CN115849891A - 一种V2O5/Na2CO3扩散偶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶及其制备方法，其中制备方法包括，将Fe₂O₃粉末分别与V₂O₅粉末以及Na₂CO₃粉末混合均匀；将V₂O₅‑Fe₂O₃混合粉末和Na₂CO₃‑Fe₂O₃混合粉末压制得到V₂O₅‑Fe₂O₃/Na₂CO₃‑Fe₂O₃压片；将惰性粉末压制成阻隔压片；将阻隔压片分别放置在V₂O₅‑Fe₂O₃/Na₂CO₃‑Fe₂O₃压片的两侧，进行真空热压烧结，得到V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶。该扩散偶为符合钒渣‑Na₂CO₃焙烧状态的固‑固类型扩散偶，扩散两相间接触充分、紧密，粘结牢固，初始接触面界面规整，有利于进一步研究分析钒渣‑Na₂CO₃焙烧过程的机理。

Description

一种V2O5/Na2CO3扩散偶及其制备方法

技术领域

本发明涉及扩散偶及其制备技术领域，尤其涉及一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶及其制备方法。

背景技术

在高炉冶炼钒钛磁铁矿精矿的过程中，大部分的钒富集到铁水中，形成了含钒铁水。含钒铁水经过转炉吹氧提钒工艺后形成了钒渣。钒渣中的钒元素大多以低价态(V³⁺)富集在尖晶石内，其产量十分惊人。以攀钢为例，仅在2010-2013年间，每年所产钒渣折算为钒后的产量分别为16632吨、16660吨、19656吨以及25536吨。此外，钒渣不仅储量大，而且每年的产量都呈现递增的趋势。钒渣中含有大量可回收的钒，若将其钒渣堆积在户外，不仅造成资源浪费，也严重污染了环境。因此，为解决钒渣的污染问题，逐渐发展出从钒渣中提钒的技术。

现有的钒渣提钒方法主要包括：钠化焙烧提钒、钙化焙烧提钒、镁化焙烧提钒、空白焙烧提钒和熔盐法提钒等。其中，钠化焙烧提钒工艺是一种应用较为广泛的工艺。钠化焙烧提钒工艺的主要流程包括：将钒渣粉碎后与钠盐混合并在空气气氛中进行焙烧，焙烧后的熟料在水中浸出得到偏钒酸铵浸出液，加入硫酸后经过中和及析出处理，得到钒酸钠，对其进行煅烧得到粗V₂O₅。

在上述钠化焙烧提钒工艺中，需要研究钒渣与钠盐，例如Na₂CO₃之间的反应特征，通常将钒渣与钠盐两种粉末进行混合以实现研究目的。该方法虽然能够分析出焙烧参数对钒回收率的影响，但却无法直观地观察到钒渣与钠盐之间的反应特征，进而无法进一步分析焙烧过程中的反应机理。

钒渣与Na₂CO₃等钠盐之间的焙烧反应是典型的固-固反应，想要探索二者的反应机理，就要采用研究固-固反应的研究方法。扩散偶法是研究固态关系中最适用、最高效、最可靠的一种方法。扩散偶指两种材料通过扩散后冶金结合在一起的试样。扩散偶的两种材料在垂直于冶金结合面的方向发生了扩散，形成了具有一定厚度的含有两种材料的成分连续过渡，或形成了相界面，可以对扩散偶的中间过渡层的物理化学性质进行探究。

钒渣焙烧温度一般在700-1000℃，在此温度区间内，纯物质V₂O₅已融化成液相且挥发，而钠盐，例如Na₂CO₃则会受热分解产生孔洞。所以，由于V₂O₅和Na₂CO₃之间的物理化学性质相差极大，目前针对这两种物质的扩散体系尚未建成，V₂O₅和Na₂CO₃扩散偶试样的制备仍然是当前的重点和难点。

因此，需要提供一种V₂O₅与Na₂CO₃扩散偶试样的制备方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶及其制备方法，其解决了由于V₂O₅和Na₂CO₃之间的物理化学性质相差极大，无法建立这两种物质的扩散体系的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明提供一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的制备方法，包括如下步骤：

