[发明专利]一种陶瓷外壳与合金内芯的铝电解惰性阳极的制备方法

说明书

技术领域

一种陶瓷外壳与合金内芯的铝电解惰性阳极的制备方法，涉及一种铝电解惰性阳极，特别是陶瓷合金外壳与合金内芯的铝电解惰性阳极的制备方法。

背景技术

铝作为产量最大的有色金属，是我国国民经济的重要支柱产业。随着国民经济发展和人民生活水平的不断提高，对铝的需求还将继续增长。现行Hall-Herout铝电解槽采用炭素阴阳极，吨铝直流电耗高达13200kWh，电能效率低于50%，同时消耗500kg优质炭素材料，巨大的能源消耗、资源消耗和环境负荷等正严重制约着铝电解工业的发展,节能、降耗及降低污染是其未来发展的方向。

基于惰性阳极（析氧阳极）的铝电解新技术可降低能耗20%以上（按国内现有原铝产量计算，年节电能力超200亿千瓦时），并能消除温室气体和致癌物质与沥青烟气的排放，因而成为国际铝业界和材料界的关注焦点和研究热点。

陶瓷合金兼有金属材料优良的导电性、加工性和陶瓷材料良好的抗熔盐腐蚀性能而成为最有希望取代碳素阳极的惰性阳极材料。有色金属电解过程发生于700℃以上的氟化物熔盐中，环境苛刻复杂，电流通过金属内芯与陶瓷合金外壳连接，因此要求连接结构具有较高的高温连接强度、优良的导电性能、抗高温氧化腐蚀、抗高温蠕变性能。决定陶瓷合金惰性阳极能否工业化应用的一个关键因素是必须实现惰性阳极与金属内芯的稳固电连接。

专利CN 101328598A描述了铝电解陶瓷基惰性阳极与金属导杆连接结构及其制备方法，采用无机磷酸盐将陶瓷合金外壳与合金内芯粘接起来，但此种方法的导电性难以保证，且磷酸盐高温下容易分解，结合强度下降。

专利CN 101851767A描述了一种陶瓷基阳极及其制备与组装方法，在陶瓷阳极与金属导杆加入填充使其连接成型，此种方法不易进行异形件的连接；

专利CN 101182230A描述了一种真空扩散连接陶瓷的方法，主要通过置氢钛或钛合金箔扩散连接中间层将陶瓷与金属连接，利用钛在扩散连接温度下对陶瓷中的氧、氮、碳、硅等元素较高的亲和力，发生置换反应或化合反应，达到结合目的，设备较为昂贵，且连接结构在高温熔盐环境下强度还有待考证。

专利CN 200610032461.2描述了一种铝电解用陶瓷基惰性阳极于金属导电杆的连接方法，首先将粉末钎料铺展与待连接的陶瓷表面，然后把镀有铜的导电杆埋与粉末钎料中，通过压力扩散焊的方式，将二者连接起来，但此过程工艺复杂，流程较长。

发明内容

本发明目的针对上述已有技术存在的不足，提供一种陶瓷与合金的连接的结合强度高，在高温下结合性能好的陶瓷外壳与合金内芯的铝电解惰性阳极的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种陶瓷外壳与合金内芯的铝电解惰性阳极的制备方法，其特征在于制备过程将生坯陶瓷合金外壳和其内部的合金内芯进行同步烧结，在生坯陶瓷合金外壳烧结成型的同时，将其内部的合金内芯同步熔化，并使陶瓷合金外壳与合金内芯发生化学反应与原子的相互扩散，形成具有良好连接强度的冶金级结合。

本发明的一种陶瓷外壳与合金内芯的铝电解惰性阳极的制备方法，其特征在于其陶瓷合金外壳的成分，选用NiFe₂O₄-X₁- X₂的陶瓷合金粉末，其中X₁为Cu₂O、CuO、NiO、Ni₂O₃、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、ZnO、Y₂O₃、La₂O₃、CeO₂的一种或几种，X₂为Ni、Fe、Co、Cu、Cr、Si、Al、Ti、Y、La、Mo、Nb的一种或几种。

本发明的一种陶瓷外壳与合金内芯的铝电解惰性阳极的制备方法，其特征在于其陶瓷合金外壳是通过等静压的方法将其压制成型，然后采用机加工的方法对其进行精确成型制备的。