一種鋁電解用TiB2-C復(fù)合陰極的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種鋁電解用TiB2-C復(fù)合陰極，包括全石墨碳?jí)K或鋁電解用石墨化陰極碳?jí)K，所述碳?jí)K的導(dǎo)電面設(shè)有孔，所述孔內(nèi)設(shè)有TiB2-C復(fù)合陰極材料。由于以貫穿于基體內(nèi)部的多個(gè)TiB2-C復(fù)合材料與鋁液有良好的潤(rùn)濕性能，電解過程中，可潤(rùn)濕性TiB2-C復(fù)合材料導(dǎo)電極點(diǎn)處先形成鋁液膜，繼而多個(gè)點(diǎn)形成鋁液膜連續(xù)面，布滿整個(gè)陰極導(dǎo)電面，使得整個(gè)陰極表面形成一層均勻且牢固的鋁液膜，徹底解決了鋁液與陰極材料的潤(rùn)濕性問題，確保了惰性可潤(rùn)濕性陰極在各類新型鋁電解槽中都能獲得穩(wěn)定的陰極反應(yīng)界面，實(shí)現(xiàn)了鋁液與陰極的真正潤(rùn)濕，為實(shí)現(xiàn)鋁電解低極距生產(chǎn)提供了條件，同時(shí)克服了TiB2復(fù)合涂層陰極技術(shù)壽命短、易脫落的問題。
【專利說明】—種鋁電解用T i B2-C復(fù)合陰極

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及鋁電解用陰極材料，具體涉及新型結(jié)構(gòu)鋁電解用TiB2-C復(fù)合陰極及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)行鋁電解技術(shù)一直采用碳素材料作為鋁電解槽的陰極材料，由于金屬鋁液與炭陰極材料表面的潤(rùn)濕性極差，現(xiàn)行電解槽中必須保持一定厚度的鋁液以避免因碳素陰極表面暴露于電解質(zhì)之中而引起的電極反應(yīng)不穩(wěn)定。現(xiàn)行鋁電解槽中的鋁液厚度通常為20cm左右，如此厚的鋁液在電磁力的作用下會(huì)發(fā)生波動(dòng)，使鋁液與電解質(zhì)界面都發(fā)生變形。鋁液波動(dòng)和界面形變都會(huì)影響電流效率。為了平穩(wěn)生產(chǎn)并獲得較高的電流效率，現(xiàn)行電解槽不得不在較高的極距下進(jìn)行生產(chǎn)(通常在4cm以上)。高極距導(dǎo)致高的槽電壓，進(jìn)而導(dǎo)致高能耗(電能效率低)。為此，人們致力于能被鋁液完全濕潤(rùn)的陰極材料的研究和開發(fā)，力求與鋁液潤(rùn)濕的陰極表面只需要保存較薄的鋁液就能形成平穩(wěn)的陰極電極反應(yīng)的界面，不再產(chǎn)生由磁場(chǎng)引起的鋁液波動(dòng)和界面形變問題，從而可以大幅度降低極距，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。
[0003]TiB2由于能與鋁液完全潤(rùn)濕，且具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，已成為制造鋁電解用可潤(rùn)濕惰性陰極的首選材料。眾多的學(xué)者和企業(yè)對(duì)多種TiB2材料進(jìn)行了廣泛研究和試驗(yàn)性應(yīng)用，其中包括TiB2陶瓷、TiB2復(fù)合陶瓷、TiB2/碳素復(fù)合材料和TiB2陰極涂層等。但是，上述這些陰極材料在生產(chǎn)制造及應(yīng)用過程中都或多或少的存在著以下不足:如與鋁液潤(rùn)濕性不良、抗冰晶石熔鹽和鋁液腐蝕性差、與基體結(jié)合不夠緊密、抗熱震性差或熱膨脹系數(shù)不均等，特別是TiB2陰極涂層技術(shù)，是目前應(yīng)用和研究最多可潤(rùn)濕性陰極材料技術(shù)，但在生產(chǎn)和應(yīng)用過程中涂層與基體材料的粘結(jié)性能一直未達(dá)到理想狀態(tài)，因此制約了該項(xiàng)技術(shù)的廣泛推廣應(yīng)用。