S1：将Fe₂O₃粉末分别与V₂O₅粉末以及Na₂CO₃粉末混合均匀，分别得到Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末和Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末；

S2：将Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末和Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末中的一者压制成第一压片，然后继续在第一压片上将Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末和Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末中的另一者压制成片，或者，将V₂O₅-Fe₂O₃混合粉末和Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末分别压制成片后罗放在一起，得到Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片；

S3：将惰性粉末压制成阻隔压片；

S4：将阻隔压片分别放置在Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片的两侧，然后进行真空热压烧结，得到V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶。

作为本发明的一个较佳实施例，步骤S1中，以摩尔比计，V₂O₅占Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末的比值与Na₂CO₃占Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末的比值相等，且比值为15-25％。

作为本发明的一个较佳实施例，步骤S2以及步骤S3中，压制所施加的压力为13800-14400N，压制时长为5-10min。

作为本发明的一个较佳实施例，步骤S4的真空热压烧结过程中，真空度为10-30Pa，烧结温度为900-1000℃，同时向阻隔压片与Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片施加13800-14400N的压力，烧结时长为60-100min。

作为本发明的一个较佳实施例，步骤S4的真空热压烧结过程中，真空度为20-30Pa，烧结温度为925-975℃，同时向阻隔压片与Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片施加14000-14300N的压力，烧结时长为80-100min。

作为本发明的一个较佳实施例，步骤S4中，

所述真空热压烧结以5-15℃/min的速率升温；

恒温热压烧结结束后，撤去压力，以15-30℃/min的速率降温，温度降至250-400℃后，以5-15℃/min的速率继续降温，直到降至室温。

作为本发明的一个较佳实施例，步骤S4之后，

将V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶进行切割，得到两个切割体，将树脂镶嵌在切割体的外周，预留剖面，对剖面进行研磨抛光处理后，脱除树脂，得到带剖面的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶；切割体的剖面依次为阻隔压片，Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片以及阻隔压片。

作为本发明的一个较佳实施例，所述研磨抛光处理的过程为，

对所述切割体的剖面依次使用120目、400目、800目、1500目、2000目砂纸研磨各15分钟，最后用抛光布对所述切割体的剖面抛光15分钟；

所述脱除树脂的过程为，

对树脂镶嵌的切割体加热至120-130℃，恒温处理20-30min，脱除树脂。

作为本发明的一个较佳实施例，步骤S3中，

所述惰性粉末为氮化硼或氧化锆。

第二方面，发明还提供一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶，采用上述任一实施例所述的制备方法制备得到。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明制备得到的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶以Fe₂O₃作为V₂O₅相以及Na₂CO₃相的基体，钒与Na₂CO₃的反应在Fe₂O₃基体中发生，且Fe₂O₃与钒和Na₂CO₃之间均不发生反应，该扩散偶既能模拟钠化焙烧提钒的实际生产情况，又有效提高了焙烧过程中V₂O₅的熔点，解决了在焙烧过程中V₂O₅挥发的问题，使后续扩散实验可以在更高的温度下进行，还使V₂O₅/Na₂CO₃两相的熔点相近，制备成功率高。

本发明制备得到的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶是一种固-固扩散偶，与钒渣-Na₂CO₃焙烧过程中的固-固反应相符，有利于进一步研究分析钒渣-Na₂CO₃焙烧过程的机理，如中间产物的微观特征、生成规律的分析，扩散系数的计算、扩散表面生成物的分析等，同时可以为制备相似扩散偶提供新思路。

本发明的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶采用Fe₂O₃为基体，配合真空热压烧结，使V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶粘结牢固，进而能够承受后续的研磨和热处理所带来的机械应力和热应力，同时，Na₂CO₃相分解产生的气孔会被压力挤出，左右两相质地十分致密，可以保证后续扩散的延续性。扩散偶的两相间接触充分、紧密、粘结牢固，经济安全，操作简单，扩散偶的初始接触面界面规整，不易吸水，易于保存。

