一种NiFe2O4导电材料及其制备方法与流程

本发明属于基于惰性阳极材料的铝电解技术领域，具体涉及一种新型nife2o4材料及其制备方法。

背景技术：

现行铝电解工艺，采用碳素材料作为阳极，消耗了大量的优质碳材，另外，电解过程中产生的co、co2和碳氟化合物等，会造成严重的环境污染，巨大的能源消耗和环境负荷已制约了铝工业的可持续发展。基于惰性阳极材料的铝电解技术可避免温室气体、cfn以及沥青烟气的排放，因而成为了铝业界和学术界的关注焦点和研究热点。在众多类型的惰性阳极中，nife2o4陶瓷基惰性阳极具有耐高温、强度高、热稳定性好和耐冰晶石熔体侵蚀等优点，但作为陶瓷材料，也具有导电性差的缺点。目前的解决办法就是向nife2o4材料中添加一定的金属或合金粉，如cu、ni、ag等，可提升其导电性，但由于金属与nife2o4基体的润湿性很差，所以烧结过程中很难保证成分的均匀性。

技术实现要素：

针对现有制备技术的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种新型nife2o4材料及其制备方法，以提升基体材料的导电性而又不影响其成分的均匀性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种nife2o4导电材料，包括nife2o4基体和掺杂在nife2o4基体中的纳米tin。

进一步的，还包括掺杂在nife2o4基体中的其他掺杂物，所述的其他掺杂物为纳米tio、纳米tic、纳米vc中的至少一种。

进一步的，所述的纳米tin占nio和fe2o3总质量的1％～10％；所述的其他掺杂物占nio和fe2o3总质量的的0％～3％。

一种nife2o4导电材料的制备方法，包括，将nio粉末、fe2o3粉末、纳米tin粉末、权利要求1中所述的其他添加物混合，在混合物料中加入分散剂并混合均匀；陈化，烘干，研磨成粉；加入粘结剂混匀，将混合物料压制成型；在氩气或氮气的保护气氛下对成型物料进行烧结，得到nife2o4导电材料。

进一步的，所述的nio和fe2o3的质量比为0.66～0.73：1；所述的纳米tin占nio和fe2o3总质量的1％～10％；所述的其他添加物占nio和fe2o3总质量的0％～3％。

进一步的，所述的分散剂为无水乙醇；无水乙醇的体积与混合物料的质量比为2～10：1。

进一步的，所述的粘结剂的加入量为物料总质量的0.5％～2％。

进一步的，烧结温度为1000～1300℃，时间为3～10h。

进一步的，所述的陈化时间为1～10h，所述的烘干温度为105℃～120℃。

进一步的，所述的成型压力为100～200mpa。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明使用tin作为掺杂物，tin熔点高和导电性好，与nife2o4基体材料润湿性好，基体中添加一定量的tin可显著提高其导电性，相对于不掺杂nife2o4材料，本申请的导电性提高80％以上；相对于金属掺杂的nife2o4材料，本申请的润湿性得到了改善，颗粒之间的团聚较少；纳米尺寸的tin，更是可以有效改善材料的微观结构，提高材料的综合力学性能。

(2)本发明在混料过程以无水乙醇为分散剂，混合后经陈化处理后再进行干燥，避免了常规湿混带来的粉末易结块，混料不均匀的缺点。

附图说明

图1为对比例1获得的nife2o4材料的sem图。

图2为对比例2获得的nife2o4材料的sem图。

图3为实施例1获得的nife2o4材料的sem图。

图4为实施例2获得的nife2o4材料的sem图。

图5为实施例3获得的nife2o4材料的sem图。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本发明给出一种新型nife2o4导电材料，该材料包括nife2o4基体和掺杂在nife2o4基体中的纳米tin。进一步的，nife2o4基体还掺杂有其他掺杂物，其他掺杂物为纳米tio、纳米tic、纳米vc中的至少一种。纳米tin和其他添加物弥散分布在nife2o4基体中。

本发明中的nife2o4是由nio和fe2o3反应生成的，因此，纳米tin和、他掺杂物的质量与nife2o4的质量关系限定为：纳米tin占nio和fe2o3总质量的1％～10％；其他添加物占nio和fe2o3总质量的0％～3％。nife2o4中的nio和fe2o3的质量比为0.66～0.73：1。

本发明还给出上述nife2o4导电材料的制备方法，包括，将nio粉末、fe2o3粉末、纳米tin粉末、上述的其他添加物混合，在混合物料中加入分散剂并混合均匀；陈化1～10h，在105℃～120℃烘干，研磨成粉；加入粘结剂混匀，将混合物料在100～200mpa下压制成型；在氩气或氮气的保护气氛下对成型物料进行烧结，烧结温度为1000～1300℃，时间为3～10h，得到nife2o4导电材料。

nio和fe2o3的质量比为0.66～0.73：1；所述的纳米tin占nio和fe2o3总质量的1％～10％；所述的其他添加物占nio和fe2o3总质量的0％～3％。

