CN1498287A - 纳米晶体粉末形式的惰性电极材料 - Google Patents

纳米晶体粉末形式的惰性电极材料 Download PDF

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���άʲ������ķ����
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Abstract

本发明涉及一种粉末形式的惰性电极材料，所述的材料含有平均粒度为0.1至100μm，并且每个是由陶瓷材料的微粒和金属或合金的微粒的聚集体形成的颗粒，每个陶瓷材料的微粒含有陶瓷材料的纳米晶体，并且每个金属或合金的微粒含有金属或合金的纳米晶体。备选地，每个颗粒可以由微粒的聚集体形成，每个微粒含有单相陶瓷材料、金属或合金的纳米晶体。本发明的粉末形式的电极材料适用于制备具有改善的抗热冲击和抗腐蚀性能的惰性电极。

Description

纳米晶体粉末形式的惰性电极材料
技术领域
本发明属于金属电解电极领域的改进。更具体而言，本发明涉及一种用于制备这类电极的纳米晶体粉末形式的惰性电极材料。
背景技术
通常在Hall-Héroult电解还原槽中，通过在温度高达约950℃下电解溶解在熔融的冰晶石(Na3AlF6)中的氧化铝来制备铝。Hall-Héroult电解槽一般具有配有耐火材料的保温衬里的钢壳，该保温衬里又具有由预焙炭砖制成的衬里，该衬里与电解液的熔融组分接触。碳质内衬作为阴极的基底和熔融的铝池作为阴极。阳极是可消耗的炭电极，通常通过焦炭煅烧制得预焙炭。通常，为了制备每1吨铝，需要0.5吨的炭阳极。
在Hall-Héroult电解槽中电解期间，消耗炭阳极导致温室气体如CO和CO2的逸出。必须周期性地更换阳极，并且材料的侵蚀改变阳极-阴极的距离，这增加由于电解液电阻导致的电压。在阴极一侧，炭砖受到侵蚀和电解液渗透。在石墨结构中发生钠的插层反应，这引起阴极炭砖的溶胀和变形。电极间的电压增加对该工序的能量效率产生不利的影响。
为了找到隋性阳极适合的材料，做了许多试验，并且提出和测试了大量的材料。提出的材料包括：如在美国专利6,162,334中所提出的金属，如在美国专利3,960,678和4,399,008中所提出的陶瓷，和如在美国专利5,865,980中所提出的金属陶瓷。为了制备隋性阳极，已经经过20多年深入细致的努力，但是直到今天，还没有发现可以完全接受的隋性阳极。一般而言，陶瓷是易碎的并且在Hall-Héroult电解槽操作的启动阶段不抗热冲击。一般而言，金属氧化物陶瓷抗氧化，但它们不是良好的导体。金属虽然是很好的导体，但金属阳极在冰晶石中的腐蚀率很高。另一方面，金属陶瓷似乎是阳极应用有希望的材料。金属陶瓷结合金属的良好性能(导电性，韧性)和陶瓷的良好性能(抗腐蚀性)。
美国专利5,865,980描述了一种可以用作隋性电极的含有铁氧体、铜和银的金属陶瓷。这种金属陶瓷阳极由于其陶瓷部分而展示出良好的抗腐蚀性能，并由于其金属部分展示出良好的导电性能。这种金属陶瓷的制备方法复杂并且由数个步骤组成。为了合成含有或不含有过量NiO的镍铁氧体尖晶石，混合至少两种金属氧化物如NiO和Fe2O3，并且在高温(1300-1400℃)煅烧相当长的时间(12小时)。将得到的材料磨碎以减小平均粒度至约10微米，与聚合的粘合剂和水混合，喷雾干燥，并且与铜和银的粉末混合。然后挤压如此得到的粉末混合物，并且在约1350℃烧结2-4小时。得到的金属陶瓷具有陶瓷相部分和合金相部分。
尽管上面所述的金属陶瓷对于隋性电极应用似乎是一种有希望的材料，但几个劣势与其生产和最终产品的特征相关。方法复杂并且要求数个步骤，这导致产品的成本高。具有平均粒度为约10微米的陶瓷和金属粉末的烧结和压实率低，以致于难以获得高的致密金属陶瓷。在得到的金属陶瓷中存在少量的孔隙，导致其机械性能降低。因此，当其受到反复的热冲击时，由这种金属陶瓷制成的阳极容易被破坏。为了增加最终的密度，必须提高烧结的温度。使用高的烧结温度导致过量的微粒生长和产品的最终成本的增加。
当具有大的平均粒度的粉末一起混合时，分离是一个严重的问题。当颗粒的密度或其大小间的差别越大时，分离就越显著。密度大于陶瓷颗粒有较大的密度的金属颗粒倾向于与低密度的陶瓷颗粒分离。这导致非均匀的粉末混合物，并因而导致非均匀的烧结阳极。由于陶瓷相的导电率大大低于金属相的导电率，所以任何非均匀导致在阳极的使用过程中非均匀的电流密度。另一方面，在冰晶石中金属陶瓷的陶瓷相和金属相的侵蚀率或腐蚀率不同。因此，任何非均匀导致阳极的过量局部劣化。
烧结的目的是为了获得具有最大密度和均匀性的固体产品。在烧结期间，有两个现象特别重要：密实化作用(孔的消除)和颗粒的生长。一般而言，更高的烧结温度和更长的烧结时间导致高的密实化作用，但是另一方面，有利于微粒生长。当使用具有大的平均粒度的粉末作为原料时，密实化作用慢并且为了获得更高的密度，必须提高烧结的温度和/或时间。这导致具有粗微观结构的金属陶瓷，该种结构降低金属陶瓷的抗热冲击能力。粗结构的金属陶瓷也显示低的机械性能和非均匀的腐蚀率。
发明内容
因此本发明的目的在于克服上述缺点，并且提供一种用于制备隋性电极的粉末形式的电极材料，所述惰性电极具有提高的抗热冲击性和抗腐蚀性能。