附图说明

图1为本发明中V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶制备过程示意图；

图2为实施例1制备得到的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的实物图；

图3为实施例1制备得到的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的SEM图；

图4为对比例1制备得到的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的SEM图；

图5为对比例2制备得到的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的实物图；

图6为对比例3制备得到的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的SEM图；

图7为对比例4制备得到的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的SEM图。

附图标记说明：

1：Fe₂O₃-V₂O₅压片；2：Fe₂O₃-Na₂CO₃压片；3：阻隔压片；4：石墨模具；5：带剖面的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明提出一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的制备方法，包括如下步骤：

S1：将Fe₂O₃粉末分别与V₂O₅粉末以及Na₂CO₃粉末混合均匀，分别得到Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末和Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末。

S2：将Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末和Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末中的一者压制成第一压片，然后继续在第一压片上将Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末和Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末中的另一者压制成片，或者，将V₂O₅-Fe₂O₃混合粉末和Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末分别压制成片后罗放在一起，得到Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片。

S3：将惰性粉末压制成阻隔压片。

S4：将阻隔压片分别放置在Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片的两侧，然后进行真空热压烧结，得到V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶。

步骤S1中，Fe₂O₃粉末与V₂O₅粉末、Fe₂O₃粉末与Na₂CO₃粉末混匀采用装瓶密封后，放入混料机混料10-14小时即可混合均匀。

步骤S2中，Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末和Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末可以先将其中一种压制成片，然后在压好的压片上压制另一种混合粉末，也可以将两种混合粉末分别压制成片，再将两种不同的压片压制在一起。本发明中，Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片和阻隔压片均在常温条件下压制，各个压片采用型号相同的模具进行压制，以便于叠罗。具体地，压片可以是图1所示的圆柱形，也可以是其他任意形状，只要与后续热压烧结所用的模具统一即可。各个压片的厚度不作具体限定，以实际需求为准，例如每层压片厚度可为5mm。

步骤S3中，阻隔压片采用惰性粉末压制，本发明中的惰性粉末可以是氮化硼粉末、氧化锆粉末等其中一种，其作用是避免真空热压炉中的石墨模具在高温高压的条件下与Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片的接触面发生碳化反应。

步骤S4中，即便真空热压烧结过程中，Fe₂O₃也不与Na₂CO₃以及V₂O₅反应，也不参加后续的扩散反应。步骤S4的真空热压烧结可以在真空热压炉中进行，通过控制热压烧结的条件，得到牢固的扩散偶接触面和合适的原始渗透厚度。

本发明中，Fe₂O₃与V₂O₅以及Na₂CO₃的混合比例、真空热压烧结的反应时间、烧结温度等都会对扩散偶的制备及后续扩散实验效果产生影响。烧结温度的选取不能过低，要达到Na₂CO₃的熔点才能满足反应条件，但也应防止温度过高，避免碳酸钠的分解与挥发，导致扩散偶失效。同时，要有足够的恒温烧结时间，以使扩散偶的两相反应充分，使扩散层有相当的成分跨度，利于后续实验分析。

优选地，步骤S1中，以摩尔比计，V₂O₅占Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末的比值与Na₂CO₃占Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末的比值相等，且比值均为15-25％。

其中，将占Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末中的V₂O₅占比以及占Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末中的Na₂CO₃占比控制在15-25％，可以有效提高焙烧过程中V₂O₅的熔点，解决了V₂O₅挥发的问题，使后续扩散实验可以在更高的温度下进行，同时还使扩散偶中的V₂O₅相Na₂CO₃相熔点相近，制备成功率高。

优选的，为了保证扩散偶的两相扩散程度相同，在制备Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片时，称取的Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末与Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末的质量相等。

