一种二硼化钛可润湿阴极制造技术

本申请涉及一种二硼化钛可润湿阴极包括：二硼化钛冷压烧结块，所述二硼化钛冷压烧结块包括二硼化钛和添加剂，所述添加剂包括石墨、碳纤维、氮化钛；二硼化钛涂层，涂覆于所述二硼化钛冷压烧结块的表面。本申请通过采用碳纤维增强、氮化钛助烧结、等静压成型等措施，大幅提高冷压烧结复合块的强度和致密度，同时降低了所需的烧结温度，使得本申请可采用成本较低的冷压烧结工艺，且结构尺寸将不会受到限制，抗热震性能强，也更容易加工；同时在二硼化钛冷压烧结块表面设置二硼化钛涂层，制得的二硼化钛可润湿阴极表面的性能达到与纯二硼化钛陶瓷相近的水平。瓷相近的水平。瓷相近的水平。

【技术实现步骤摘要】
一种二硼化钛可润湿阴极


[0001]本申请涉及铝电解领域，尤其涉及铝电解阴极。

技术介绍

[0002]可湿润阴极对于惰性阳极铝电解和预焙炭阳极铝电解的发展都非常重要。采用惰性阳极时，铝电解反应方程由Al2O3+C＝Al+CO2转化为Al2O3＝Al+O2，理论分解电压也由1.2V升高至2.2V。即采用惰性阳极时铝电解的理论分解电压比采用炭阳极时理论分解电压高出1V。惰性阳极铝电解如果要保持于炭阳极铝电解同等或更少的能耗，就必须与可润湿阴极配合，采用竖式电极结构的铝电解槽。当前，预焙阳极铝电解已经通过降低外围导体压降(如阳极、钢爪、阴极、阴极钢棒、外围母线等)以及水平电流，实现了能耗的大幅降低。采用可湿润阴极，实现“干式阴极”运行，即取消铝液层，是下一个阶段深度节能的一个重要选择。没有了铝液层的波动以及铝液层的散热损失，极距可以小于3.5cm甚至更低，从而大幅降低槽电压和能耗。
[0003]无论是惰性阳极铝电解还是炭阳极铝电解，在没有铝液层或薄铝液层的条件下，对可润湿阴极的要求均较高。首先是需要良好的润湿性，铝水能够在可润湿阴极表面直接析出，其次是没有了铝液层的保护，需要阴极本身抵抗电解质熔体以及钠钾渗透腐蚀的性能要大大加强。
[0004]目前，二硼化钛(TiB2)较理想的可润湿性阴极材料。纯的二硼化钛具有导电性能好、强度高、耐磨、与铝水润湿好等优点的同时，还具备较强的抗电解质熔体、铝液腐蚀以及钠钾渗透的能力。现有二硼化钛材料制作的可湿润性阴极主要可归纳为3类：二硼化钛陶瓷阴极、二硼化钛复合阴极材料、二硼化钛涂层。这三类可湿润阴极均存在一定的问题：陶瓷阴极制备困难、成本高、抗热震性能差，工业化应用受到严重制约；二硼化钛复合阴极材料碳含量高、气孔率高、寿命短；二硼化钛涂层易剥落、寿命短。这使得二硼化钛仍难以应用于可润湿阴极。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种二硼化钛可润湿阴极，以解决二硼化钛难以应用于可润湿阴极的技术问题。
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种二硼化钛可润湿阴极，所述二硼化钛可润湿阴极包括：
[0007]二硼化钛冷压烧结块，所述二硼化钛冷压烧结块包括二硼化钛和添加剂，所述添加剂包括石墨、碳纤维、氮化钛；
[0008]二硼化钛涂层，涂覆于所述二硼化钛冷压烧结块的表面。
[0009]在本申请的一些实施例中，以重量份数份数计，所述二硼化钛
‑
碳纤维复合冷压烧结块包括16
‑
19份的二硼化钛和1
‑
4份的添加剂。
[0010]在本申请的一些实施例中，以所述添加剂的质量分数计，所述添加剂包括：
[0011]0.1％
‑
2％的碳纤维；
[0012]0.5％
‑
10％的氮化钛；
[0013]0.5
‑
5％的氧化钛；
[0014]余量为石墨。
[0015]在本申请的一些实施例中，所述二硼化钛涂层的厚度为200
‑
1000μm。
[0016]第二方面，本申请实施例提供一种二硼化钛可润湿阴极的制备方法，所述二硼化钛可润湿阴极的制备方法包括如下步骤：
[0017]将二硼化钛粉末与添加剂、水、分散剂、粘结剂混合形成浆料，其中，所述添加剂包括石墨、碳纤维、氮化钛；
[0018]对所述浆料进行喷雾干燥造粒，得到粉体；
[0019]等静压处理所述粉体，得到压块；
[0020]加工调整所述压块的形状尺寸后，在第一温度和惰性气氛下对所述压块进行高温脱脂处理，得到脱脂压块；
[0021]在第二温度和惰性气氛下对所述脱脂压块进行致密化烧结，得到二硼化钛冷压烧结块；
[0022]以二硼化钛微粉为原料，对所述二硼化钛冷压烧结块表面进行等离子喷涂形成二硼化钛涂层，得到所述二硼化钛可润湿阴极。
[0023]在本申请的一些实施例中，所述二硼化钛粉末与添加剂的质量比为16
‑
19：1
‑
4。
[0024]在本申请的一些实施例中，以所述添加剂的质量分数计，所述添加剂包括：
