鋁電解金屬陶瓷惰性陽極材料（簡體書）

《鋁電解金屬陶瓷惰性陽極材料》簡要介紹鋁電解工藝及相關電極材料近年的發展概況，鋁電解惰性陽極的電化學過程，重點介紹以鐵酸鎳基金屬陶瓷為代表的惰性陽極製備工藝、材質構成與優化、電極性能、電解腐蝕行為以及與惰性陽極相適應的鋁電解槽結構和低溫電解工藝等方面的研究進展，尤其是中南大學研究團隊的最新研究成果。．

周科朝，1963年生，博士，教授，博士研究生導師，中南大學副校長，國家有突出貢獻的中青年專家，教育部跨世紀優秀人才，擔任國家“863”計劃新材料領域專家組成員，中國材料研究學會理事，中國材料研究學會青年委員會副主任，中國有色金屬學會材料加工委員會副理事長。主要從事高溫結構材料、多相非均質粉末冶金材料、粉末冶金近淨成形技術等方向的研究。李志友，1968年生，博士，中南大學研究員。主要從事粉末冶金材料、特種功能陶瓷等方向的研究。張雷，1975年生，博士，中南大學副研究員。主要從事鋁電解惰性陽極材料、粉末冶金功能材料等方向的研究。．

《鋁電解金屬陶瓷惰性陽極材料》主要適合從事鋁電解技術和電極材料研究與開發人員閱讀，也可供高校材料科學與工程專業、冶金專業的師生參考。

第l章 鋁電解電極材料與技術的發展1．1　鋁電解工藝的歷史與現狀1．2 炭素陽極材料1．2．1 連續自焙陽極1．2．2 預焙陽極1．2．3 陽極反應1．3 惰性陽極材料1．3．1　合金體系1．3．2 金屬氧化物體系1．3．3 金屬陶瓷體系1．4 惰性可潤濕陰極材料1．4．1　TiB2燒結陶瓷1．4．2　TiB2／炭素複合陰極材料1．4．3　TiB2塗層陰極材料1．4．4　TiB2／炭膠塗層陰極在現行鋁電解槽上的應用1．5 低溫電解質和鋁電解新工藝參考文獻第2章 金屬陶瓷惰性陽極的電化學與組元選擇2．1 炭素陽極電化學2．1．1 氧化鋁分解電壓的理論計算2．1．2 炭素陽極的電化學過程2．2 惰性陽極電化學2．2．1　惰性陽極鋁電解的陽極反應過程2．2．2 金屬陶瓷惰性陽極的化學腐蝕與電化學腐蝕2．3 金屬陶瓷惰性陽極材料組元的選擇2．3．1 金屬相的選擇2．3．2 基體氧化物的選擇2．3．3 稀土氧化物添加劑的選擇參考文獻第3章 鐵酸鹽基金屬陶瓷惰性陽極材料與製備工藝3．1　鐵酸鹽基金屬陶瓷惰性陽極材料體系3．1．1　鐵酸鹽基金屬陶瓷的陶瓷相3．1．2 鐵酸鹽基金屬陶瓷的金屬相3．2 金屬陶瓷惰性陽極材料的製備技術3．2．1　成形3．2．2 壓坯燒結前的處理3．2．3　燒結3．3　金屬陶瓷顯微結構與製備工藝的關係3．3．1　燒結氣氛對金屬陶瓷組織結構的影響3．3．2 燒結溫度及保溫時間對金屬陶瓷組織結構的影響3．3．3　金屬相種類和含量對金屬陶瓷組織結構的影響參考文獻第4章 鐵酸鎳基金屬陶瓷惰性陽極的力學與導電性能4．1　NiFe2O4基金屬陶瓷的力學性能4．1．1　添加劑對NiFe2O4基金屬陶瓷力學性能的影響4．1．2 金屬相對NiFe2O4基金屬陶瓷力學性能的影響4．2　NiFe2O4基金屬陶瓷的導電性能4．2．1　NiFe2O4陶瓷的導電機制4．2．2 添加劑對NiFe2O4基金屬陶瓷導電性能的影響4．2．3 金屬相對NiFe2O4基金屬陶瓷導電性能的影響參考文獻第5章 鐵酸鎳基金屬陶瓷惰性陽極的電解腐蝕5．1 金屬相的優先溶解與氧化5．1．1 金屬相的優先溶解5．1．2 金屬相的氧化5．2　陶瓷添加劑對NiFe2O4基金屬陶瓷電解腐蝕性能的影響5．2．1　NiFe2O4的添加對金屬相優先腐蝕溶篇的影響5．2．2 添加BaO對NiFe2O4基金屬陶瓷電解腐蝕性能的影響5．2．3 添加CoO對NiFe2O4基金屬陶瓷腐蝕性能的影響5．3 NiFe2O4基金屬陶瓷表面緻密陶瓷層的形成及腐蝕行為5．3．1 NiFe2O4基金屬陶瓷惰性陽極的靜態腐蝕5．3．2 NiFe2O4基金屬陶瓷表面緻密陶瓷層的形成5．3．3 表面NiFe2O4相緻密層的腐蝕溶解機理參考文獻第6章 鋁酸鹽和氧化亞銅基金屬陶瓷惰性陽極材料6．1 鋁酸鹽基金屬陶瓷6．1．1　NiAl2O4基金屬陶瓷6．1．2　FeAl2O4基金屬陶瓷6．2 NiFe2O4基金屬陶瓷6．2．1　Al2O3基金屬陶瓷的製備6．2．2　Al2O3基金屬陶瓷的導電和抗熱震性能6．2．3 Al2O3基金屬陶瓷的電解腐蝕6．3　Cu2O基金屬陶瓷6．3．1　Cu2O基金屬陶瓷的製備6．3．2　Cu2O基金屬陶瓷的力學和導電性能6．3．3　Cu2O基金屬陶瓷的電解腐蝕參考文獻第7章 基於金屬陶瓷惰性陽極的鋁電解槽與電解工藝7．1　金屬陶瓷惰性陽極的新型結構鋁電解槽7．1．1　基於Hall-Hrouh結構的金屬陶瓷惰性陽極鋁電解槽7．1．2 基於豎式結構的金屬陶瓷惰性陽極鋁電解槽7．1．3 金屬陶瓷惰性陽極電解槽的鋁電解工藝7．2 金屬陶瓷惰性陽極與陽極導杆的連接7．3　新型低溫電解質及金屬陶瓷惰性陽極的鋁電解工藝7．3．1 低溫電解質7．3．2 惰性陽極的低溫鋁電解工藝7．4 基於深杯狀金屬陶瓷惰性陽極的鋁電解試驗7．4．1　深杯狀金屬陶瓷惰性陽極4 kA級鋁電解試驗7．4．2　深杯狀金屬陶瓷惰性陽極的20 kA級鋁電解試驗參考文獻結束語．

