纤维增强NiFe2O4基阳极材料的制备及性能研究

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目前,NiFe2O4尖晶石作为阳极材料使用中主要存在两个问题:一是其抗热震性能较差,使阳极腐蚀速率增加,影响阳极的使用寿命;二是NiFe2O4尖晶石具有较低的强度和韧性,使得阳极试样在搬运和与导电杆的连接过程中容易碎裂。针对这些问题,本文研究了用SiC晶须、SiC纤维增强的NiFe2O4基复合材料惰性阳极的制备。 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晶须、SiC纤维制备复合材料惰性阳极。合成NiFe2O4尖晶石基料的烧结温度为900℃,烧结时间为6小时。 本文首次研究了添加SiC晶须制备SiCw/NiFe2O4陶瓷复合材料。热力学计算和物相分析结果表明,在低于1200℃时NiFe2O4与SiCw是相容的。由试验确定,制备SiCw/NiFe2O4复合材料合适的烧结工艺为1180℃、恒温6小时。材料力学性能的检测结果表明,含3%SiC晶须时复合材料的抗折强度比NiFe2O4材料提高200%,说明SiC晶须的添加起到了良好的补强效果。加入SiC晶须后抗热震性有所下降,SiC晶须含量为3%时试样的抗折强度保持率下降了14%。抗热震性的降低与SiCw/NiFe2O4复合材料的界面结合状态密切相关,热力学计算和XRD分析表明,在SiCw/NiFe2O4界面结合处生成了硅酸盐化合物2FeO·SiO2。2FeO·SiO2的热膨胀系数随温度的变化而变化,在温度的骤变过程中使得复合材料的界面首先开裂,导致抗热震性降低。 试验结果表明,NiFe2O4基体中加入SiC晶须后,显著提高了试样抗冲击性能,含2%SiC晶须试样的冲击韧性比尖晶石提高了近70%,添加SiC晶须后即为引入了附加的能量吸收方式。SiC晶须的增韧属于多种增韧机理的协同作用,由于复合材料形成了较强的界面结合,晶须拔出对增韧效果的贡献较少而微裂纹增韧和裂纹的偏转对增韧效果的贡献较大。当SiC晶须含量为3%时复合材料的密度最大,结构最均匀,综合性能最好。
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