[0025]0.1％
‑
2％的碳纤维；
[0026]0.5％
‑
10％的氮化钛；
[0027]0.5
‑
5％的氧化钛；
[0028]余量为石墨。
[0029]在本申请的一些实施例中，所述第一温度为400
‑
600℃；和/或，
[0030]所述第二温度为1250℃
‑
1400℃；和/或，
[0031]所述高温脱脂处理的时间为4
‑
6h；和/或，
[0032]所述等静压处理，压强为120
‑
200MPa；和/或，
[0033]所述分散剂为酒精、聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇脂中的至少一种；和/或，
[0034]所述粘结剂为聚乙烯醇。
[0035]在本申请的一些实施例中，所述二硼化钛微粉的粒径d
50
为15
‑
25um；和/或，
[0036]所述等离子喷涂为大气常压等离子喷涂或者真空等离子喷涂；和/或，
[0037]所述等离子喷涂，每次喷涂的厚度10
‑
50μm，5
‑
20次完成喷涂；和/或，
[0038]所述所述二硼化钛涂层的厚度为200
‑
1000μm；和/或，
[0039]所述等离子喷涂进行前，先将所述二硼化钛冷压烧结块预热至100
‑
200℃。
[0040]在本申请的一些实施例中，所述等离子喷涂为大气常压等离子喷涂，所述等离子喷涂进行时，以5N高纯氩气作为载粉气体，用5N高纯氢气或5N高纯氦气作为辅气。
[0041]本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0042]本申请实施例提供的二硼化钛可润湿阴极，通过采用碳纤维增强、氮化钛助烧结、等静压成型等措施，大幅提高冷压烧结复合块的强度和致密度，同时降低了所需的烧结温
度，使得本申请可采用成本较低的冷压烧结工艺，且结构尺寸将不会受到限制，抗热震性能强，也更容易加工；同时在二硼化钛冷压烧结块表面设置二硼化钛涂层，制得的二硼化钛可润湿阴极表面的性能达到与纯二硼化钛陶瓷相近的水平。
附图说明
[0043]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0044]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0045]图1为本申请实施例提供的一种二硼化钛可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二硼化钛可润湿阴极，其特征在于，所述二硼化钛可润湿阴极包括：二硼化钛冷压烧结块，所述二硼化钛冷压烧结块包括二硼化钛和添加剂，所述添加剂包括石墨、碳纤维、氮化钛；二硼化钛涂层，涂覆于所述二硼化钛冷压烧结块的表面。2.根据权利要求1所述的二硼化钛可润湿阴极，其特征在于，以重量份数份数计，所述二硼化钛
‑
碳纤维复合冷压烧结块包括16
‑
19份的二硼化钛和1
‑
4份的添加剂。3.根据权利要求2所述的二硼化钛可润湿阴极，其特征在于，以所述添加剂的质量分数计，所述添加剂包括：0.1％
‑
2％的碳纤维；0.5％
‑
10％的氮化钛；0.5
‑
5％的氧化钛；余量为石墨。4.根据权利要求1所述的二硼化钛可润湿阴极，其特征在于，所述二硼化钛涂层的厚度为200
‑
1000μm。5.一种二硼化钛可润湿阴极的制备方法，其特征在于，所述二硼化钛可润湿阴极的制备方法包括如下步骤：将二硼化钛粉末与添加剂、水、分散剂、粘结剂混合形成浆料，其中，所述添加剂包括石墨、碳纤维、氮化钛；对所述浆料进行喷雾干燥造粒，得到粉体；等静压处理所述粉体，得到压块；加工调整所述压块的形状尺寸后，在第一温度和惰性气氛下对所述压块进行高温脱脂处理，得到脱脂压块；在第二温度和惰性气氛下对所述脱脂压块进行致密化烧结，得到二硼化钛冷压烧结块；以二硼化钛微粉为原料，对所述二硼化钛冷压烧结块表面进行等离子喷涂形成二硼化钛涂层，得到所述二硼化钛可润湿阴极。6.根据权利要求5所述的二硼化钛可润湿阴极的制备方法，其特征在于，所述二硼化钛粉末与添加剂的质量比为16
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19：1
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【专利技术属性】
技术研发人员：包生重，李冬生，陈开斌，王怀江，侯光辉，石序，罗丽芬，张芳芳，刘彦辉，
申请(专利权)人：中铝郑州有色金属研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：