉末以摩尔比为（1.0~1.2）∶1混合均匀，然后将混合均匀的粉末置于烧结炉内，在空气气氛中升温至1000~1100℃，保温10~180分钟，自然冷却，即得NiFe₂O₄陶瓷基体。

所述Fe₂O₃粉末的纯度≥99wt%，Fe₂O₃粉末的粒度为0.8 ~2.5μm。

所述NiO粉末的纯度≥99wt%，NiO粉末的粒度为0.8~15.3μm。

由于采用上述技术方案，本发明对NiO粉末和Fe₂O₃粉末分别单独进行球磨，球磨过程中，Fe₂O₃和NiO两种不同粉末没有互相接触，这就避免了在球磨的压力下粉末固溶的现象。另外，球磨过程中输入的能量并没有变化，而且单一粉末的物理性质一致，球磨后的粉末粒度也便于控制。

在现有的球磨体系中，为了混合粉末和输入能量，将Fe₂O₃和NiO两种粉末进行混合球磨，但将两种粉末混合球磨会产生粉末固溶的现象，这在一定程度上影响了NiFe₂O₄陶瓷基体的转化率，使其NiFe₂O₄陶瓷基体转化率仅为65%。采用本技术方案后，NiFe₂O₄陶瓷基体的转化率相对现有技术提高了4~15%。从而显著地提高了NiFe₂O₄陶瓷基体的转化率。

另外，传统的电解铝生产中采用石墨C作为电解阳极，而在电解过程中，石墨C电极会参加反应，造成电极损耗，这也增加了电解铝生产的成本。在采用本发明所制备的NiFe₂O₄陶瓷基体中添加金属制成金属陶瓷惰性阳极，可在电解铝生产中避免参加反应，减少阳极损耗，节约生产成本。且本发明的NiFe₂O₄陶瓷基体的转化率高，也能节约生产惰性阳极的材料。

因此，本发明制备的NiFe₂O₄陶瓷基体的转化率高和能降低电解铝生产成本。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。

为避免重复，先将本具体实施方式的原料的理化参数统一描述如下，实施例中不再赘述：

Fe₂O₃粉末纯度≥99wt%，Fe₂O₃粉末的粒度为0.8 ~2.5μm；

NiO粉末纯度≥99wt%，NiO粉末的粒度为0.8~15.3μm。

实施例1

一种NiFe₂O₄陶瓷基体及其制备方法。先分别将NiO粉末和Fe₂O₃粉末以球料质量比为（18~20）∶1放入高能球磨机中球磨0.5~1小时，再将球磨后的NiO粉末和Fe₂O₃粉末以摩尔比为（1.0~1.03）∶1混合均匀，然后将混合均匀的粉末置于烧结炉内，在空气气氛中升温至1000~1100℃，保温120~180分钟，自然冷却，即得NiFe₂O₄陶瓷基体。

本实施例所制备的NiFe₂O₄陶瓷基体，与混合球磨粉末相比，NiFe₂O₄的转化率提高了4~7%。

实施例2

一种NiFe₂O₄陶瓷基体及其制备方法。先分别将NiO粉末和Fe₂O₃粉末以球料质量比为（20~22）∶1放入高能球磨机中球磨1~2小时，再将球磨后的NiO粉末和Fe₂O₃粉末以摩尔比为（1.03~1.07）∶1混合均匀，然后将混合均匀的粉末置于烧结炉内，在空气气氛中升温至1000~1100℃，保温60~120分钟，自然冷却，即得NiFe₂O₄陶瓷基体。

本实施例所制备的NiFe₂O₄陶瓷基体，与混合球磨粉末相比，NiFe₂O₄的转化率提高了6~9%。

实施例3

一种NiFe₂O₄陶瓷基体及其制备方法。先分别将NiO粉末和Fe₂O₃粉末以球料质量比为（18~20）∶1放入高能球磨机中球磨2~3小时，再将球磨后的NiO粉末和Fe₂O₃粉末以摩尔比为（1.07~1.10）∶1混合均匀，然后将混合均匀的粉末置于烧结炉内，在空气气氛中升温至1000~1100℃，保温120~180分钟，自然冷却，即得NiFe₂O₄陶瓷基体。

