[发明专利]铝电解用TiB2-TiB/Ti梯度复合多孔材料的制备

说明书

技术领域

本发明涉及铝电解用阴极材料，具体涉及铝电解用TiB₂-TiB/Ti梯度复合多孔材料的制备。

背景技术

现行铝电解技术一直采用碳素材料作为铝电解槽的阴极材料，由于金属铝液与炭阴极材料表面的润湿性极差，现行电解槽中必须保持一定厚度的铝液以避免因碳素阴极表面暴露于电解质之中而引起的电极反应不稳定。现行铝电解槽中的铝液厚度通常为20cm左右，如此厚的铝液在电磁力的作用下会发生运动，使铝液与电解质界面都发生变形。铝液的运动和界面形变都会影响电流效率。为了平稳生产并获得较高的电流效率，现行电解槽不得不在较高的极距下进行生产（通常在4cm以上）。高极距导致高的槽电压，进而导致高能耗（电能效率低）。为此，人们致力于能被铝液完全湿润的阴极材料的研究和开发，力求与铝液润湿的阴极表面只需要保存较薄的铝液就能形成平稳的阴极电极反应的界面，不再产生主要由磁场引起的铝液波动和界面形变问题，从而可以大幅度降低极距，实现节能目标。

TiB₂由于能与铝液完全润湿，且具有优良的导电性，已成为制造铝电解用可润湿、惰性阴极的首选材料。众多的学者和企业对多种TiB₂材料进行了广泛研究和试验性应用，其中包括TiB₂陶瓷、TiB₂复合陶瓷、TiB₂/碳素复合材料和TiB₂阴极涂层等等。但是，上述这些材料都工多或少的存在着以下不足：如与铝液润湿性不良、抗冰晶石熔盐和铝液腐蚀性差、与基体结合不够紧密、抗热震性差或热膨胀系数不均等，有待于进一步的深入研究。

导电基材表面融合TiB₂形成的复合材料具有理想惰性可湿润性阴极的潜质，是TiB₂阴极材料的研究热点之一，具有成本低廉，原料来源容易获得，相对较低的合成温度，杂质少，特别适用于大规模工业化生产；然而，以往这类阴极材料的基本上都采用石墨为基体材料，只有个别研究采用金属钼或钢作为基体材料。由于石墨、金属钼或钢都与沉积TiB₂在热膨胀系数、密度等方面存在较大的差异，因而在高温铝电解条件下，沉积TiB₂层与基体的结合力会变弱，TiB₂层容易开裂，甚至从基体上脱落，从而直接影响其使用寿命。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供了铝电解用TiB₂-TiB/Ti梯度复合多孔材料的制备。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

铝电解用TiB₂-TiB/Ti梯度复合多孔材料的制备，包括以下步骤：

将铝放入反应器中，抽真空后通入惰性气体，升温至600~850℃，往反应器中加入干燥的氟硼酸盐和氟钛酸盐混合物，快速搅拌，反应4~7h，生成硼化钛和冰晶石；

将得到的硼化钛、冰晶石混合物粉碎，粒度达到-325目，再将混合物粉末包覆泡沫钛材料，在800～1200℃条件下进行固渗热处理5～20h，使得基体钛与TiB₂之间形成TiB晶须层，并形成梯度变化，从而得到TiB₂-TiB/Ti梯度复合多孔阴极材料。

进一步的：所述Ti/B摩尔比为1：2.5～1：15。

进一步的：所述氟硼酸盐采用氟硼酸钾；所述氟钛酸盐采用氟钛酸钾，所述的这些原材料在使用前均需要进行干燥处理，干燥的温度一般不超过200℃。

进一步的：所述惰性气体采用氩气。

进一步的：所述泡沫钛的孔径为2.5～160μm。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：