当混合粉末中的V₂O₅和Na₂CO₃含量过低，例如小于15％，Fe₂O₃含量过高时，会导致后续扩散实验中的扩散现象不明显。而当混合粉末中的V₂O₅和Na₂CO₃含量过高，例如大于25％，Fe₂O₃含量过低时，扩散偶的两相组分单元的熔点相差较大，不易于扩散偶的制备，后续的扩散实验中，当温度较高时，也会存在V₂O₅挥发的问题。因此，Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末中的V₂O₅以及Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末中的Na₂CO₃的比值需要保持在15-25％，优选为20％。

优选地，为保证扩散偶的两相致密且结合良好，步骤S2以及步骤S3中，压制Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片以及阻隔压片时所施加的压力为13800-14400N，优选为14130N，压制时长为5-10min。

优选地，步骤S4的真空热压烧结过程中，真空度为10-30Pa，烧结温度为900-1000℃，同时向阻隔压片与Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片施加13800-14400N的压力，烧结时长为60-100min。采用上述烧结条件制备的扩散偶，能得到牢固的接触面和合适的原始渗透厚度。

真空热压烧结过程中，将阻隔压片和Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片置于真空环境中主要是为了防止所使用的石墨模具接触空气后氧化报废。烧结过程中施压是为了使V₂O₅相与Na₂CO₃相之间更好地结合在一起。

本发明将真空热压烧结温度控制在900-1000℃，当烧结温度过低，低于900℃时，扩散偶的界面处液相较少，粘结强度不够，粘结界面的机械应力以及热应力不足。当烧结温度过高，高于1000℃时，则会导致原始粘结界面不均匀，不利于后续扩散实验对扩散厚度等的计算。

如果真空热压烧结过程中烧结时间过短，小于10min时，会造成反应界面粘结不牢，而当烧结时间过长，高于100min时，则会使原始渗透厚度较宽，显微观察时放大倍数偏小，后续计算扩散厚度产生误差较大。

优选地，步骤S4的真空热压烧结过程中，真空度为20-30Pa，烧结温度为925-975℃，同时向阻隔压片与Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片施加14000-14300N的压力，烧结时长80-100min。

更近一步地，真空热压烧温度最优选为950℃；真空热压烧结时长最优选为90min。

优选地，步骤S4中，真空热压烧结以5-15℃/min的速率升温；真空热压烧结的降温过程为：恒温热压烧结结束后，撤去压力，以15-30℃/min的速率降温，温度降至250-400℃后，以5-15℃/min的速率继续降温，直至室温。

优选地，步骤S4之后，采用金刚石切割锯对V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶进行切割，得到两个切割体，切割体的剖面依次为阻隔压片，Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片以及阻隔压片；将树脂镶嵌在切割体的外周，预留剖面，对剖面进行研磨抛光处理后，脱除树脂，得到带剖面的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶。

用树脂镶嵌在切割体外周是为了保护切割体，避免研磨抛光过程中造成切割体的损坏，经过研磨抛光处理后的带剖面的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶表面完整，界限清晰，更便于后续扩散实验的研究和分析。

研磨抛光处理的过程具体为，对切割体的剖面依次使用120目、400目、800目、1500目以及2000目砂纸研磨各15分钟，最后用抛光布对切割体的剖面抛光15分钟。

脱除树脂的过程为，采用烘箱或者干燥箱将树脂镶嵌的切割体加热至120-130℃，恒温处理20-30min，即可脱除树脂。

优选地，步骤S3中，惰性粉末为氮化硼或氧化锆。

实施例1

本实施例提供一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)Fe₂O₃和V₂O₅混料：称取Fe₂O₃粉末7.78g，V₂O₅粉末2.22g，以摩尔比计，使V₂O₅粉末占Fe₂O₃-V₂O₅混合粉的20％，将两种粉末装于瓶中密封，放入混料机混料10小时，得到Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末。

(2)Fe₂O₃和Na₂CO₃混料：称取Fe₂O₃粉末8.58g，Na₂CO₃粉末1.42g，以摩尔比计，使Na₂CO₃粉末占Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉的20％，将两种粉末装于瓶中密封，放入混料机混料10小时，得到Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末。

