一种具有等电位面的陶瓷合金惰性阳极及其制备方法技术

一种具有等电位面的陶瓷合金惰性阳极及其制备方法，涉及一种有色金属的熔盐电解法提取用惰性阳极，特别涉及铝电解用惰性阳极及其制备方法。其特征在于该阳极为“夹心式”结构，由耐蚀外壳和导电连接芯体构成；其耐蚀外壳的厚度一致，导电连接芯体与外壳内表面的紧密接触，使外壳表面形成等电位面，促使通过阳极的电流分布均匀。本发明专利技术的一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极，有效实现了耐腐蚀外层的厚度的均匀控制，解决了耐蚀外壳与连接芯体的紧密结合，制备工艺简单，能实现工业化应用。

【技术实现步骤摘要】

，涉及一种有色金属的熔盐 电解法提取用惰性阳极，特别涉及铝电解用惰性阳极及其制备方法。
技术介绍
现行的熔盐电解制备金属铝的工艺中大多采用碳素阳极材料，不仅消耗大量优质 的碳素材料，产生大量的C0 2温室气体和有致癌物质浙青烟气、酸性气体二氧化硫以及强 温室气体CFn，造成严重的环境污染，而且碳阳极的导电性能差，电能效率低，电能消耗特别 大，是现行铝电解工艺高能耗、高成本等问题的主要原因，而惰性阳极因能解决上述问题而 有望实现熔盐电解技术的革命。 有三类材料被研究用作熔盐电解惰性阳极：氧化物陶瓷、合金和金属陶瓷。氧化物 陶瓷虽具有优异的耐电解质溶解腐蚀和新生态氧渗蚀性能，但其导电性低、脆性高、抗热震 性差、难以与金属导杆连接；合金阳极强度高、韧性好、适用于大型化异性装备、与金属导杆 连接容易、导电性能好，发展合金阳极的主要难题是如何降低其腐蚀速率、氧化膜层厚度的 控制以及其与基体的结合度；理想中的金属陶瓷可以兼备金属氧化物陶瓷的强抗腐蚀性和 金属的良好的导电性和力学性能，可克服金属氧化物阳极的抗热震性差及其与导杆连接困 难等问题，同时比金属或合金阳极具有更好的耐腐蚀性和抗氧化性，但是由于目前所用的 金属氧化物陶瓷与金属之间还未能实现理想的取长补短，使得制备出的金属陶瓷材料难于 充分同时拥有金属相和陶瓷相的优点，甚至还引入了各自的缺点，特别是由于与金属导体 连接问题，工程放大困难，目前还无法工业化应用。 专利CN 101255577B描述了一种熔盐电解用金属陶瓷惰性阳极及其制备方法，通 过调整气氛中的氧含量，对材料进行选择性氧化，以形成具有耐腐蚀外层和高强、高韧、高 导电内层的功能梯度结构，该方法需要调节气氛中不同的氧含量，难以控制，且其选择性氧 化后耐腐蚀外层的厚度难以调控。 专利CN 1548586A描述了一种铝电解用梯度功能金属陶瓷材料，该方法制备工艺 复杂，难以实现产业化。
技术实现思路
本专利技术目的针对上述已有技术存在的不足，提供一种有效解决耐腐蚀外层的厚度 难以调控，金属导体连接好，制备工艺简单，能实现工业化应用，耐腐蚀性能好的具有等电 位面的陶瓷合金惰性阳极及其制备方法。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。 -种等电位面的陶瓷合金惰性阳极，其特征在于该阳极为夹心式结构，由耐蚀 外壳和导电连接芯体构成；其耐蚀外壳的厚度一致，导电连接芯体与外壳内表面的紧密接 触，使外壳表面形成等电位面，促使通过阳极的电流分布均匀。 本专利技术的一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极，其特征在于所述的耐蚀外壳的横 截面可为方形、圆形、椭圆形中的任意一种，外壳侧部和底部为弧形或方形，外壳壁厚为 0. 5~3cm ;导电连接芯体横截面为方形、圆形、椭圆形中的任意一种，连接体侧部和底部为弧 形或方形，连接体与外壳紧密结合，连接体包裹于外壳之中，或部分裸露。 本专利技术的一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极，其特征在于所述的耐蚀外壳由陶 瓷-合金组成，其中陶瓷相的质量分数为10% - 80%，组成可为NiFe204、CoFe204、CoCr 204、 SnCo204、ZnAl204、NiAl 204、ZnFe204、FeAl20 4、ZrSn04、LaCr03、LaNi03、NiO、FeO、Fe 203、ZnO、 CuO、Cu20、Sn02、Sb203、Bi 203、Ce02、Cr203、Li 20、Ag20、Ti02、Y203 中的一种或多种组合；金属相 的质量百分数含量为 20% - 90%，组成可为 Ni、Al、Cu、Fe、Co、Si、Ti、Sn、Y、Μη、Cr、Mo、Zn、 Nb、La、Ce中的一种或多种金属组合。 