[0004]目前，常用鋁電解用陰極硼化鈦陰極涂層技術(shù)是將粉狀TiB2等與熱固型樹脂等混合制備成聞?wù)惩詈?，涂刷于招電解槽炭素陰極上面或石墨基體表面。申請(qǐng)?zhí)?00510046638.X專利所述的一種帶TiB2/C復(fù)合材料層的鋁電解陰極碳?jí)K的制造方法，其中所述的基體表面的處理，只是對(duì)表面進(jìn)行深度粗糙化，仍然屬于表面刷涂涂層技術(shù)的一種。其焙燒方法也是利用傳統(tǒng)的鋁電解槽焙燒啟動(dòng)模式對(duì)涂層材料進(jìn)行焙燒，無法達(dá)到很好的TiB2/C復(fù)合材料碳化燒結(jié)效果。并且其所述技術(shù)只是應(yīng)用用傳統(tǒng)的上下結(jié)構(gòu)式單一導(dǎo)電面的鋁電解槽，無法在新型高效綠色鋁電解槽上應(yīng)用。總之，采用刷涂法進(jìn)行涂層式TiB2/C復(fù)合材料技術(shù)施工存在一定的不足，如:(I)生產(chǎn)率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大；(2)涂層厚度均一性不宜控制，表面粗糙，不平整；(3)涂層與基體的粘結(jié)強(qiáng)度低，易于脫落；(4)涂層厚度不均，厚度過薄使得陰極壽命縮短，涂層過厚，又導(dǎo)致燒結(jié)后開裂，而且使得在電解槽通電焙燒、啟動(dòng)時(shí)受熱沖擊影響大，熱應(yīng)力不均，最終導(dǎo)致涂層早期的脫落。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種鋁電解用TiB2-C復(fù)合陰極，通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)，改變了材料結(jié)構(gòu)形式和組成配方，提高TiB2-C復(fù)合材料與基體的結(jié)合強(qiáng)度、又大大提高了陰極材料與鋁液的潤(rùn)濕性，同時(shí)又增加了陰極材料的導(dǎo)電性，有效延長(zhǎng)了鋁電解用陰極材料的使用壽命和應(yīng)用效果。不僅可以在傳統(tǒng)上下結(jié)構(gòu)電解槽上應(yīng)用，而且可以滿足新型高效綠色鋁電解槽陰極的需要。
[0006]本實(shí)用新型提供的TiB2-C復(fù)合陰極結(jié)構(gòu)，改變了原有在石墨或碳素陰極材料表面涂覆復(fù)合涂層的結(jié)構(gòu)形式，從而避免了涂層材料在電解使用時(shí)脫落，厚度不均、腐蝕壽命短等問題。同時(shí)，本實(shí)用新型采用惰性氣氛燒結(jié)方法，使得TiB2-C復(fù)合陰極材料燒結(jié)均勻、材料性能均一、導(dǎo)電性好(電阻率< 30μ Ω.πι)，完全避免了傳統(tǒng)焦粒焙燒或者鋁液焙燒方法的氧化現(xiàn)象。
[0007]由于TiB2的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，TiB2單相陶瓷燒結(jié)很困難，制成的TiB2陶瓷陰極脆性高，材料抗熱震性能差，與石墨基體材料熱膨脹系數(shù)相差較大，導(dǎo)致TiB2陶瓷材料與基體碳素材料結(jié)合效果不理想，在鋁電解高溫環(huán)境中容易破裂。本實(shí)用新型利用復(fù)合材料理論，添加一系列粘結(jié)劑和助劑，本實(shí)用新型中所用漿料加入了石墨化中間相炭微球、人造石墨作助劑，添加第二相的TiB2基復(fù)合陶瓷來解決純TiB2陶瓷陰極的高脆性，難燒結(jié)等問題，提高其韌性與抗熱裂性，增加TiB2-C與石墨基體的熱膨脹一致性。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)好的常溫粘結(jié)性能和固化性能，加入了可常溫固化型呋喃樹脂和環(huán)氧樹脂E-44。又由于浙青具有高溫流動(dòng)性好和優(yōu)異的粘結(jié)性能、相對(duì)較高的殘?zhí)悸室约芭cTiB2骨料和纖維碳素材料潤(rùn)濕性好等優(yōu)點(diǎn)，因此本實(shí)用新型中采用加入一定量上述原料。
