熔盐电脱氧制备钛中电解效率影响因素的研究

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1、重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要金属钛为密度小、比强度高、耐热、耐腐蚀等性能优异的结构及功能材料，有着广泛的应用前景，但目前钛的制备方法不能满足其广泛应用的需要，科研工作者一直寻求制取钛的新工艺，其中以熔盐电脱氧(FFC法)为代表的Ti02直接电解制取Ti工艺最具发展前景。但该方法的电解过程涉及固相传质，相转变等过程，从而电解反应速度较慢、电解时间长、电解效率低。本论文工作以FFC工艺为基础，在完善实验方案的基础上，考察实验条件(气氛、电压、温度、熔盐)对Ti02阴极物相组成、微观结构及电解产物的影响；考察样品质量对电流的影响；探讨了CaTi03(电解形成的CaTi03及掺杂的CaTi

2、03)对电解效率的影响。主要研究工作及内容概况如下：研究各种实验条件下，氩气气氛有利于氧负离子的产生，在电压作用下形成双电层，使氧原子离子化，形成Ti02．。离子结构均能提高Ti02阴极的导电能力。在高温条件下，Ti02晶体中由于产生氧空位，从而形成钛的低价氧化物(Yi02．x)，以及阴极熔盐中渗透到Ti02阴极内部的导电离子数，进而影响阴极的导电性，活化电极以提高Ti02阴极的导电能力是重要的控制步骤。同时在同一实验条件下，随着阴极样品质量的增加，电解产物的氧含量相对降低，钛含量相对升高。由于质量少，压制的样品厚度越小，可缩短氧的扩散路径，有利于电解脱氧，从而提高电解效率。电解过程中

3、形成的CaTi03，使得阴极结构致密、比表面积减小，阻碍了阴极中氧离子迁移，减少了电解有效反应面积，从而降低了Ti02的电解效率。掺杂CaTi03的Ti02使得电解产物脱氧变得充分，且缩短了电解时间，电解效率得以提高，且随着掺杂CaTi03增加电解效率逐渐提高。掺杂CaTi03的样品经烧结后形成孔隙较大CaTi03作为电解过程中中间产物CaTi03形成的生长界面，促进02。扩散和迁移；且经掺杂的Ti02直接电解生成晶格畸变型CaTi03，有利于电解阶段Ca2+、02。的脱除；掺杂的CaTi03作为晶核，能在较短的时间内生成颗粒状CaTi03，增大电解有效反应面积，且阴极片结构疏松，有利

4、于Ca2+、o玉的迁移，同时提高了阴极的导电性。因此，掺杂CaTi03有利于电脱氧，缩短了电解时间，从而提高了Ti02的电解效率。关键词：FFC工艺，钛，电解效率，因素重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTTitaniumiSakindoffunctionalmaterialwithsuperiorperformanceinvariousfieldssuchasgassensor,thinfilmcapacitors，photocatalyst，solarcells，andhasawideapplication．Butatpresent，thepreparationmethods

5、oftitaniumcannotmeettheneedsofitswideapplication．SOresearchershavebeenseekingsomenewprocessesofmakingtitanium．Amongallkindsofmethods，atypicalmetallurgicalprocessofTi02deoxidation，namedFFC，isthebestandpromisingtechniqueconsideredbyscientists．Inthisresearch，basedonFFCprocess，titaniumwereobtainedsu

6、ccessfullyandYi02electrolyticefficiencywereimprovebyaseriesofexperimentalscheme．Theinfluencesofdifferemexperimentcondition(atmosphere，voltage，temperature，moltensalt)onthecompositionandmicrostructureofTi02cathodeandcathodicproductselectrolysed，andtheeffectsofdifferentscalesamplesonelectriccurrent

7、wereinvestigated．TheCaTi03(electrolyticformCaTi03anddopingoftheCaTi03)totheinfluenceofelectrolyticefficiencywereexamined．Themaincontentsofthisdisquisitionaresummarizedasfollowing：Invariousstudyingexperimentalconditions，argon