根据本发明的一个方面，提供一种以粉末形式的隋性电极材料，所述的材料含有平均粒度为0.1至100μm并且每个是由陶瓷材料的微粒和金属或合金的微粒的聚集体形成的颗粒，其中每个陶瓷材料的微粒含有陶瓷材料的纳米晶体，并且每个金属或合金的微粒含有金属或合金的纳米晶体。
根据本发明的另一方面，提供一种粉末形式的隋性电极材料，所述的材料含有平均粒度为0.1至100μm并且每个是由微粒的聚集体形成的颗粒，基中每个微粒含有单相陶瓷材料的纳米晶体。
根据本发明的又一方面，提供一种粉末形式的隋性电极材料，所述的材料含有平均粒度为0.1至100μm并且每个是由微粒的聚集体形成的颗粒，其中每个微粒含有金属的纳米晶体。
根据本发明的再一方面，提供一种粉末形式的隋性电极材料，所述的材料含有平均粒度为0.1至100μm并且每个是由微粒的聚集体形成的颗粒，其中每个微粒含有合金的纳米晶体。
这里所用的术语“纳米晶体”是指大小为100纳米或更小的晶体。当将本发明的粉末形式的电极材料压紧和烧结以制备致密的电极时，甚至在没有烧结的帮助下，纳米晶体的微结构也大大地有利于密实化作用。纳米晶体粉末也使微粒的生长最小化，原因在于可以在低温下完成烧结。对于同样的密实水平，烧结时间也比密实常规的粗颗粒(约10μm)粉末的混合物所需要的时间短得多。因此，烧结工序的总费用有相当大的降低。
由于烧结的时间相当短和温度相当低，得到的电极具有精细的微观结构。微观结构越精细，韧性和抗热冲击的能力就越高，并且因而电极的寿命就越长。
对于每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，其中每个微粒含有金属的纳米晶体的情况，由于钝化层的生长，纳米晶体金属比多晶金属的抗腐蚀能力大。此保护层在纳米晶体金属的表面上的生长速度较在多晶金属的表面上的生长速度快。
在其又一方面，本发明还提供一种如前所限定的粉末形式的隋性电极材料的制备方法，其中由陶瓷材料的微粒和金属的微粒的聚集体形成每个颗粒。本发明的方法包括如下步骤：
a)使至少一种金属氧化物、氮化物或碳化物经受高能球磨以形成含有颗粒的第一种粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由陶瓷材料的微粒的聚集体形成的；
b)使一种金属经受高能球磨以形成含有颗粒的第二种粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，其中每个微粒含有所述金属的纳米晶体；
c)混合所述的第一种粉末与第二种粉末形成粉末混合物；和
d)使在步骤(c)中得到的粉末混合物经受高能球磨以形成含有颗粒的纳米晶体粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由陶瓷材料的微粒与金属的微粒的聚集体形成的，其中每个陶瓷材料的微粒含有陶瓷材料的纳米晶体，并且每个金属的微粒含有金属的纳米晶体。
根据本发明的再一方面，提供一种如前所限定的隋性电极材料的制备方法，其中由陶瓷材料的微粒和合金的微粒的聚集体形成每个颗粒。本发明的方法包括如下步骤：
a)使至少一种金属氧化物、氮化物或碳化物经受高能球磨以形成含有颗粒的第一种粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由陶瓷材料的微粒的聚集体形成的；
b)使至少两种金属经受高能球磨以形成含有颗粒的第二种粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，其中每个微粒含有金属合金的纳米晶体；
c)混合所述第一种粉末与第二种粉末形成粉末混合物；和
d)使在步骤(c)中得到的粉末混合物经受高能球磨以形成含有颗粒的纳米晶体粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由陶瓷材料的微粒与所述合金的微粒的聚集体形成的，其中每个陶瓷材料的微粒含有陶瓷材料的纳米晶体，并且每个合金的微粒含有合金的纳米晶体。根据本发明的另一方面，提供一种如前所限定的粉末形式的隋性电极材料的制备方法，其中每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，每个微粒含有单相陶瓷材料的纳米晶体。本发明的方法包括：使金属氧化物、氮化物或碳化物经受高能球磨以形成含有颗粒的纳米晶体的粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，其中每个微粒含有单相陶瓷材料的纳米晶体。
根据本发明的再一方面，提供一种如前所限定的粉末形式的隋性电极材料的制备方法，其中每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，每个微粒含有金属的纳米晶体。本发明的方法包括：使金属经受高能球磨以形成含有颗粒的纳米晶体粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，其中每个微粒含有金属的纳米晶体。