[0009]為提高本實(shí)用新型的中漿料的強(qiáng)度和斷裂韌性，本實(shí)用新型中添加了碳纖維作為增韌材料，利用碳纖維增強(qiáng)增韌和阻裂作用來改善涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少原有微裂縫的數(shù)量和尺度，推遲裂縫出現(xiàn)，增強(qiáng)涂層機(jī)械強(qiáng)度和耐久性能。
[0010]本實(shí)用新型要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供鋁電解用TiB2-C復(fù)合陰極的制備方法。
[0011]本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0012]一種鋁電解用TiB2-C復(fù)合陰極，包括全石墨碳?jí)K或鋁電解用石墨化陰極碳?jí)K，所述碳?jí)K的導(dǎo)電面設(shè)有孔，所述孔內(nèi)設(shè)有TiB2-C復(fù)合陰極材料。
[0013]所述全石墨碳?jí)K或鋁電解用石墨化陰極碳?jí)K只有一個(gè)導(dǎo)電面，該導(dǎo)電面設(shè)有盲孔，盲孔內(nèi)設(shè)有TiB2-C復(fù)合陰極材料；或所述碳?jí)K有兩相對(duì)的導(dǎo)電面，所述兩相對(duì)的導(dǎo)電面分別設(shè)有盲孔(錯(cuò)開設(shè)置)，盲孔內(nèi)設(shè)有TiB2-C復(fù)合陰極材料；或所述碳?jí)K有兩相對(duì)的導(dǎo)電面，所述兩相對(duì)的導(dǎo)電面設(shè)有貫通孔，貫通孔內(nèi)設(shè)有TiB2-C復(fù)合陰極材料。
[0014]所述盲孔的深度為碳?jí)K厚度的三分之二，盲孔的孔徑為5-10毫米，孔盲孔的孔心距為8-15毫米。
[0015]所述貫通孔的孔徑為5-10毫米，貫通孔的孔心距為8-15毫米。
[0016]所述TiB2-C復(fù)合陰極材料由如下組分按質(zhì)量百分比混合后、并經(jīng)固化、燒結(jié)，
[0017]粒徑為3~10 μ m的硼化鈦粉末40~50% ；
[0018]粒徑為60~150 μ m的人造石墨13~20% ；
[0019]粒徑為10~15 μ m的石墨化中間相碳微球 I~3% ；
[0020]粒徑為50~100 μ m的碳纖維粉I~3% ；
[0021]石墨化碳纖維3~5mm,2~4% ;
[0022]粘均分子量為4000~6000的呋喃樹脂 3~6% ；
[0023]E-44 環(huán)氧樹脂2 ~3.5% ；
[0024]粒徑為75~150 μ m的改質(zhì)浙青2.5~4% ；
[0025]混合溶劑18~22% ；
[0026]對(duì)甲苯磺酸0.25~1% ；
[0027]液體固化劑0.15~0.85%。
[0028]所述混合溶劑由乙酸丁酯、無水乙醇和丁酮按體積比為4:3:20配制而得。
[0029]所述液體固化劑由硫酸、磷酸和乙醇按體積比為10:3:25配制得到。
[0030]所述全石墨碳?jí)K的體積密度1.55-1.85g/cm3,電阻率< 15 μ Ω.m。
[0031]制備上述一種鋁電解用TiB2-C復(fù)合陰極的方法，包括以下步驟:
[0032]A)按上述的原料配比，將所有原料加入混合機(jī)混捏攪拌，得到所需漿料；混捏溫度為15°C _35°C，空氣中相對(duì)濕度為30%-80%，混捏時(shí)間為3_6h ；
[0033]I)、用鉆孔工具在碳?jí)K的導(dǎo)電面鉆盲孔或貫通孔，然后將碳?jí)K表面及孔內(nèi)清洗干凈，清洗順序?yàn)?壓縮空氣吹洗-丁酮清洗，自然晾干；
[0034]2)將步驟A)制得的漿料置于模具內(nèi)，然后將步驟(1)得到的碳?jí)K導(dǎo)電面的孔口向下，并呈水平狀壓入漿料中，直至碳?jí)K所設(shè)的孔內(nèi)注滿漿料，并從模具中取出；或?qū)⒉襟E(I)得到的碳?jí)K導(dǎo)電面的孔口向下放置于平板上，然后分別向陰極碳?jí)K所設(shè)的孔內(nèi)注漿料，
