[发明专利]一种铝电解用TiB2复合阴极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种铝电解用TiB₂复合阴极材料及其制备技术，其特征在于所述的TiB₂复合阴极材料原料包含TiB₂、金属氧化物X、粘结剂Y和分散剂Z。

2.根据权利要求1中所述的一种铝电解用TiB₂复合阴极材料，其特征在于所述TiB₂粒度为3-8μm；金属氧化物X为Ti、Zr及Mg类氧化物中的至少一种或它们的组合，颗粒粒度均为1μm-30μm；粘结剂Y为聚乙烯醇PVA、石蜡及硬脂酸中的至少一种；分散剂为乙醇、丙酮及异丙醇中的至少一种。

3.根据权利要求1中所述的一种铝电解用TiB₂复合阴极材料，其特征在于TiB₂质量百分含量为70%-90%；金属氧化物X固体质量百分比10%-30%；粘结剂Y添加量为TiB₂和金属氧化物X总固体含量的1%-3%；分散剂Z添加量为TiB₂和金属氧化物X总固体含量的10%-30%。

4.根据权利要求2中所述的一种铝电解用TiB₂复合阴极材料，其特征在于所述金属氧化物中钛类氧化物包括TiO₂、钛溶胶及TiBO₃；锆类氧化物包括 ZrO₂和锆溶胶；镁类氧化物包括MgO和Mg(OH)₂。

5.根据权利要求4中所述的一种铝电解用TiB₂复合阴极材料，其特征在于钛溶胶前驱体为钛酸正丁酯，水解抑制剂为乙酰丙酮、乙醇、硝酸、冰乙酸及盐酸中的至少一种或其组合，反应剂为水，所述钛溶胶前驱体含量15%-50%，水解抑制剂含量45%-80%，反应剂含量2%-5%；钛溶胶制备过程在室温强烈搅拌下进行，依次加入钛酸正丁酯、水解抑制剂和反应剂，持续搅拌时间3-5小时，所制钛溶胶固含量为4.5%-12%。

6.根据权利要求4中所述的一种铝电解用TiB₂复合阴极材料，其特征在于所述锆溶胶前驱体为氯氧化锆，促进剂为双氧水，表面活性剂为柠檬酸、正丁醇及聚丙烯酰胺中的一种或其组合，所述锆溶胶中合适量摩尔比为：Zr⁴⁺：促进剂=1:2~1:9， Zr⁴⁺：表面活性剂=1:4~1:10；所述锆溶胶制备过程在恒温水浴下进行，温度为20~30℃，促进剂加入速率为0.1~10ml/min，滴加完毕保持续搅拌3-5小时，密封陈化，所制锆溶胶溶液浓度为0.1~1.5mol/L，固含量为1.5%-18 % 。

7.根据权利要求1中所述的一种铝电解用TiB₂复合阴极材料，其特征在于其制备过程包括以下步骤：

1）混料：

根据工艺配方的要求，按比例准确称取各物料，将TiB₂粉末和金属氧化物X混合5-15min，加入粘结剂Y与分散剂Z后继续混合搅拌30-60min后，烘干，倒回设备重新破碎处理后过筛；

2）成型：

对原料常压成型：在室温条件下，将固体粉末慢慢加入到模具内压制成型制得TiB₂复合阴极材料生坯；

3）脱脂及烧结：

将TiB₂复合阴极材料生坯置于保护性惰性气氛下进行脱脂和烧结，整个过程均采用碳粉填埋进行。

8.根据权利要求7中所述TiB₂复合阴极材料的制备方法，其特征在于混料过程的烘干处理是在80-100℃下进行的；TiB₂复合阴极材料生坯的成型过程采用模压或浇注-冷等静压法或振动成型，压力为150 MPa -200 MPa。

9.根据权利要求7中所述TiB₂复合阴极材料的制备方法，其特征在于其脱脂处理温度为300℃-600℃；脱脂处理过程中采用的惰性气氛为至少一种来自真空、Ar或H₂，脱脂时间为6h～48h，气氛氧含量控制在100ppm以下。

10.根据权利要求7中所述TiB₂复合阴极材料的制备方法，其特征在于烧结过程的气氛为至少一种来自真空、Ar或H₂；分别采用不同的升温速率加热至目标温度，烧结时间为24h-72h；烧结气氛中O₂含量控制为100ppm以下，烧结温度为1500℃-1800℃，其中优选温度为1650℃-1750℃。