toon] 本专利技术的一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极，其特征在于所述的导电连接芯体 由陶瓷-金属或合金组成，其中连接体的陶瓷相质量分数含量为0 - 40%，组成为NiFe204、 CoFe204、CoCr204、SnCo 204、NiAl204、ZnFe20 4、FeAl204、ZrSn04、LaCr03、LaNi0 3、NiO、FeO、Fe203、 ZnO、CuO、Cu20、Sn02、Sb203、Bi 203、Ce02、Cr203、Li 20、Ag20、Ti02、Y203 中的一种或多种组合； 金属相的质量分数为 60-100%，组成可为 Ni、Al、Cu、Fe、Co、Ti、Sn、Y、Mn、Cr、Mo、Zn、Nb、 La、Ce中的一种或多种组合。 本专利技术的一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极的制备方法，其特征在于其制备过程 的步骤包括： (1) 耐蚀外壳制备 先通过冷等静压、注射成型、热压铸成型、注浆成型、干压成型中的一种或多种成型工 艺得到外壳的生坯，再在惰性或弱氧化气氛中于1200°c - 1500°C下经过1 一20 h烧结后得 到耐熔盐腐蚀外壳的成品； (2) 耐蚀外壳和导电连接芯体结合 在惰性气氛保护中将耐蚀外壳预热至500°C - 1000°C，将连接体按配比熔化后浇铸到 耐蚀外壳中，导电连接芯体部分裸露在耐蚀外壳之外，炉冷至室温，得到夹心式惰性阳 极。 本专利技术的一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极的制备方法，其特征在于其制备过程 的步骤包括： (1) 耐蚀外壳制备 先通过冷等静压、注射成型、热压铸成型、注浆成型、干压成型中的一种或多种成型工 艺得到耐熔盐腐蚀外壳的生坯，再在惰性或弱氧化气氛中于1200°C - 1500°C经过1 一20 h 烧结后得到耐蚀外壳的坯体； (2) 耐蚀外壳制备和导电连接芯体结合 通过真空感应熔炼制备所需连接体的合金锭，加工为合适的尺寸，表面进行清理后放 入外壳中，保持真空度1. 〇 X ΚΓ3 - 1. 〇 X l(T2Pa，升温至导电连接芯体熔点以上10°C-50°C 的温度下保温进行扩散连接lh - 15h，得到夹心状惰性阳极，其中导电连接芯体部分裸 露。 本专利技术的一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极的制备方法，其特征在于其制备过程 的步骤包括： (1)耐蚀外壳制备 先通过冷等静压、注射成型、热压铸成型、注浆成型、干压成型中的一种或多种成型工 艺得到耐熔盐腐蚀外壳的生坯，再在惰性气氛中于500°C - 1000°C经过2 -10 h预烧； (2)耐蚀外壳制备和导电连接芯体结合 通过真空感应熔炼制备所需导电连接芯体组分的合金锭，经加工后放入耐蚀外壳中， 在惰性或弱氧化气氛中先升温至导电连接芯体熔点保温lh-5h，再以1°C /min - 10°C /min 的升温速率升温至1200°C - 1500°C烧结1 一20 h烧结，得到夹心状惰性阳极，其中导电 连接芯体部分裸露。 本专利技术的一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极的制备方法，其特征在于其制备过程 的步骤包括： (1) 耐蚀外壳制备 先通过冷等静压、注射成型、热压铸成型、注浆成型、干压成型中的一种或多种成型工 艺得到耐熔盐腐蚀外壳的生坯； (2) 耐蚀外壳制备和导电连接芯体结合 通过真空感应熔炼制备所需导电连接芯体的合金锭，加工为合适的尺寸，表面进行清 理后放入耐蚀外壳中，在惰性或弱氧化气氛中先升温至连接体熔点保温lh - 5h，再以1°C / m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极，其特征在于该阳极为“夹心式”结构，由耐蚀外壳和导电连接芯体构成；其耐蚀外壳的厚度一致，导电连接芯体与外壳内表面的紧密接触，使外壳表面形成等电位面，促使通过阳极的电流分布均匀。