(3)室温压制成片：将混料得到的10g Fe₂O₃-V₂O₅粉末放入直径为30mm的不锈钢模具中，在压片机中施加14130N的压力，压制5min得到Fe₂O₃-V₂O₅压片1，暂不脱模，再将10gFe₂O₃-Na₂CO₃粉末放入Fe₂O₃-V₂O₅压片1的表层，压片机中施加14130N的压力，室温压制5min脱模得到带有Fe₂O₃-Na₂CO₃压片2的Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片。

(4)室温压制氮化硼阻隔压片：在直径为30mm的不锈钢模具中加入8g氮化硼粉末，在压片机中施加14130N的压力，室温压制5min后脱模，重复操作1次，压制2片相同的阻隔压片3。

(5)扩散偶制备：将Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片夹在两片氮化硼阻隔压片3的中间，将带有氮化硼阻隔压片3的Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片整体放入石墨模具4内，置于真空热压炉中，真空度调整至20Pa，并以10℃/min的速率开始升温，温度到达950℃时，将压力调整至14130N，恒温烧结90min，恒温结束后，撤去压力，并以20℃/min的速率开始降温，待温度降低至300℃，以10℃/min的速率继续降温，直至降至室温，得到V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶。

(6)研磨与抛光：采用金刚石切割锯，沿着V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的直径所在的直线，将制得的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶平均切割成两个切割体，两个切割体具有相同的剖面，保持剖面裸露，采用树脂镶嵌在切割体的外周，剖面采用研磨抛光机进行研磨抛光，具体地，在研磨抛光机中分别使用120目、400目、800目、1500目、2000目砂纸研磨各15分钟，再用抛光布抛光15分钟。

(7)脱树脂：将研磨与抛光后的切割体，放入烘箱中加热至120℃，恒温处理20min，脱除树脂，得到带剖面的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶5。

通过SEM获得的实施例1中制备的带剖面的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶5的V₂O₅/Na₂CO₃扩散界面的微观图片，具体如图3所示，图3中左侧为Na₂CO₃相，右侧为V₂O₅相。本实施例为最佳实施例。通过图3可知，本实施例制备出的扩散偶的两相接触良好，形成的初始接触面界面即分界线规整(图3中箭头指示区)，且在两相物质相互扩散的方向上较为规整，这十分有利于后续扩散实验后的计算。同时，参考图2，实施例1制备的带剖面的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶5，经过后续的切割研磨处理后未出现开裂的情况，左右两相质地均匀，能够保证后续扩散实验过程中组元扩散的延续性。

实施例2

本实施例提供一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的制备方法，与实施例1的区别在于，步骤S1中，以摩尔比计，Na₂CO₃粉末占Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末的15％，V₂O₅粉末占Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末的15％。

实施例3

本实施例提供一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的制备方法，与实施例1的区别在于，步骤S1中，以摩尔比计，Na₂CO₃粉末占Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末的25％，V₂O₅粉末占Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末的25％。

实施例4

本实施例提供一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的制备方法，与实施例1的区别在于，真空热压烧结过程中，烧结温度为925℃。

实施例5

本实施例提供一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的制备方法，与实施例1的区别在于，真空热压烧结过程中，烧结温度为975℃。

实施例6

本实施例提供一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的制备方法，与实施例1的区别在于，真空热压烧结过程中，烧结时长为60min。

实施例7

本实施例提供一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的制备方法，与实施例1的区别在于，真空热压烧结过程中，烧结时长为100min。

对比例1

对比例1提供一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的制备方法，与实施例1的区别在于，步骤S1中，以摩尔比计，Na₂CO₃粉末占Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末的10％，V₂O₅粉末占Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末的10％。

使用SEM对对比例1制备的扩散偶的扩散界面进行分析和表征，得到图4所示的微观图。通过图4可知，与实施例1、2、3相比，本对比例制备得到的扩散偶的左右两相中因Na₂CO₃和V₂O₅含量过低，导致V₂O₅/Na₂CO₃两相分界线不明显，不利于后续扩散实验后对界面处生成相的分析。