根据本发明的还再一方面，提供一种如前所限定的粉末形式的隋性电极材料的制备方法，其中每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，每个微粒含有合金的纳米晶体。本发明的方法包括：使至少两种金属经受高能球磨以形成含有颗粒的纳米晶体粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，其中每个微粒含有金属合金的纳米晶体。
这里所用的表述“高能球磨”是指在约40小时内能够形成前述颗粒的球磨方法。在前面所提及的步骤(d)中，高能球磨进行一段时间，该段时间足以磨碎在步骤(a)和(b)形成的聚集体，并形成含有陶瓷材料的纳米晶体微粒和金属或合金的纳米晶体微粒的新的聚集体。一般而言，这段时间为约1小时。
实现本发明的方式
适合的陶瓷材料的实例包括：过渡金属如Ag、Co、Cu、Cr、Fe、Ir、Mo、Mn、Nb、Ni、Ru、Ta、Ti、V、W、Y、Zn和Zr，p-族金属如Al、Ge、In、Pd、Sb、Si和Sn，稀土金属如Ce、La和Th，和碱土金属如Ca、Mg和Sr的氧化物、氮化物和碳化物。
对于每个颗粒是由陶瓷材料的微粒和金属的微粒的聚集体形成的情况，金属可以是例如：铬、钴、铜、金、铱、铁、镍、铌、钯、铂、铷、钌、硅、银、钛、钇或锆。另一方面，对于每个颗粒是由陶瓷材料的微粒和合金的微粒的聚集体形成的情况，合金可以是例如：Cu-Ag、Cu-Ag-Ni、Cu-Ni、Cu-Ni-Fe、Cu-Pd、Cu-Pt或Ni-Fe合金。当烧结这些颗粒时，它们将形成具有陶瓷相部分和金属或合金相部分的金属陶瓷材料。
对于每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，其中每个微粒含有单相陶瓷材料的纳米晶体的情况，陶瓷材料有利地包括：用于提高粉末的可烧结性和/或用于增加最终由陶瓷粉末制成的电极的导电性的掺杂物。合适的掺杂物的实例包括：选自Al、Co、Cr、Cu、Fe、Mo、Nb、Ni、Sb、Si、Sn、Ti、V、W、Y、Zn和Zr的一种元素。一般而言，掺杂物的含量介于约0.002至约1重量％之间，优选介于约0.005至约0.05重量％之间。由于单相陶瓷材料的腐蚀、侵蚀和热膨胀是均匀的，所以使用本发明的纳米晶体粉末制备的含有这种材料的电极寿命较长。
对于每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，每个微粒含有金属的纳米晶体的情况，金属可以是例如：铬、钴、铜、金、铱、铁、镍、铌、钯、铂、铷、钌、硅、银、钛、钇或锆。优选铜。另一方面，对于每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，其中每个微粒含有合金的纳米晶体的情况，合金可以是例如：Cu-Ag、Cu-Ag-Ni、Cu-Ni、Cu-Ni-Fe、Cu-Pd、Cu-Pt或Ni-Fe合金。当烧结这些颗粒时，它们将形成致密的金属材料。
根据本发明方法的一个优选的实施方案，在频率为8至25Hz，优选为约17Hz下工作的振动球磨机中完成高能球磨。也可以在速度为100至2000rpm，优选约为1200rpm下工作的旋转球磨机中完成高能球磨。
根据本发明另一个优选的实施方案，在隋性气氛如含有氩气或氦气的气氛下完成高能球磨。优选氩气的气氛。
通过粉末冶金可以使用本发明的粉末形式的电极材料来制备密实的电极。这里所用的表述“粉末冶金”是指一种通过压紧或成形，然后进行烧结步骤的将大量的粉末转变为理想形状的预制坯的技术。压紧是指将压力施加到粉末的技术，象例如冷单轴挤压，冷等压挤压或热等压挤压。成形是指在没有施加外部压力如粉末装填或淤浆浇铸而执行的技术。因此得到的致密电极具有提高的抗热冲击和抗腐蚀的性能。
通过热沉积的应用可以使用本发明的粉末形式的电极材料来制备电极。这里所用的表述“热沉积”是指将粉末颗粒注入喷灯中或喷洒在导电的基片如石墨或铜上以在其上形成高密涂层。颗粒获得高的速度，并在飞行途中部分地或全部地熔化。通过固化在基片表面上的微滴而形成涂层。这类技术的实例包括：等离子体喷雾、电弧喷雾和高速氧化燃料。
由于从本发明的纳米粉末制备的电极具有高的密度，因此电解液不通过微孔渗透进入电极，因而使电极的劣化最小化。
下面非限制性的实施例是用来说明本发明的。
实施例1
通过下面的方法制备NiFe2O4尖晶石粉末：在碳化钨钳锅中，使用在频率为约17Hz下工作的SPEX 8000(商品名)振动球磨机，以球与粉末的质量比率为15∶1球磨51.7重量％NiO和48.3重量％Fe2O3。在受控的氩气气氛下进行操作。关闭钳锅并且用橡胶O-环密封。高能球磨10小时后，形成含有NiFe2O4尖晶石与过量NiO的纳米晶体结构。粒度在0.1和5μm间变化并且通过X-射线衍射测得的微晶大小为约30nm。
同样通过下面的方法制备Cu-Ag合金粉末，在碳化钨钳锅中，使用在频率为约17Hz下工作的SPEX 8000振动球磨机，以球与粉末的质量比率为10∶1球磨69.5重量％Cu和29.5重量％Ag。在受控的氩气气氛下进行操作。添加1重量％的硬脂酸作为润滑剂。高能球磨10小时后，形成含有铜和银的合金的纳米晶体结构。粒度在10和30μm间变化并且通过X-射线衍射测得的微晶大小为约40nm。