TiB2或TiB2的復合材料以涂層的形式與炭素基體形成的涂層陰極也是一類具有代表性的惰性可潤濕性陰極材料。具有代表性的TiB2／炭膠陰極涂層，就是以樹脂等為黏結劑，添加其他助劑后與TiB2粉末混合制成糊料，將糊料涂覆于炭素陰極表面，經過固化、炭化形成TiB2涂層陰極。涂層既起到可潤濕性陰極的作用，同時又解決了與炭素基體的結合問題。TiB2／炭膠陰極涂層是在現行鋁電解槽上應用試驗最多的一種TiB2陰極材料。
TiB2涂層陰極與導流槽相結合可實現鋁電解的顯著節能。斜坡式導流惰性可潤濕性陰極鋁電解槽結構示意圖如圖1—4所示。導流槽可以實現在陰極上、陽極陰影下保持一層薄薄的鋁液，減小了磁場的影響，獲得穩定的鋁液界面，使降低ACD、節能、高電流效率的生產成為可能。ComalcoAluminum公司將碳膠TiB，陰極涂層技術應用在導流槽上進行工業試驗，獲得了較好的節能效果，在700天的試驗時間內平均能耗為13.3 kW·h／k9—Al，電流密度為0.99 A／cm2，ACD為20 mm。
TiB2／炭膠陰極涂層的研究較為活躍。研究了在電解條件下TiB2陰極涂層與鋁液的潤濕性，發現涂層中TiB2的含量為20％（質量分數）時，90％的涂層表面能被鋁液潤濕；TiB2的含量為35％～60％時，涂層具有良好的鋁液潤濕性，通電電解可加速鋁液潤濕。Liao等人研究了TiB2涂層陰極的抗鈉膨脹性，發現TiB2涂層與鋁液具有良好潤濕性的同時，可使鈉膨脹率降低20％—70％。李冰和邱竹賢研究了鋁液潤濕性、熱膨脹性、導電性及涂層在鋁液中的溶解性，發現涂層與鋁液的潤濕性好、導電性好，不易被鋁液溶解，TiB2陰極涂層的熱膨脹系數為4.8×10—6／℃。
TiB2／炭膠陰極涂層也存在一些問題。涂層炭化過程中，碳質添加劑和黏結劑碳化生成的炭，電解過程中會與熔融金屬鋁發生反應生成Al4C3，從而失去對TiB2顆粒的固定作用，使得涂層中的TiB2顆粒流人到鋁液，使涂層逐步減薄，最后消失。涂層開裂、起泡、脫落也是TiB2／炭膠陰極涂層需要進一步完善解決的問題。
不含碳的TiB2陰極涂層試圖用于解決TiB2／炭膠陰極涂層的問題。無機物氧化鋁溶膠作為黏結相，可將TiB2粉末黏結在炭素基體上形成非碳TiB2涂層陰極。