[发明专利]金属熔盐电解用陶瓷基阳极及其制备与组装方法

权利要求书

1.一种金属熔盐电解用陶瓷基阳极，特别针对金属铝、金属硅的电解生产，其特征在于，包括阳极本体和金属导杆，所述的阳极本体的一端设有纵向内孔；所述的金属导杆插在所述的纵向内孔中，阳极本体和金属导杆通过扩散焊接的方式实现连接。

2.根据权利要求1所述的金属熔盐电解用陶瓷基阳极，其特征在于，所述的阳极本体的材料组分为：镍铁氧体：75~95wt％；氧化亚镍：0~15wt％；氧化锌：0~2wt％；氧化铜：0~5wt％；氧化镱：0~2wt％；氧化钇：0~2wt％；氧化锆：0~2wt％；金属镍：0~25wt％；金属铜：0~25wt％；金属钴：0~5wt％；金属银：0~5wt％；金属铝：0~2wt％；组分中的金属相为元素粉末混合物或合金粉末；所述陶瓷基阳极的外形为含有纵向内孔的圆柱体、长方体或棱柱体。

3.根据权利要求1所述的金属熔盐电解用陶瓷基阳极，其特征在于，金属导杆材料为由Ni，Fe，Cu，Al，Zn，Mg，Ti，Co，Sn，Si，Li，Zr，Nb，Ta，Cr，Ti，W，Hf，Y中三种或多种组合物所构成的合金材料，金属导杆采用真空铸造制备；

所述金属导杆为带有T型端部的圆柱体，导杆上部具有纵向凹槽或径向凹槽或螺纹结构

4.根据权利要求1所述的金属熔盐电解用陶瓷基阳极的制备方法，其特征在于，所述的阳极本体的制备方法包括以下步骤：

1)混料

按照以下配比称取物料：镍铁氧体：75~95wt％；氧化亚镍：0~15wt％；氧化锌：0~2wt％；氧化铜：0~5wt％；氧化镱：0~2wt％；氧化钇：0~2wt％；氧化锆：0~2wt％；金属镍：0~25wt％；金属铜：0~25wt％；金属钴：0~5wt％；金属银：0~5wt％；金属铝：0~2wt％；将所称取的物料与分散介质、有机添加剂一同进行球磨混料，有机添加剂的加入量小于物料总质量的3wt％；分散介质的加入质量与物料总质量的比值为0.6~1.5∶1；所述的分散介质为：酒精、汽油或去离子水；所述的有机添加剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸脂、甲基纤维素、石蜡、橡胶、硬脂酸、硬质酸锌中的至少一种；球磨后所得浆料经干燥处理后，得到粒度为50~200微米的混合料粉末；

2)成形

阳极本体采用钢模压制或冷等静压成形；钢模压制、冷等静压成型的压制压力为80~200MPa，在成形后的阳极上直接加工阳极纵向内孔后获得阳极压坯；

3)有机物脱除与烧结

将所得阳极压坯在真空炉或可控气氛炉内进行有机物的脱除和烧结；有机物脱除温度为60℃~600℃，升温速率小于1℃/min；阳极材料的目标烧结温度为1250℃~1450℃保温时间2~10h，阳极烧结过程中控制烧结气氛中的氧气含量为100~4000ppm；所得阳极烧结坯即为金属熔盐电解用陶瓷基阳极本体。

5.根据权利要求1所述的金属熔盐电解用陶瓷基阳极的制备方法，其特征在于，采用扩散焊接方法将阳极本体和金属导杆进行连接，具体步骤如下：

1)填充料的选择与配制：

阳极本体与金属导杆连接用填充料由以下物料中多种成分的组合物构成：氧化铁，镍铁氧体，氧化亚镍，磷酸二氢铝，氮化铝，氧化锌，氧化银，氧化锆，氧化铜，Ni，Fe，Cu，Al，Ti和Ag；其中填充料中金属相含量大于30wt％，其余为陶瓷相。

配制填充料时，先将所选填充料粉体混合均匀，然后加入占填充料5~20wt％的酒精或丙酮，再次混合均匀，由此制得填充料浆料待用；

2)装配

将所述的填充料浆料装填入阳极本体的纵向内孔，然后将金属导杆插入浆料中，控制金属导杆底部距离阳极本体的纵向内孔底部1~12mm，控制金属导杆与阳极的纵向内孔内壁间的距离在0.3~12mm之间，然后固定阳极本体和金属导杆的相对位置，形成具有阳极本体、填充料和金属导杆的装配体；

3)干燥、扩散焊接

将上一步骤所得的装配体在120~150℃下干燥后，加热至960~1250℃温度下进行扩散焊接处理，扩散焊接过程中在干燥的填充料上施加小于20MPa的压力，扩散焊接时间2~8h，之后随炉冷却到室温，即完成金属熔盐电解用陶瓷基阳极的制备。

6.一种金属熔盐电解用陶瓷基阳极的组装方法，其特征在于，将权利要求1中所述的金属熔盐电解用陶瓷基阳极安装到阳极组组装夹具上；具体安装方法为将陶瓷基阳极的金属导杆与阳极组组装夹具间进行机械连接，再将阳极组组装夹具连接到电解槽的阳极钢棒上，从而实现金属熔盐电解用陶瓷基阳极与电解槽母线间的电流导通，每个阳极组组装夹具上采用交错或并排排列的方式设置不少于4个陶瓷基阳极。