● 摘要
金属钛具有高强度、重量轻、良好的可塑性和耐腐蚀性等优点，被广泛应用在军事、科技以及国民经济建设的各个领域。一个国家使用钛的多少，标志着国家的军事实力、科技水平、经济实力的强弱。目前普遍采用的制备钛的方法是Kroll法，但是这种传统工艺有流程长、工序复杂等因素，使得钛的生产成本居高不下，钛的应用也因此受到了极大的限制。2000年以来，国际上掀起了TiO2电化学还原制备海绵钛的研究热潮，目前研究比较多的制取钛的新工艺如FFC法，EMR法，OS法和SOM法等虽然在实验室获得成功，但由于其反应速度慢，电流效率低等原因，还远远没有实现工业化。 本课题研究了以CaF2作为电解质，在高温（1700~1850°C）下电解脱氧制备金属钛的方法。该方法具有明显的高反应速率和高电流效率的优点，为未来生产钛的工业化应用开辟了更新、更可行的道路。本方法研究思路如下：首先，根据热力学条件，计算了电解质，钛的氧化物在高温时的分解电压；然后，在高温条件下对钛的氧化物进行电解实验，并记录实验过程参数，将实验的结果进行分析发现得到了金属钛；最后，利用电化学的方法进一步分析实验的反应过程和机理，发现电解过程是分多步进行的，并在此基础上尝试提出电解脱氧过程中的“过渡相”机理。该机理比较合理的解释了实验过程中的高反应速率和高电流效率。 此外，本课题研究发现，利用高温电解的方法，可以通过电解按照一定原子比例混合的金属或非金属氧化物来制取合金。本课题以Ti-45Al-9Nb，Nb-18Si和Nb-10Si为目标合金，通过直接电解其混合氧化物制备合金。