将上面所制备的80重量％的NiFe2O4尖晶石粉末和20重量％的Cu-Ag合金粉末混合，得到的粉末混合物在碳化钨钳锅中，使用在频率为约17Hz下工作的SPEX 8000振动球磨机，，以球与粉末的质量比率为10∶1进行球磨。高能球磨1小时后，得到含有颗粒的纳米晶体粉末，每个颗粒是由微粒的聚集体形成，所述微粒含有NiFe2O4尖晶石的纳米晶体和Cu-Ag合金的纳米晶体。粒度在5和10μm间变化。接着在压力为400MPa下单轴挤压此纳米晶体粉末。然后在950℃烧结紧密的粉末1小时，以制备具有优异的抗热冲击和抗腐蚀性能的致密电极。
实施例2
通过下面的方法制备NiFe2O4尖晶石粉末，在钢钳锅中，使用在速度为1200r.p.m下工作的SIMOLOYER(商标)旋转球磨机，以球与粉末的质量比率为10∶1球磨51.7重量％NiO和48.3重量％Fe2O3。通过连续地用氩气冲洗钳锅，在受控的氩气气氛下进行操作。高能球磨5小时后，形成含有过量纳米晶体NiO的无定形NiFe2O4尖晶石。粒度在0.1和5μm间变化。
同样通过下面的方法制备Cu-Ag合金粉末，在钢钳锅中，使用在速度为约1200r.p.m下工作的SIMOLOYER旋转球磨机，以球与粉末的质量比率为10∶1球磨98重量％Cu和2重量％Ag。在受控的氩气气氛下进行操作。添加1重量％的硬脂酸作为润滑剂。高能球磨5小时后，形成含有铜和银的合金的纳米晶体结构。粒度在5和30μm间变化，并且通过X-射线衍射测得的微晶大小为约20nm。
将81.3重量％的上述NiFe2O4尖晶石粉末、16.6重量％的上述Cu-Ag合金粉末和2重量％的作为润滑剂与粘合剂的CAPLUBE G(商标)混合，所得的粉末混合物在钢钳锅中，使用在约800r.p.m下工作的SIMOLOYER旋转球磨机，以球与粉末的质量比率为10∶1进行球磨。高能球磨15分钟后，得到含有颗粒的单晶粉末，每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，所述微粒含有NiFe2O4尖晶石的纳米晶体和Cu-Ag合金的纳米晶体。粒度在5和10μm间变化。然后在压力为138MPa下冷均衡挤压此纳米晶体粉末。接着在1050℃烧结该紧密的粉末1小时，以制备具有优异的抗冲热击和抗腐蚀性能的致密电极。
实施例3
通过下面的方法制备NiFe2O4铁素体粉末：在钢钳锅中，使用在速度为约1200r.p.m下工作的SIMOLOYER旋转球磨机，以球与粉末的质量比率为10∶1球磨51.7重量％NiO和48.3重量％Fe2O3。通过连续地用氩气冲洗钳锅，在受控的氩气气氛下进行操作。高能球磨5小时后，制得含有与过量纳米晶体NiO的无定形的NiFe2O4尖晶石。粒度在0.1和5μm间变化。
同样通过下面的方法制备Cu-Ag合金粉末：在钢钳锅中，使用在速度为约1200r.p.m下工作的SIMOLOYER旋转球磨机，以球与粉末的质量比率为10∶1球磨98重量％Cu和2重量％Ag。在受控制氩气气氛下进行操作。添加1重量％的硬脂酸作为润滑剂。高能球磨5小时后，形成含有铜和银的合金的纳米晶体结构。粒度在5和30μm间变化，并且通过X-射线衍射测得的微晶大小为约20nm。
将上面所制备的81.3重量％的NiFe2O4尖晶石粉末，16.6重量％的Cu-Ag合金粉末和2重量％的作为润滑剂与粘合剂的CAPLUBE G混合，所得的粉末混合物在钢钳锅中，使用在17Hz下操作的SPEX 8000振动球磨机，以球与粉末的质量比率为5∶1进行球磨。高能球磨15分钟后，得到含有颗粒的纳米晶体粉末，每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，所述微粒含有NiFe2O4尖晶石的纳米晶体和Cu-Ag合金的纳米晶体。粒度在5和10μm间变化。然后在压力为138MPa下单轴挤压此纳米晶体粉末。然后在1050℃烧结该紧密的粉末1小时，以制备具有优异的抗热冲击和抗腐蚀性能的致密电极。
实施例4
将具有平均粒度为1μm和比表面积为3m2/g的粗粒状的ZnO粉末(99.9％纯)作为原料。加入0.008重量％的Al2O3和2重量％的PVA分别作为掺杂剂和粘合剂。在碳化钨钳锅中，使用在频率为约17Hz下工作的SPEX 8000振动球磨机球磨该粉末混合物。高能球磨15小时后，得到粒度为1至5μm和平均粒度小于100nm的纳米晶体ZnO粉末。纳米晶体微粒的比表面积为40m2/g。然后在压力为400MPa下单轴挤压此纳米晶体粉末。然后在1250℃烧结该紧密的粉末1小时，以制备具有优异的抗热冲击和抗腐蚀性能的致密电极。
实施例5
通过下面的方法制备Cu-Ni合金粉末的纳米晶体：在钢钳锅中，使用在速度为1200r.p.m下工作的SIMOLOYER旋转球磨机，以球与粉末的质量比率为10∶1球磨70重量％Cu和30重量％Ni。添加1重量％的硬脂酸作为润滑剂。高能球磨5小时后，得到含有颗粒的纳米晶体粉末，每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，所述微粒含有铜和镍的合金的纳米晶体。粒度在5和30μm间变化，并且通过X-射线衍射测得的微晶大小为约20nm。将此纳米晶体粉末与2重量％的CAPLUBE G混合，并且在300MPa下单轴挤压。然后在1000℃烧结该紧密的粉末1小时，以制备致密电极。

Claims (105)