直至注滿；
[0035]3)用刮刀緊貼步驟2)所得碳?jí)K表面清除多余漿料；
[0036]4)將步驟3)處理完成的碳?jí)K常溫固化12_16h，然后將其置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)高溫固化，固化溫度100-120°C，保溫3-5h ；
[0037]5)炭化燒結(jié)，將步驟4)得到的碳?jí)K置于石墨坩堝中，填埋石墨碳粉，然后在惰性氣體氣氛中進(jìn)行炭化燒結(jié)，得到TiB2-C復(fù)合陰極；所述炭化燒結(jié)溫度為900-980°C，炭化燒結(jié)時(shí)間為90h-120h。
[0038]所述的惰性氣體為高純Ar，所述的惰性氣體氣氛中O2含量控制為10ppm_50ppm。
[0039]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn):
[0040]本實(shí)用新型所述的鋁電解用TiB2-C復(fù)合陰極，它是以鋁電解用石墨化陰極碳?jí)K或者全石墨碳?jí)K(體積密度1.55-1.85g/cm3電阻率< 15μ Ω.m)為基體。通過鉆孔機(jī)在基體材料的導(dǎo)電面方向鉆出一定數(shù)量和大小規(guī)格的圓孔，圓孔可為盲孔或者通孔。然后將TiB2-C復(fù)合材料粘稠漿料壓入或注射入上述孔內(nèi)，直至孔注滿為止，并將基體表面多余物料清除。最后將TiB2-C復(fù)合材料經(jīng)過鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)固化(固化溫度100-120°C)-高溫?zé)Y(jié)，形成TiB2-C復(fù)合陰極。由于通過對(duì)TiB2-C復(fù)合材料的組成配方優(yōu)化調(diào)整，TiB2-C復(fù)合材料與基體材料的熱膨脹系數(shù)都十分接近，而其又嵌于基體材料之中，從而大大提高了與基體結(jié)合強(qiáng)度，在使用條件下TiB2-C復(fù)合層不易從基體上脫落且貫穿于整個(gè)基體之中，相當(dāng)于形成了 TiB2-C均質(zhì)復(fù)合材料，從而有效延長(zhǎng)陰極材料的使用壽命。由于以貫穿于基體內(nèi)部的多個(gè)TiB2-C復(fù)合材料與鋁液有良好的潤(rùn)濕性能，電解過程中，可潤(rùn)濕性TiB2-C復(fù)合材料導(dǎo)電極點(diǎn)處先形成鋁液膜，繼而多個(gè)點(diǎn)形成鋁液膜連續(xù)面，布滿整個(gè)陰極導(dǎo)電面，使得整個(gè)陰極表面形成一層均勻且牢固的鋁液膜，徹底解決了鋁液與陰極材料的潤(rùn)濕性問題，確保了惰性可潤(rùn)濕性陰極在各類新型鋁電解槽中都能獲得穩(wěn)定的陰極反應(yīng)界面，實(shí)現(xiàn)了鋁液與陰極的真正潤(rùn)濕，為實(shí)現(xiàn)鋁電解低極距生產(chǎn)提供了條件，同時(shí)克服了 TiB2復(fù)合涂層陰極技術(shù)壽命短、易脫落的問題。
[0041]本實(shí)用新型提供的TiB2-C復(fù)合陰極不僅可以很好的應(yīng)用于導(dǎo)流型鋁電解槽、異形陰極鋁電解槽等新型結(jié)構(gòu)鋁電解槽上，而且可以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)行鋁電解槽的良好應(yīng)用效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1為本實(shí)用新型基體炭塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖中I為基體炭塊，2為孔，3為TiB2-C復(fù)合陰極材料。

【具體實(shí)施方式】
[0044]實(shí)施例1
