氧化物掺杂耦合超快无压烧结技术显著提升镍基金属陶瓷惰性阳极综合性能

本综述系统阐述了超快无压烧结（UPS）技术与氧化物掺杂协同策略在镍基金属陶瓷惰性阳极制备中的突破性应用。通过优化界面扩散动力学与晶格缺陷调控，该方法实现了材料致密度提升7%、硬度增长33%、电导率跃升24倍以及腐蚀速率降低80%，为高性能铝电解惰性阳极的绿色制备提供了新范式。

　　

Highlight

Materials (材料)

采用国药集团化学试剂公司的金属镍粉（Ni, AR）、陶瓷粉、聚乙烯醇（PVA, [C₂H₄O]_n）、氧化铈（CeO₂, 3.5N）、氧化锰（MnO₂, AR）、氧化镧（La₂O₃, AR）以及上海试剂一厂的三氧化二铬（Cr₂O₃, AR）。

Experiments (实验)

如图1所示，将镍粉（≥99%）、陶瓷粉（10NiO-NiFe₂O₄）、PVA粘结剂与不同氧化物掺杂剂（CeO₂/MnO₂/La₂O₃/Cr₂O₃）按比例混合，通过球磨实现均匀分散后压制成型，最后在超快无压烧结（UPS）装置中于1200°C条件下进行40秒的超快速烧结。

Comprehensive performance comparison of different oxide doped cermets (不同氧化物掺杂金属陶瓷的综合性能对比)

研究四种氧化物在掺杂量为2%、UPS烧结条件为1200°C/40秒时对金属陶瓷密度、电导率、硬度等性能的影响。如图5(a)所示，两种稀土掺杂样品的致密度均超过95%，显著高于Cr₂O₃和MnO₂掺杂组，其中CeO₂掺杂量达2%时致密度高达98.47%。电导率测试表明（图5(b)），CeO₂掺杂样品表现出极高的导电性，较未掺杂组提升24倍，这归因于Ce⁴⁺固溶诱导的晶格畸变与金属相界面扩散的协同增强效应。硬度测试（图5(c)）显示CeO₂掺杂组硬度值最高，较基准提升33%。腐蚀性能评估（图5(d)）进一步证实CeO₂掺杂样品的腐蚀速率降低80%，其耐蚀性提升与致密化结构和晶界钝化效应密切相关。

Conclusion (结论)

总之，本文通过UPS技术制备了金属陶瓷惰性阳极材料，阐明了不同氧化物掺杂对材料性能的影响机制，主要结论如下：

1. 1.

   借助UPS独特的电致热冲击效应与CeO₂掺杂的协同作用，成功实现金属陶瓷基体的快速致密化。适量CeO₂（2%）的引入优化了极化行为与金属相分布，显著提升致密度与界面结合强度。

2. 2.

   CeO₂掺杂通过固溶置换产生晶格畸变与空位，加速物质迁移与烧结动力学，同时细化晶粒并形成连续导电网络，使电导率实现数量级跃升。

3. 3.

   稀土氧化物掺杂（如CeO₂/La₂O₃）在晶界处偏聚形成保护性阻挡层，有效抑制电解液渗透与腐蚀反应，大幅增强材料在苛刻电解环境中的耐久性。