本实施例所制备的NiFe₂O₄陶瓷基体，与混合球磨粉末相比，NiFe₂O₄的转化率提高了8~11%。

实施例4

一种NiFe₂O₄陶瓷基体及其制备方法。先分别将NiO粉末和Fe₂O₃粉末以球料质量比为（20~22）∶1放入高能球磨机中球磨3~4小时，再将球磨后的NiO粉末和Fe₂O₃粉末以摩尔比为（1.10~1.15）∶1混合均匀，然后将混合均匀的粉末置于烧结炉内，在空气气氛中升温至1000~1100℃，保温60~120分钟，自然冷却，即得NiFe₂O₄陶瓷基体。

本实施例所制备的NiFe₂O₄陶瓷基体，与混合球磨粉末相比，NiFe₂O₄的转化率提高了10~13%。

实施例5

一种NiFe₂O₄陶瓷基体及其制备方法。先分别将NiO粉末和Fe₂O₃粉末以球料质量比为（18~20）∶1放入高能球磨机中球磨4~5小时，再将球磨后的NiO粉末和Fe₂O₃粉末以摩尔比为（1.15~1.20）∶1混合均匀，然后将混合均匀的粉末置于烧结炉内，在空气气氛中升温至1000~1100℃，保温10~60分钟，自然冷却，即得NiFe₂O₄陶瓷基体。

本实施例所制备的NiFe₂O₄陶瓷基体，与混合球磨粉末相比，NiFe₂O₄的转化率提高了12~15%。

本具体实施方式对NiO粉末和Fe₂O₃粉末分别单独进行球磨，球磨过程中，Fe₂O₃和NiO两种不同粉末没有互相接触，这就避免了在球磨的压力下粉末固溶的现象。另外，球磨过程中输入的能量并没有变化，而且单一粉末的物理性质一致，球磨后的粉末粒度也便于控制。

另外，传统的电解铝生产中采用石墨C作为电解阳极，而在电解过程中，石墨C电极会参加反应，造成电极损耗，这也增加了电解铝生产的成本。在采用本具体实施方式所制备的NiFe₂O₄陶瓷基体中添加金属制成金属陶瓷惰性阳极，可在电解铝生产中避免参加反应，减少阳极损耗，节约生产成本。且本具体实施方式的NiFe₂O₄陶瓷基体的转化率高，也能节约生产惰性阳极的材料。

因此，本具体实施方式制备的NiFe₂O₄陶瓷基体的转化率高和能降低电解铝生产成本。

Claims

1.一种NiFe₂O₄陶瓷基体的制备方法，其特征在于先分别将NiO粉末和Fe₂O₃粉末以球料质量比为（18~22）∶1放入高能球磨机中球磨0.5~5小时，再将球磨后的NiO粉末和Fe₂O₃粉末以摩尔比为（1.0~1.2）∶1混合均匀，然后将混合均匀的粉末置于烧结炉内，在空气气氛中升温至1000~1100℃，保温10~180分钟，自然冷却，即得NiFe₂O₄陶瓷基体。

2.根据权利要求1所述的NiFe₂O₄陶瓷基体的制备方法，其特征在于所述Fe₂O₃粉末的纯度≥99wt%，Fe₂O₃粉末的粒度为0.8 ~2.5μm。

3.根据权利要求1所述的NiFe₂O₄陶瓷基体的制备方法，其特征在于所述NiO粉末的纯度≥99wt%，NiO粉末的粒度为0.8~15.3μm。

4.根据权利要求1~3项中任一项所述的NiFe₂O₄陶瓷基体的制备方法所制备的NiFe₂O₄陶瓷基体。