1.一种粉末形式的隋性电极材料，其包含平均粒度为0.1至100μm的颗粒，并且每个颗粒由陶瓷材料的微粒和金属或合金的微粒的聚集体形成，其中每个陶瓷材料的微粒含有所述陶瓷材料的纳米晶体，并且每个金属或合金的微粒含有所述金属或合金的纳米晶体。
2.根据权利要求1的隋性电极材料，其中由所述的陶瓷材料的微粒和所述的金属微粒的聚集体形成所述的每个颗粒。
3.根据权利要求2的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料包括选自过渡金属、p-族金属、稀土金属和碱土金属中的一种金属的氧化物、氮化物或碳化物。
4.根据权利要求3的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料含有过渡金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的过渡金属选自Ag、Co、Cu、Cr、Fe、Ir、Mo、Mn、Nb、Ni、Ru、Ta、Ti、V、W、Y、Zn和Zr。
5.根据权利要求3的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料含有p-族金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的p-族金属选自Al、Ge、In、Pb、Sb、Si和Sn。
6.根据权利要求3的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料含有稀土金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的稀土金属选自Ce、La和Th。
7.根据权利要求3的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料含有碱土金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的碱土金属选自Ca、Mg和Sr。
8.根据权利要求2的隋性电极材料，其中所述的金属选自铬、钴、铜、金、铱、铁、镍、铌、钯、铂、铷、钌、硅、银、钛、钇和锆。
9.根据权利要求1的隋性电极材料，其中由所述陶瓷材料的微粒和所述合金的微粒的聚集体形成所述的每个颗粒。
10.根据权利要求9的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料包括选自过渡金属、p-族金属、稀土金属和碱土金属中的一种金属的氧化物、氮化物或碳化物。
11.根据权利要求10的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料含有过渡金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的过渡金属选自Ag、Co、Cu、Cr、Fe、Ir、Mo、Mn、Nb、Ni、Ru、Ta、Ti、V、W、Y、Zn和Zr。
12.根据权利要求10的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料含有p-族金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的p-族金属选自Al、Ge、In、Pb、Sb、Si和Sn。
13.根据权利要求10的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料包括选自Ce、La和Th中的一种稀土金属的氧化物、氮化物或碳化物。
14.根据权利要求10的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料含有碱土金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的碱土金属选自Ca、Mg和Sr。
15.根据权利要求9的隋性电极材料，其中所述的合金选自Cu-Ag、Cu-Ag-Ni、Cu-Ni、Cu-Ni-Fe、Cu-Pd、Cu-Pt和Ni-Fe合金。
16.根据权利要求15的隋性电极材料，其中所述的合金是Cu-Ag合金。
17.根据权利要求16的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料包括NiFe2O4尖晶石。
18.一种粉末形式的隋性电极材料，其包含平均粒度为0.1至100μm的颗粒，并且每个颗粒由微粒的聚集体形成，其中每个微粒含有单相陶瓷材料的纳米晶体。
19.根据权利要求18的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料包括选自过渡金属、p-族金属、稀土金属和碱土金属中的一种金属的氧化物、氮化物或碳化物。
20.根据权利要求19的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料含有过渡金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的过渡金属选自Ag、Co、Cu、Cr、Fe、Ir、Mo、Mn、Nb、Ni、Ru、Ta、Ti、V、W、Y、Zn和Zr。