[0045]A)首先將粒徑為3?10 μ m硼化鈦粉末50wt%、粒徑為60?150 μ m的人造石墨20wt%、粒徑為10?15 μ m的石墨化中間相碳微球1.lwt%、粒徑為50?100 μ m的碳纖維粉lwt%、3?5mm的石墨化碳纖維2wt%、粘均分子量為4000?6000的呋喃樹脂3wt% ；E-44環(huán)氧樹脂3wt%、粒徑為75?150 μ m的改質(zhì)浙青2.5wt%、混合溶劑18wt%、對(duì)甲苯磺酸0.25wt%、液體固化劑0.15wt%按比例稱量，加入混合機(jī)混捏攪拌，混捏溫度為15°C，空氣中相對(duì)濕度為30%，混捏時(shí)間為6h，得到所需漿料。所述混合溶劑由乙酸丁酯、無水乙醇和丁酮按體積比為4:3:20配制而得；所述液體固化劑由硫酸、磷酸和乙醇按體積比為10:3:25配制得到。如圖1所示，所述碳?jí)K的導(dǎo)電面設(shè)有孔，所述孔內(nèi)嵌有TiB2-C復(fù)合材料。
[0046]I)用鉆孔工具在全石墨基體碳?jí)K兩相對(duì)的導(dǎo)電面打貫通孔，孔徑為10mm，孔心距15_。再將基體碳?jí)K表面及孔內(nèi)用壓縮空氣吹洗-丁酮清洗，自然晾干；
[0047]2 )將步驟A)制得的漿料置于模具內(nèi)，然后將步驟(I)得到的全石墨基體碳?jí)K導(dǎo)電面的孔口向下，并呈水平狀壓入漿料中，直至全石墨基體碳?jí)K所設(shè)的孔內(nèi)注滿漿料，并將其從模具中取出；
[0048]3)用刮刀緊貼步驟2)所得全石墨基體碳?jí)K表面清除多余漿料；
[0049]4)將步驟3)處理完成的全石墨基體碳?jí)K常溫固化12h，然后將其置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)高溫固化，固化溫度120°C，保溫3h ；
[0050]5)炭化燒結(jié)，將步驟4)得到的全石墨基體碳?jí)K置于石墨坩堝中，填埋石墨碳粉，然后在惰性氣體氣氛中進(jìn)行炭化燒結(jié)，得到TiB2-C復(fù)合陰極；所述炭化燒結(jié)溫度為980°C，炭化燒結(jié)時(shí)間為120h。所述的惰性氣體為高純Ar，所述的惰性氣體氣氛中O2含量控制為10ppm_50ppmo
[0051]所述全石墨基體碳?jí)K，體積密度1.55-1.85g/cm3，電阻率< 15 μ Ω.m0
[0052]對(duì)上述制得的TiB2-C復(fù)合陰極采用模擬鋁電解試驗(yàn)方法測(cè)試該陰極材料與鋁液的潤(rùn)濕性能。模擬鋁電解試驗(yàn)條件如下:
[0053]電解溫度970°C ；電流密度0.9A/cm2 ；電解質(zhì)分子比2.27 ；電解質(zhì)組成為79.48mass%Na3AlF6+10.34mass%AlF3+5.17mass%CaF2+5.00mass%Al203,電解時(shí)間 15h，極距 10mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在本實(shí)用新型提供的TiB2-C復(fù)合陰極表面均勻分布著一薄層鋁液層，說明該TiB2-C復(fù)合陰極與鋁液潤(rùn)濕良好。本實(shí)用新型提供的TiB2-C復(fù)合陰極電阻率為22μ Ω -m,導(dǎo)電性好，同時(shí)測(cè)試結(jié)果顯示基體孔內(nèi)注入的TiB2-C復(fù)合材料無脫落，結(jié)合牢固。
[0054]實(shí)施例2
[0055]首先將粒徑為3~1(^111硼化鈦粉末4(^丨％、粒徑為60~150 μ m的人造石墨18wt%、粒徑為10~15μηι的石墨化中間相碳微球3wt%、粒徑為50~100 μ m的碳纖維粉3wt%、3~5mm的石墨化碳纖維3wt%、粘均分子量為4000~6000的呋喃樹脂3.5wt% ；E-44環(huán)氧樹脂3.5wt%、粒徑為75~150 μ m的改質(zhì)浙青3wt%、混合溶劑22wt%、對(duì)甲苯磺酸0.4wt%、液體固化劑0.6wt%按比例稱量，加入混合機(jī)混捏攪拌，混捏溫度為28°C，空氣中相對(duì)濕度為50%，混捏時(shí)間為3h，得到所需漿料；
