[发明专利]一种耐高温熔盐腐蚀金属陶瓷阳极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，涉及一种耐高温熔盐腐蚀金属陶瓷阳极材料及其制备方法。

背景技术

目前，金属陶瓷因兼具有陶瓷良好的热化学稳定性、强耐腐蚀性、抗氧化性及金属材料优良的导电和抗热冲击性能，被认为是最有希望取代炭素阳极成为熔盐电解(如电解铝)的惰性阳极材料之一。在高温熔盐电解质中，由于晶粒界面和内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在，容易引起电解质渗透，材料肿胀、开裂和脱落等问题，因此需采取有效方法强化或净化金属陶瓷材料的晶界，提高其耐高温熔盐腐蚀性能。目前解决的方法主要有调整材料成分配比、降低原料杂质含量、优化制备工艺来提高致密度、降低孔隙率等。本发明提出一种高温熔盐电解用惰性阳极材料耐蚀强化方法，特别针对尖晶石基金属陶瓷惰性阳极材料，通过添加适量的晶界耐蚀强化剂，使其与陶瓷基体发生一定的化学反应，并沿晶界生成耐高温电解质熔盐腐蚀新物质，该物质的产生既有利于消除晶界连通气孔，提高材料烧结致密度，又可强化其晶界从而达到提高金属陶瓷材料耐熔盐腐蚀性能的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够经受长期的高温氟化物熔盐的腐蚀，并可保证惰性阳极在铝电解中平稳运行的金属陶瓷惰性阳极材料及其制备方法，解决现有铝电解用金属陶瓷惰性阳极材料耐腐蚀性能，尤其是晶界耐腐蚀性能有待提高的问题。

一种耐高温熔盐腐蚀金属陶瓷阳极材料由下述质量百分比组分组成：50％-95％尖晶石型氧化物，1％-30％其它氧化物，1％-30％金属相，0.1％-2％晶界耐蚀强化剂。

所述尖晶石型氧化物为MFe₂O₄和MAl₂O₄中一种或它们的组合，M为Ni、Cu、Mn、Zn或Co；其它氧化物为A_xO_y中的一种或它们的组合，x＝1或2；y＝1，2或3；A为Ni、Cu、Mn、Zn或Co。

所述金属相为Fe、Ni、Cu、Co、Ag中的一种或它们的合金。

所述晶界耐蚀强化剂为La₂O₃、Y₂O₃、Yb₂O₃及其它+3价镧系稀土氧化物中的一种或它们的组合，且粒度范围为2-5μm。

其制备工艺按如下步骤进行：

(1)合成：按合成MFe₂O₄或MAl₂O₄尖晶石化学计量比称取MO和Fe₂O₃或Al₂O₃后再加入一定量的A_xO_y氧化物以及适量的分散剂进行混料1-4h，混料均匀后在80-120℃下烘干并在1000-1400℃空气气氛下煅烧合成MFe₂O₄或MAl₂O₄尖晶石型氧化物和A_xO_y的混合物；

(2)混料：将上述陶瓷相、金属和耐蚀强化剂按比例进行混料，所述陶瓷相由尖晶石型氧化物和其它氧化物组成，尖晶石型氧化物在金属陶瓷中的质量百分数为50％-95％，粒度为2-20μm，所述其它氧化物在金属陶瓷中的质量百分数为1％-30％，粒度为1-10μm，所述金属相在金属陶瓷中的质量百分数为1％-30％，粒度为5-35μm，所述耐蚀强化剂在金属陶瓷中的质量百分数为0.1-2％，粒度为2-5μm，且加入混合料总质量1wt％的有机粘结剂聚乙烯醇以及适量的分散剂工业酒精进行混料1-12h；

(3)烘干：混料均匀后，在80-120℃下烘干；

(4)成型：将混合料在100-500MPa压力下模压成型得到金属陶瓷生坯；

(5)脱脂：将金属陶瓷生坯在氮气气氛下200-600℃进行脱脂2-10小时，氮气气氛中O₂分压为50-500ppm；

(6)致密化烧结：将脱脂后的生坯在1200-1400℃温度下的真空烧结炉中保温2-10小时得到金属陶瓷样品，其中升温速率20-50℃/h，氮气气氛中O₂分压为50-500ppm。