对比例2

对比例2提供一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的制备方法，与实施例1的区别在于，步骤S1中，以摩尔比计，Na₂CO₃粉末占Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末的30％，V₂O₅粉末占Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末的30％。

使用SEM对对比例2制备的扩散偶的扩散界面进行分析和表征，得到图5所示的微观图。通过图5可知，对比例2中制得的扩散偶界面不平整，且保留数天后即出现了开裂的情况，与实施例1、2、3相比，这是由于V₂O₅或Na₂CO₃的含量过高，两组分单元熔点相差大，左右两相热处理过程中的膨胀和收缩程度相差太大而引起的。

对比例3

对比例3提供的方法与实施例1相比，真空热压烧结过程中，烧结温度为850℃。

使用SEM对对比例3制备的扩散偶的扩散界面进行分析和表征，得到图6所示的微观图。通过图6可知，与实施例1、4、5相比，对比例3所制得的扩散偶表面不平整，有孔洞，且无明显分界线，这是由于烧结温度过低导致左右两相产生的液相较少，粘结效果不好，不够致密致所致。

对比例4

对比例4提供的方法与实施例1相比，真空热压烧结过程中，烧结温度为1050℃。

使用SEM对对比例4所制备的扩散偶的扩散界面进行分析和表征，得到图7所示的微观图。通过图7可知，与实施例1、4、5相比，对比例4所制得的扩散偶表面出现过度烧结，原始界面十分不规整，是由于热压烧结温度过高，V₂O₅或Na₂CO₃大量熔化，进而导致了液相过多造成的结果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将Fe₂O₃粉末分别与V₂O₅粉末以及Na₂CO₃粉末混合均匀，分别得到Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末和Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末；

S2：将Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末和Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末中的一者压制成第一压片，然后继续在第一压片上将Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末和Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末中的另一者压制成片，或者，将V₂O₅-Fe₂O₃混合粉末和Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末分别压制成片后罗放在一起，得到Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片；

S3：将惰性粉末压制成阻隔压片；

S4：将阻隔压片分别放置在Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片的两侧，然后进行真空热压烧结，得到V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤S1中，以摩尔比计，V₂O₅占Fe₂O₃-V₂O₅混合粉末的比值与Na₂CO₃占Fe₂O₃-Na₂CO₃混合粉末的比值相等，且比值均为15-25％。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤S2以及步骤S3中，压制所施加的压力为13800-14400N，压制时长为5-10min。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤S4的真空热压烧结过程中，真空度为10-30Pa，烧结温度为900-1000℃，同时向阻隔压片与Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片施加13800-14400N的压力，烧结时长为60-100min。

5.如权利要求4述的制备方法，其特征在于：

步骤S4的真空热压烧结过程中，真空度为20-30Pa，烧结温度为925-975℃，同时向阻隔压片与Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片施加14000-14300N的压力，烧结时长为80-100min。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤S4中，

真空热压烧结过程中，以5-15℃/min的速率升温；

恒温热压烧结结束后，撤去压力，以15-30℃/min的速率降温，温度降至250-400℃后，以5-15℃/min的速率继续降温，直到降至室温。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤S4之后，

将V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶进行切割，得到两个切割体，将树脂镶嵌在切割体的外周，预留剖面，对剖面进行研磨抛光处理后，脱除树脂，得到带剖面的V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶；

切割体的剖面依次为阻隔压片，Fe₂O₃-V₂O₅/Fe₂O₃-Na₂CO₃压片以及阻隔压片。

8.如权利要求7述的制备方法，其特征在于：

所述研磨抛光处理的过程为，

依次使用120目、400目、800目、1500目以及2000目砂纸对所述切割体的剖面研磨各15分钟，最后用抛光布对所述切割体的剖面抛光15分钟；

所述脱除树脂的过程为，

将镶嵌树脂的切割体加热至120-130℃，恒温处理20-30min，脱除树脂。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤S3中，

所述惰性粉末为氮化硼或氧化锆。

10.一种V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶，其特征在于：

所述V₂O₅/Na₂CO₃扩散偶由权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到。

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