[0056]用鉆孔工具在全石墨基體碳?jí)K兩相對(duì)的導(dǎo)電面打貫通孔，孔徑為8mm，孔心距12mm;向孔內(nèi)注上述漿料，然后將其常溫固化16h，再將其置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)高溫固化，固化溫度120°C，保溫5h ；
[0057]最后將其置入燒結(jié)爐內(nèi)填埋法碳化燒結(jié)。燒結(jié)溫度900°C、燒結(jié)時(shí)間90h。
[0058]其余實(shí)施如實(shí)施例1。
[0059]對(duì)上述制得的TiB2-C復(fù)合陰極采用模擬鋁電解試驗(yàn)方法測(cè)試該陰極材料與鋁液的潤(rùn)濕性能。模擬鋁電解試驗(yàn)條件如下:
[0060]電解溫度970°C ；電流密度0.9A/cm2 ；電解質(zhì)分子比2.27 ；電解質(zhì)組成為79.48mass%Na3AlF6+10.34mass%AlF3+5.17mass%CaF2+5.00mass%Al203,電解時(shí)間 15h，極距 10mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在本實(shí)用新型提供的TiB2-C復(fù)合陰極表面均勻分布著一薄層鋁液層，說明該TiB2-C復(fù)合陰極與鋁液潤(rùn)濕良好。本實(shí)用新型提供的TiB2-C復(fù)合陰極電阻率為28μ Ω -m,導(dǎo)電性好，同時(shí)測(cè)試結(jié)果顯示基體孔內(nèi)注入的TiB2-C復(fù)合材料無脫落，結(jié)合牢固。
[0061]實(shí)施例3
[0062]首先將粒徑為3~1(^111硼化鈦粉末44￥丨％、粒徑為60~150 μ m的人造石墨13wt%、粒徑為10~15 μ m的石墨化中間相碳微球2wt%、粒徑為50~100 μ m的碳纖維粉2wt%、3~5mm的石墨化碳纖維4wt%、粘均分子量為4000~6000的呋喃樹脂6wt% ;E_44環(huán)氧樹脂3wt%、粒徑為75~150 μ m的改質(zhì)浙青4wt%、混合溶劑20wt%、對(duì)甲苯磺酸lwt%、液體固化劑lwt%按比例稱量，加入混合機(jī)混捏攪拌，混捏溫度為35°C，空氣中相對(duì)濕度為70%，混捏時(shí)間為6h，得到所需漿料；
[0063]用鉆孔工具在全石墨基體碳?jí)K兩相對(duì)的導(dǎo)電面打貫通孔，孔徑為6mm，孔心距1mm;向孔內(nèi)注上述漿料，然后將其常溫固化12h，再將其置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)高溫固化，固化溫度11 (TC，保溫5h ；
[0064]最后將其置入燒結(jié)爐內(nèi)填埋法碳化燒結(jié)。燒結(jié)溫度960°C、燒結(jié)時(shí)間110h。
[0065]其余實(shí)施如實(shí)施例1。
[0066]對(duì)上述制得的陰極材料采用模擬鋁電解試驗(yàn)方法測(cè)試該陰極材料與鋁液的潤(rùn)濕性能。模擬鋁電解試驗(yàn)條件如下:
[0067]電解溫度970°C ；電流密度0.9A/cm2 ；電解質(zhì)分子比2.27 ；電解質(zhì)組成為79.48mass%Na3AlF6+10.34mass%AlF3+5.17mass%CaF2+5.00mass%Al203,電解時(shí)間 15h，極距 10mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在本實(shí)用新型提供的TiB2-C復(fù)合陰極材料表面均勻分布著一薄層鋁液層，說明該材料與鋁液潤(rùn)濕良好。本實(shí)用新型提供的材料電阻率為25 μ Ω.πι，導(dǎo)電性好，同時(shí)測(cè)試結(jié)果顯示基體孔內(nèi)注入的TiB2-C復(fù)合材料無脫落，結(jié)合牢固。