具体的，分散剂为无水乙醇；无水乙醇与混合物料的液固比，即无水乙醇的体积(ml)与混合物料的质量(g)比，为2～10：1。

具体的，本发明的粘结剂优选糊精。

具体的，粘结剂的加入量为物料总质量的0.5％～2％，物料总质量为nio、fe2o3、tin和其他添加物的总质量。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例中，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

对比例1：无掺杂

将nio和fe2o3按质量比2：3混合。以去离子水为分散剂，于球磨机内混料10h。混和后陈化3h，在110℃下烘干，然后研磨成粉末，并加入物料总质量1％的糊精混匀。之后，对混合物料进行压制成型，成型压力为180mpa。成型后，在氩气气氛下烧结，温度为1150℃，时间为5h，烧结后得到无掺杂的nife2o4材料。在950℃条件下对其进行导电性测定，其导电率为：0.53ω^-1cm^-1。如图1为本对比例的nife2o4材料的sem图。通过图1可以发现烧结样品的颗粒间相互孤立现象严重，结合不紧密，烧结材料中存在大量连通气孔，试样的结构比较疏松，其气孔率为32.16％，抗弯强度为13.9mpa。

对比例2：金属掺杂

将nio、fe2o3和金属银粉原料按比例混合，其中nio和fe2o3质量比为2∶3，金属银粉的用量为nio和fe2o3总质量的10％。以无水乙醇为分散剂，于球磨机内混料10h。混和后陈化5h，在110℃下真空烘干，然后研磨成粉末，并加入物料总质量1％的糊精混匀。成型后，在氩气气氛下烧结，温度为1150℃，时间为5h，烧结后得到金属银掺杂的nife2o4材料。在950℃条件下对其进行导电性测定，结果表明其导电率为：4.37ω^-1cm^-1。图2为本对比例得到的nife2o4材料的sem图。从图2可以看出，金属ag与nife2o4基体润湿性差，金属ag不能很好地铺展到陶瓷相颗粒表面，而是以孤岛状弥散分布于陶瓷相基体中，所制样品的体积密度为4.43g·cm³，气孔率和抗弯强度分别为30.41％，40.5mpa。

实施例1：掺杂tin

将nio、fe2o3和纳米tin原料按比例混合，其中nio和fe2o3质量比为21∶29，纳米tin的用量为nio和fe2o3总质量的3％。以无水乙醇为分散剂，于球磨机内混料10h。混和后陈化5h，在110℃下真空烘干，然后研磨成粉末，并加入物料总质量1％的糊精混匀。之后，对混合物料进行压制成型，成型压力为200mpa。成型后，在氩气气氛下烧结，温度为1200℃，时间为4h，烧结后得到纳米tin掺杂的nife2o4材料。在950℃条件下对其进行导电性测定，结果表明其导电率为：4.02ω^-1cm^-1。如图3为本实施例到的nife2o4材料的sem图。从图3可以看出，nano-tin能够细化晶粒尺寸，基体致密性增强。样品的体积密度为3.94g·cm³，气孔率为4.5％，抗弯强度为65mpa。

实施例2：掺杂tin和tic

将nio、fe2o3、纳米tin、纳米tic粉末原料按比例混合，其中nio和fe2o3质量比为2∶3，纳米tin的用量为nio和fe2o3总质量的2.5％，tic用量为nio和fe2o3总质量的1.5％。以无水乙醇为分散剂，于球磨机内混料10h。混和后陈化3h，在110℃下真空烘干，然后研磨成粉末，并加入物料总质量1％的糊精混匀。之后，对混合物料进行压制成型，成型压力为180mpa。成型后，在氩气气氛下烧结，温度为1150℃，时间为5h，烧结后得到纳米tin掺杂的nife2o4材料。在950℃条件下对其进行导电性测定，结果表明其导电率为3.56ω^-1cm^-1。如图4为本实施例到的nife2o4材料的sem图。该样品的体积密度为4.02g·cm³，气孔率为4.7％，抗弯强度为69mpa。

实施例3：掺杂tin和vc

将nio、fe2o3、纳米tin、纳米vc粉末原料按比例混合，其中nio和fe2o3质量比为21：29，纳米tin的用量为nio和fe2o3总质量的3.5％，vc用量为nio和fe2o3总质量的1％。以无水乙醇为分散剂，于球磨机内混料10h。混和后陈化5h，在110℃下真空烘干，然后研磨成粉末，并加入物料总质量1％的糊精混匀。之后，对混合物料进行压制成型，成型压力为160mpa。成型后，在氩气气氛下烧结，温度为1250℃，时间为4h，烧结后得到纳米tin掺杂的nife2o4材料。在950℃条件下对其进行导电性测定，结果表明其导电率为：6.39ω^-1cm^-1。图4为本实施例到的nife2o4材料的sem图。经测试，样品的体积密度为4.15g·cm³，气孔率为3.9％，抗弯强度为78mpa。

从上述实施例的形貌图和性能测试结果发现，添加纳米tin等添加剂能够细化基体晶粒尺寸，改善结构，提高nife2o4材料的力学性能和导电率，同时回避了金属对基体润湿性差的问题。