[发明专利]利用溶胶-凝胶法制备Mo-ZrO2金属陶瓷电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷电极材料的制备方法，属于复合材料领域，特别是一种利用溶胶-凝胶法制备Mo-ZrO₂金属陶瓷电极的方法。

背景技术

在冶金脱氧工艺中，周国治等发明了金属液电化学无污染脱氧方法，以熔渣作为金属溶解氧向外传输通道，在金属液和熔渣上施加外电场来控制和加速氧离子的传导，从而实现无污染脱氧，如公开号为CN1453371A、CN101235430A等中国发明专利。金属液电化学无污染脱氧方法中所使用的电极要求：耐高温、耐氧化、耐金属液和熔盐侵蚀、抗热冲击性能好，导电性能好。传统石墨电极易造成对金属液的污染，纯金属电极在金属液中易溶解，耐金属液侵蚀性能差；而金属陶瓷电极具有良好的导电性能、耐金属液和熔渣的侵蚀、良好的高温抗氧化性能以及良好的热稳定性。Mo-ZrO₂金属陶瓷具有良好的耐金属液和熔渣的侵蚀性能，适为金属液电化学无污染脱氧用电极首选材料。

Mo-ZrO₂金属陶瓷主要用于钢水测温用保护管、热电偶保护管、高温喷嘴、热压模具、功能梯度材料等，主要侧重于力学性能和耐高温耐侵蚀性能的应用，此类应用大多采用机械混合—模压成型、热压铸成型法。如日本学者村松祐治曾在《日本金属学会志》（1986年50卷第9号pp834-840）上发表过利用球磨法混合纳米钼粉和纳米氧化锆粉体，冷压烧结后制得Mo-ZrO₂，并对其进行了力学性能的测试。北京理工大学和上海硅酸盐研究所研究的Mo/PSZ(部分稳定氧化锆)功能梯度材料多采用球磨—等静压—烧结成型的方法。而Mo与ZrO₂混合粉体在催化剂方面也有重要的应用，大多采用氧化锆为载体，采用湿浸渍法制备催化剂，如清华大学贺德华等学者在《催化学报》（2003 Vol.24 No.1）发表过文章：把计量的(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O水溶液加入到310g二氧化锆粉末中，在110℃干燥8h，在550℃焙烧8h，制得催化剂。

而金属液电化学无污染脱氧用Mo-ZrO₂金属陶瓷，在满足耐高温和耐侵蚀性能的基础上，更侧重于导电性能的使用。氧化锆作为支撑骨架，有力的保证了电极的耐侵蚀性能和热稳定性，金属钼作为导电相，形成导电网络结构，有利于电子快速有效传输。因此，金属钼相和陶瓷相氧化锆的分布和形态显得极为重要，而制备方法又是影响分布和形态的重要因素。

而目前常用的制备Mo-ZrO₂金属陶瓷电极的方法为球磨混料—冷压—烧结法，但此方法存在混料不均匀，混料后蒸发沉降不一致等缺点，最终导致电极金属相分布不均匀等问题。且常用的方法中要求物料粒度为纳米或亚微米级，这也增加了电极的成本。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用溶胶-凝胶法制备Mo-ZrO₂金属陶瓷电极的方法，一种耐高温、耐氧化、耐金属液和熔盐侵蚀、抗热冲击性能好、导电性能良好的制备Mo-ZrO₂金属陶瓷电极的方法。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

利用溶胶-凝胶法制备Mo-ZrO₂金属陶瓷电极的方法，包括如下步骤：

1）取钼酸铵和硝酸锆，其质量比为2.1-3.6，向其加入占总质量60-85wt%的蒸馏水配制成溶液，将二者混合产生白色沉淀，加入柠檬酸溶液，白色沉淀消失产生透明溶液，再滴加硝酸或氨水调节直至其PH<1-2，在80-90℃水浴中制得溶胶；陈化2-3h后实现溶胶向凝胶的转变，后将其放入真空干燥箱内，干燥温度110-130℃，干燥3-4h；然后在马弗炉中灼烧，温度为570℃，得到钼的氧化物和氧化锆的混合粉体；

2）将步骤1）所得混合粉体在氢气炉中加热还原，温度在560-580℃将MoO₃还原为MoO₂，在温度为960-980℃时将MoO₂还原为Mo，各还原2-3小时，得到金属钼和氧化锆的混合粉体；

3）将步骤2）所得混合粉体在800Mp的压力下冷压成形，然后在氩气保护炉内烧结成型，烧结温度为1600℃，最终制得Mo-ZrO₂金属陶瓷电极。