[0068]實(shí)施例4
[0069]首先將粒徑為3?10 μ m硼化鈦粉末50wt%、粒徑為60?150 μ m的人造石墨18wt%、粒徑為10?15 μ m的石墨化中間相碳微球lwt%、粒徑為50?100 μ m的碳纖維粉lwt%、3?5mm的石墨化碳纖維2wt%、粘均分子量為4000?6000的呋喃樹脂3wt% ;E_44環(huán)氧樹脂2wt%、粒徑為75?150 μ m的改質(zhì)浙青3.5wt%、混合溶劑18wt%、對(duì)甲苯磺酸
0.65wt%、液體固化劑0.85wt%按比例稱量，加入混合機(jī)混捏攪拌，混捏溫度為35°C，空氣中相對(duì)濕度為80%，混捏時(shí)間為5h，得到所需漿料；
[0070]用鉆孔工具在鋁電解用石墨化陰極碳?jí)K導(dǎo)電面打盲孔，孔深為其厚度的三分之二，孔徑為6mm，孔心距1mm ;向孔內(nèi)注上述漿料，然后將其常溫固化16h，再將其置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)高溫固化，固化溫度120°C，保溫5h ；
[0071]最后將其置入燒結(jié)爐內(nèi)填埋法碳化燒結(jié)。燒結(jié)溫度940°C、燒結(jié)時(shí)間120h。
[0072]其余實(shí)施如實(shí)施例1。
[0073]對(duì)上述制得的陰極材料采用模擬鋁電解試驗(yàn)方法測(cè)試該陰極材料與鋁液的潤(rùn)濕性能。模擬鋁電解試驗(yàn)條件如下:
[0074]電解溫度970°C ；電流密度0.9A/cm2 ；電解質(zhì)分子比2.27 ；電解質(zhì)組成為79.48mass%Na3AlF6+10.34mass%AlF3+5.17mass%CaF2+5.00mass%Al203,電解時(shí)間 15h，極距 10mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在本實(shí)用新型提供的TiB2-C復(fù)合陰極材料表面均勻分布著一薄層鋁液層，說明該材料與鋁液潤(rùn)濕良好。本實(shí)用新型提供的材料電阻率為30 μ Ω.πι，導(dǎo)電性好，同時(shí)測(cè)試結(jié)果顯示基體孔內(nèi)注入的TiB2-C復(fù)合材料無脫落，結(jié)合牢固。
【權(quán)利要求】
1.一種鋁電解用TiB2-C復(fù)合陰極，包括全石墨碳?jí)K或鋁電解用石墨化陰極碳?jí)K，其特征在于:所述碳?jí)K的導(dǎo)電面設(shè)有孔，所述孔內(nèi)嵌有TiB2-C復(fù)合材料； 所述碳?jí)K只有一個(gè)導(dǎo)電面，該導(dǎo)電面設(shè)有盲孔，盲孔內(nèi)設(shè)有TiB2-C復(fù)合陰極材料層；或所述碳?jí)K有兩相對(duì)的導(dǎo)電面，所述兩相對(duì)的導(dǎo)電面分別設(shè)有盲孔，盲孔內(nèi)設(shè)有TiB2-C復(fù)合陰極材料層；或所述陰極碳?jí)K有兩相對(duì)的導(dǎo)電面，所述兩相對(duì)的導(dǎo)電面設(shè)有貫通孔，貫通孔內(nèi)設(shè)有TiB2-C復(fù)合陰極材料層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種鋁電解用TiB2-C復(fù)合陰極，其特征在于:所述盲孔的深度為碳?jí)K厚度的三分之二，盲孔的孔徑為5-10毫米，盲孔的孔心距為8-15毫米。
3.如權(quán)利要求1所述的一種鋁電解用TiB2-C復(fù)合陰極，其特征在于:所述貫通孔的孔徑為5-10毫米，貫通孔的孔心距為8-15毫米。
【文檔編號(hào)】C25C3/08GK203923399SQ201320784484
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】張艷偉, 楊建紅, 李慶余, 張剛, 趙欣, 鄭達(dá), 張朝暉 申請(qǐng)人:江蘇聯(lián)合金陶特種材料科技有限公司