[发明专利]一种铝电解用高耐蚀金属陶瓷惰性阳极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种铝电解用高耐蚀金属陶瓷惰性阳极材料及其制备方法，所述金属陶瓷惰性阳极材料由金属相与陶瓷相组成，其中金属相由镍、铁、铜、铝、钛、铬中至少一种组成，陶瓷相包含ZrB₂陶瓷、NiFe₂O₄基陶瓷；所述陶瓷相在金属陶瓷惰性阳极材料中的质量分数为50～80wt％，所述ZrB₂陶瓷在金属陶瓷惰性阳极材料的质量分数为5～20wt％。本发明通过在陶瓷相中采用取代部分尖晶石氧化物陶瓷，在改善金属与尖晶石氧化物陶瓷界面润湿性的基础上，降低材料烧结驱动力，细化陶瓷骨架晶粒，从而显著提升材料的综合性能，ZrB₂与NiFe₂O₄为主形成的陶瓷骨架具有极好的抗熔盐侵蚀性能，有效缓解了金属陶瓷因金属相优先腐蚀导致陶瓷相的快速消耗腐蚀。

技术领域

本发明属于金属陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种铝电解用高耐蚀金属陶瓷惰性阳极材料及其制备方法。

背景技术

铝电解惰性阳极材料需要兼具良好的耐熔盐侵蚀、导电和抗热震性能，金属陶瓷材料成为极具应用前景的候选材料。以铁酸镍为主要陶瓷相，镍铁铜等为金属相的金属陶瓷为最具代表的材料体系。然而，为维持金属陶瓷高温下良好的导电性能，金属相的含量已接近30～50wt％。金属相在熔盐侵蚀过程中，相比于陶瓷相存在明显的优先腐蚀行为，且金属相溶解后形成的电解液扩散通道加速了陶瓷相的晶界剥离腐蚀，导致阳极失效。

ZrB₂是一种过渡族硼化物，拥有超高的熔点、热导率、弹性模量、高温强度和在陶瓷材料体系中优异的抗热震性能。为此，硼化锆基陶瓷复合材料在熔盐高温环境中具有较铁酸镍更优异的力学性能和化学稳定性。

迄今为止，现有技术中还没有将ZrB₂陶瓷用于金属陶瓷惰性阳极材料的报道。

发明内容

针对现有技术中金属陶瓷惰性阳极存在因金属相优先腐蚀导致的单纯氧化物陶瓷晶界被渗入的电解液快速侵蚀，以及金属与单纯氧化物陶瓷界面不浸润导致的材料烧结后孔隙率高、金属相溢出且组织分布不均等问题，本发明的目的在于提供一种铝电解用高耐蚀金属陶瓷惰性阳极材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明一种铝电解用高耐蚀金属陶瓷惰性阳极材料，所述金属陶瓷惰性阳极材料由金属相与陶瓷相组成，其中金属相由镍、铁、铜、铝、钛、铬中至少一种组成，陶瓷相包含ZrB₂陶瓷、NiFe₂O₄基陶瓷；所述陶瓷相在金属陶瓷惰性阳极材料中的质量分数为50～80wt％，所述ZrB₂陶瓷在金属陶瓷惰性阳极材料质量分数为5～20wt％。

本发明通过在陶瓷相中采用高温力学性能和耐熔盐侵蚀性能优异的硼化锆取代部分尖晶石氧化物陶瓷，在改善金属与尖晶石氧化物陶瓷界面润湿性的基础上，降低材料烧结驱动力，细化陶瓷骨架晶粒，从而显著提升材料的综合性能。发明人发现，ZrB₂陶瓷的加入量对材料最终的性能最有较大的影响，若ZrB₂的加入量过少，不足以均匀分散至铁酸镍陶瓷晶粒周边，改善陶瓷晶界耐蚀性能有限；当其加入量过多时，将降低金属陶瓷的烧结活性，难以获得相对致密度高于97％的样品。

优选的方案，所述ZrB₂陶瓷在金属陶瓷惰性阳极材料质量分数为7～10wt％。将ZrB₂陶瓷的加入量控制在该优选范围，可以使得耐蚀性最佳，同时致密度≥98％。

优选的方案，所述陶瓷相还包含单相氧化物陶瓷，所述单相氧化物陶瓷选自NiO、Cu₂O、Fe₂O₃、ZnO中的至少一种，所述单相氧化物陶瓷在金属陶瓷惰性阳极材料质量分数为2～15wt％，优选为5～10wt％。