21.根据权利要求19的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料含有p-族金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的p-族金属选自Al、Ge、In、Pb、Sb、Si和Sn。
22.根据权利要求19的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料含有稀土金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的稀土金属选自Ce、La和Th。
23.根据权利要求19的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料含有碱土金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的碱土金属选自Ca、Mg和Sr。
24.根据权利要求19的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料是氧化锌。
25.根据权利要求19的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料包括至少一种掺杂物，所述的掺杂物包括选自Al、Co、Cr、Cu、Fe、Mo、Nb、Ni、Sb、Si、Sn、Ti、V、W、Y、Zn和Zr中的一种元素。
26.根据权利要求25的隋性电极材料，其中所述掺杂物的含量为约0.002至约1重量％。
27.根据权利要求26的隋性电极材料，其中所述掺杂物的含量为约0.005至约0.05重量％。
28.根据权利要求27的隋性电极材料，其中所述掺杂物的含量为约0.008重量％。
29.根据权利要求25的隋性电极材料，其中所述的陶瓷材料包括用氧化铝掺杂的氧化锌。
30.根据权利要求29的隋性电极材料，其中所述氧化铝的含量为约0.008重量％
31.一种粉末形式的隋性电极材料，其包含平均粒度为0.1至100μm的颗粒，并且每个颗粒由微粒的聚集体形成，其中每个微粒含有金属的纳米晶体。
32.根据权利要求31的隋性电极材料，其中所述的金属选自铬、钴、铜、金、铱、铁、镍、铌、钯、铂、铷、钌、硅、银、钛、钇和锆。
33.根据权利要求32的隋性电极材料，其中所述的金属是铜。
34.一种粉末形式的隋性电极材料，其包含平均粒度为0.1至100μm的颗粒，并且每个颗粒由微粒的聚集体形成，其中每个微粒含有合金的纳米晶体。
35.根据权利要求34的隋性电极材料，其中所述的合金选自Cu-Ag、Cu-Ag-Ni、Cu-Ni、Cu-Ni-Fe、Cu-Pd、Cu-Pt和Ni-Fe合金。
36.根据权利要求35的隋性电极材料，其中所述的合金是Cu-Ni合金。
37.根据权利要求1、9、18、31或34的隋性电极材料，其中所述的平均粒度为1至10μm。
38.一种如权利要求2所限定的粉末形式的隋性电极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
a)使至少一种金属氧化物、氮化物或碳化物经受高能球磨以形成含有颗粒的第一种粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由陶瓷材料的微粒的聚集体形成的；
b)使一种金属经受高能球磨以形成含有颗粒的第二种粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，其中每个微粒含有所述金属的纳米晶体；
c)混合所述的第一种粉末与第二种粉末形成粉末混合物；和
d)使在步骤(c)中得到的粉末混合物经受高能球磨以形成含有颗粒的纳米晶体粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由陶瓷材料的微粒与所述金属的微粒的聚集体形成的，其中每个陶瓷材料的微粒含有所述陶瓷材料的纳米晶体和每个金属的微粒含有所述金属的纳米晶体。
39.根据权利要求38的方法，其中的所述金属氧化物、氮化物或碳化物是选自过渡金属、p-族金属、稀土金属和碱土金属中的一种金属的氧化物、氮化物或碳化物。
40.根据权利要求39的方法，其中所述的金属氧化物、氮化物或碳化物是过渡金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的过渡金属选自Ag、Co、Cu、Cr、Fe、Ir、Mo、Mn、Nb、Ni、Ru、Ta、Ti、V、W、Y、Zn和Zr。
41.根据权利要求39的方法，其中所述的金属氧化物、氮化物或碳化物是p-族金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的p-族金属选自Al、Ge、In、Pb、Sb、Si和Sn。
42.根据权利要求39的方法，其中所述的金属的氧化物、氮化物或碳化物是稀土金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的稀土金属选自Ce、La和Th。