【技术特征摘要】
1. 一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极，其特征在于该阳极为夹心式结构，由耐蚀外 壳和导电连接芯体构成；其耐蚀外壳的厚度一致，导电连接芯体与外壳内表面的紧密接触， 使外壳表面形成等电位面，促使通过阳极的电流分布均匀。2. 根据权利要求1所述的一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极，其特征在于所述的耐蚀 外壳的横截面可为方形、圆形、椭圆形中的任意一种，外壳侧部和底部为弧形或方形，夕卜壳 壁厚为0.5~3cm;导电连接芯体横截面为方形、圆形、椭圆形中的任意一种，连接体侧部和 底部为弧形或方形，连接体与外壳紧密结合，连接体包裹于外壳之中，或上部部分裸露。3. 根据权利要求1所述的一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极，其特征在于所述的耐蚀 外壳由陶瓷-合金组成，其中陶瓷相的质量分数为10% - 80%，组成可为NiFe204、CoFe204、 CoCr204、SnCo204、ZnAl 204、NiAl204、ZnFe20 4、FeAl204、ZrSn04、LaCr03、LaNi0 3、NiO、FeO、Fe203、 ZnO、CuO、Cu20、Sn02、Sb203、Bi 203、Ce02、Cr203、Li 20、Ag20、Ti02、Y203 中的一种或多种组合；金 属相的质量百分数含量为20% - 90%，组成可为Ni、Al、Cu、Fe、Co、Si、Ti、Sn、Y、Μη、Cr、Mo、 Zn、Nb、La、Ce中的一种或多种金属组合。4. 根据权利要求1所述的一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极，其特征在于所述的导电 连接芯体由陶瓷-金属或合金组成，其中导电连接芯体的陶瓷相质量分数含量为〇 - 40%， 组成为 NiFe204、CoFe204、CoCr 204、SnCo204、NiAl20 4、ZnFe204、FeAl204、ZrSn0 4、LaCr03、LaNi03、 NiO、FeO、Fe203、ZnO、CuO、Cu20、Sn0 2、Sb203、Bi203、Ce0 2、Cr203、Li20、Ag20、Ti0 2、Y203 中的一 种或多种组合；金属相的质量分数为60-100%，组成可为Ni、Al、Cu、Fe、Co、Ti、Sn、Y、Mn、 Cr、Mo、Zn、Nb、La、Ce中的一种或多种组合。5. 根据权利要求1所述的一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极的制备方法，其特征在于 其制备过程的步骤包括： (1) 耐蚀外壳制备： 先通过冷等静压、注射成型、热压铸成型、注浆成型、干压成型中的一种或多种成型工 艺得到外壳的生坯，再在惰性或弱氧化气氛中于1200°C - 1500°C下经过1 一20 h烧结后得 到耐熔盐腐蚀外壳的成品； (2) 耐蚀外壳和导电连接芯体结合： 在惰性气氛保护中将耐蚀外壳预热至500°C - 1000°C，将连接体按配比熔化后浇铸到 耐蚀外壳中，导电连接芯体部分裸露在耐蚀外壳之外，炉冷至室温，得到夹心式惰性阳 极。6. 根据权利要求1所述的一种等电位面的陶瓷合金惰性阳极的制备方法，其特征在于 其制备过程的步骤包括： (1) 耐蚀外壳制备： 先通过冷等静压、注射成型、热压铸成型、注浆成型、干压成型中的一种或多种成型工 艺得到耐熔盐腐蚀外壳的生坯，再在惰性或弱氧化气氛中于1200°C - 1500°C经过1 一20 h 烧结后得到耐蚀外壳的坯体； (2) 耐蚀外壳制备和导电连接芯体结合： 通过真空感应熔炼制备所需连接体的合金锭，加...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建红，张刚，温合静，杨文杰，赵瑞龙，李冬生，郭洁，刘英，
申请(专利权)人：中国铝业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11