[发明专利]一种二硼化钛可润湿阴极

说明书

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。

技术领域

本申请涉及铝电解领域，尤其涉及铝电解阴极。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

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。

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：

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。

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。

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：

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。

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。

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：