43.根据权利要求39的方法，其中所述的金属氧化物、氮化物或碳化物是碱土金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的碱土金属选自Ca、Mg和Sr。
44.根据权利要求38的方法，其中所述的金属选自铬、钴、铜、金、铱、铁、镍、铌、钯、铂、铷、钌、硅、银、钛、钇和锆。
45.根据权利要求38的方法，其中在频率为5至40Hz下工作的振动球磨机中完成步骤(a)、(b)和(d)。
46.根据权利要求45的方法，其中所述的振动球磨机在频率为约17Hz下工作。
47.根据权利要求38的方法，其中在速度为100至2000r.p.m.下工作的旋转球磨机中完成步骤(a)、(b)和(d)。
48.根据权利要求47的方法，其中所述的旋转球磨机在约1200r.p.m.的速度下工作。
49.根据权利要求38的方法，其中在隋性气氛下完成步骤(a)和(b)。
50.根据权利要求49的方法，其中所述的隋性气氛含有氩气。
51.根据权利要求38的方法，其中在约5至10小时的时间完成步骤(a)和(b)。
52.一种如权利要求9所限定的粉末形式的隋性电极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
a)使至少一种金属氧化物、氮化物或碳化物经受高能球磨以形成含有颗粒的第一种粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由陶瓷材料的微粒的聚集体形成的；
b)使至少两种金属经受高能球磨以形成含有颗粒的第二种粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，其中每个微粒含有所述金属合金的纳米晶体；
c)混合所述第一种粉末与第二种粉末形成粉末混合物；和
d)使在步骤(c)中得到的粉末混合物经受高能球磨以形成含有颗粒的纳米晶体粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由所述陶瓷材料的微粒与所述合金的微粒的聚集体形成的，其中每个陶瓷材料的微粒含有所述陶瓷材料的纳米晶体并且每个合金的微粒含有所述合金的纳米晶体。
53.根据权利要求52的方法，其中所述的金属氧化物、氮化物或碳化物是选自过渡金属、p-族金属、稀土金属和碱土金属中的一种金属的氧化物、氮化物或碳化物。
54.根据权利要求53的方法，其中所述的金属氧化物、氮化物或碳化物是过渡金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的过渡金属选自Ag、Co、Cu、Cr、Fe、Ir、Mo、Mn、Nb、Ni、Ru、Ta、Ti、V、W、Y、Zn和Zr。
55.根据权利要求53的方法，其中所述的金属氧化物、氮化物或碳化物是p-族金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的p-族金属选自Al、Ge、In、Pb、Sb、Si和Sn。
56.根据权利要求53的方法，其中所述的金属氧化物、氮化物或碳化物是稀土金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的稀土金属选自Ce、La和Th。
57.根据权利要求53的方法，其中所述的金属氧化物、氮化物或碳化物是碱土金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的碱土金属选自Ca、Mg和Sr。
58.根据权利要求52的方法，其中所述的金属选自铬、钴、铜、金、铱、铁、镍、铌、钯、铂、铷、钌、硅、银、钛、钇和锆。
59.根据权利要求52的方法，其中氧化铁和氧化镍在步骤(a)中受到所述的高能球磨，因此所述的第一种粉末包括平均粒度为0.1至100μm并且每个是由NiFe2O4尖晶石的微粒的聚集体形成的颗粒。
60.根据权利要求59的方法，其中铜和银在步骤(b)中经受所述的高能球磨，因此所述的第二种粉末包括平均粒度为0.1至100μm并且每个是由微粒的聚集体形成的颗粒，其中每个微粒含有Cu-Ag合金的纳米晶体。
61.根据权利要求52的方法，其中在频率为5至40Hz下工作的振动球磨机中完成步骤(a)、(b)和(d)。
62.根据权利要求61的方法，其中所述的振动球磨机在频率为约17Hz下工作。
63.根据权利要求52的方法，其中在速度为100至2000r.p.m.下工作的旋转球磨机中完成步骤(a)、(b)和(d)。
64.根据权利要求63的方法，其中所述的旋转球磨机在速度为约1200r.p.m.下工作。
65.根据权利要求52的方法，其中在隋性气氛下完成步骤(a)和(b)。
66.根据权利要求65的方法，其中所述的隋性气氛含有氩气。
67.根据权利要求52的方法，其中在约5至10小时的时间完成步骤(a)和(b)。
68.根据权利要求52的方法，其中在润滑剂的存在下完成步骤(b)。
69.根据权利要求68的方法，其中所述的润滑剂是硬脂酸。
70.一种如权利要求18所限定的粉末形式的隋性电极材料的制备方法，该方法包括：使金属氧化物、氮化物或碳化物经受高能球磨以形成含有颗粒的第一种粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，其中每个微粒含有单相陶瓷材料的纳米晶体。
71.根据权利要求70的方法，其中所述的金属氧化物、氮化物或碳化物是选自过渡金属、p-族金属、稀土金属和碱土金属中的一种金属的氧化物、氮化物或碳化物。
72.根据权利要求71的方法，其中所述的金属氧化物、氮化物或碳化物是过渡金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的过渡金属选自Ag、Co、Cu、Cr、Fe、Ir、Mo、Mn、Nb、Ni、Ru、Ta、Ti、V、W、Y、Zn和Zr。
73.根据权利要求71的方法，其中所述的金属氧化物、氮化物或碳化物是p-族金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的p-族金属选自Al、Ge、In、Pb、Sb、Si和Sn。
74.根据权利要求71的方法，其中所述的金属氧化物、氮化物或碳化物是一种稀土金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的稀土金属选自Ce、La和Th。
75.根据权利要求71的方法，其中所述的金属氧化物、氮化物或碳化物是碱土金属的氧化物、氮化物或碳化物，所述的碱土金属选自Ca、Mg和Sr。
76.根据权利要求70的方法，其中氧化锌经受所述的高能球磨处理。
77.根据权利要求70的方法，其中至少一种掺杂物在球磨前与所述的金属氧化物、氮化物或碳化物混合，所述的至少一种搀杂物含有选自Al、Co、Cr、Cu、Fe、Mo、Nb、Ni、Sb、Si、Sn、Ti、V、W、Y、Zn和Zr中的一种元素。
78.根据权利要求77的方法，其中所述掺杂物的用量为约0.002至约1重量％。
79.根据权利要求78的方法，其中所述掺杂物的用量为约0.005至约0.05重量％。
80.根据权利要求77的方法，其中所述金属氧化物为氧化锌和所述掺杂物为氧化铝。
81.根据权利要求80的方法，其中所述掺杂物的用量为约0.008重量％。
82.根据权利要求70的方法，其中在频率为5至40Hz下工作的振动球磨机中完成所述的高能球磨。
83.根据权利要求82的方法，其中所述的振动球磨机在频率为约17Hz下工作。
84.根据权利要求70的方法，其中在速度为100至2000r.p.m.下工作的旋转球磨机中完成所述的高能球磨。
85.根据权利要求84的方法，其中所述的旋转球磨机在速度为约1200r.p.m.下工作。
86.根据权利要求70的方法，其中在隋性气氛下完成所述的高能球磨。
87.根据权利要求86的方法，其中所述的隋性气氛含有氩气。
88.一种如权利要求31所限定的粉末形式的隋性电极材料的制备方法，该方法包括：使金属经受高能球磨以形成含有颗粒的纳米晶体粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm，并且每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，其中每个微粒含有所述金属的纳米晶体。
89.根据权利要求88的方法，其中所述的金属选自铬、钴、铜、金、铱、铁、镍、铌、钯、铂、铷、钌、硅、银、钛、钇和锆。
90.根据权利要求89的方法，其中所述的金属是铜。
91.根据权利要求88的方法，其中在频率为5至40Hz下工作的振动球磨机中完成所述的高能球磨。
92.根据权利要求91的方法，其中所述的振动球磨机在频率为约17Hz下工作。
93.根据权利要求88的方法，其中在速度为100至2000r.p.m.下工作的旋转球磨机中完成所述的高能球磨。
94.根据权利要求93的方法，其中所述的旋转球磨机在速度为约1200r.p.m.下工作。
95.根据权利要求88的方法，其中在隋性气氛下完成所述的高能球磨。
96.根据权利要求95的方法，其中所述的隋性气氛含有氩气。
97.一种如权利要求34所限定的粉末形式的隋性电极材料的制备方法，该方法包括：使至少两种金属经受高能球磨以形成含有颗粒的纳米晶体粉末，所述颗粒的平均粒度为0.1至100μm的，并且每个颗粒是由微粒的聚集体形成的，其中每个微粒含有所述金属合金的纳米晶体。
98.根据权利要求97的方法，其中所述的金属选自铬、钴、铜、金、铱、铁、镍、铌、钯、铂、铷、钌、硅、银、钛、钇和锆。
99.根据权利要求98的方法，其中使铜和镍经受所述的高能球磨，因此所述的单晶粉末含有平均粒度为0.1至100μm并且每个是由微粒的聚集体形成的颗粒，其中每个微粒含有Cu-Ni合金的纳米晶体。
100.根据权利要求97的方法，其中在频率为5至40Hz下工作的振动球磨机中完成所述的高能球磨。
101.根据权利要求100的方法，其中所述的振动球磨机在频率为约17Hz下工作。
102.根据权利要求97的方法，其中在速度为100至2000r.p.m.下工作的旋转球磨机中完成所述的高能球磨。
103.根据权利要求102的方法，其中所述的旋转球磨机在速度为约1200r.p.m.下工作。
104.根据权利要求97的方法，其中在隋性气氛下完成所述的高能球磨。
105.根据权利要求104的方法，其中所述的隋性气氛含有氩气。
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