[发明专利]一种具有梯度网状金属相结构的金属陶瓷惰性阳极及其与金属导电杆的连接方法

说明书

本发明提供了一种具有梯度网状金属相结构的金属陶瓷惰性阳极及其与金属导电杆的连接方法，属于铝电解技术领域。本发明提供的惰性阳极包括中心阳极(1)和依次包裹所述中心阳极(1)的第一电极层(2)、第二电极层(3)和第三电极层(4)。本发明在NiO‑NiFe₂O₄基金属陶瓷惰性阳极中加入金属相Cu和/或Ni，能够改善惰性阳极与金属导电杆(6)之间的性质差异，促进焊接时的元素扩散。在本发明中，中心阳极(1)与第一电极层(2)、第二电极层(3)、第三电极层(4)中金属相的质量百分含量逐级递减，使金相相呈梯度网状结构，能够给金属导电杆(6)与阳极提供足够的膨胀空间，避免金属导电杆(6)受热膨胀而导致阳极的损坏。

技术领域

本发明涉及铝电解技术领域，尤其涉及一种具有梯度网状金属相结构的金属陶瓷惰性阳极及其与金属导电杆的连接方法。

背景技术

传统霍尔-埃鲁特(Hall-Héroult)铝电解槽由于采用消耗式炭阳极，存在碳耗大和环境污染严重的问题，已逐渐被工业生产淘汰。惰性阳极能够避免碳消耗，已成为现代铝电解发展的趋势。

NiO-NiFe₂O₄基金属陶瓷惰性阳极兼具NiFe₂O₄陶瓷相高温化学稳定性好、抗熔盐腐蚀能力强和金属相的良好导电性及抗热冲击性等优点，被认为是一种最具应用前景的铝电解用惰性阳极材料。

使用惰性阳极电解时，惰性阳极材料一端与金属导电杆连接，另一端浸入高温冰晶石熔盐中，直流电通过阳极母线引出，经由导线和阳极导电杆与惰性阳极导通；因此，惰性阳极与金属导电杆连接处应该具有良好的高温强度，能够长时间稳固地悬挂阳极，并且在氧气、氟化物等腐蚀性气体的高温环境下稳定工作；电解时阳极需要通过一定的直流电流强度，阳极与金属导电杆连接处的导电性要好，否则将增加阳极压降，增加能耗。因此，惰性阳极与金属导电杆的稳固有效连接，是铝电解惰性阳极工程化应用的关键技术。

然而，NiO-NiFe₂O₄基金属陶瓷惰性阳极与金属导电杆之间存在较大的材料性质差异，元素相互扩散困难，陶瓷与金属热膨胀系数的悬殊差距，连接处产生较大的热应力，易产生裂纹。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有梯度网状金属相结构的金属陶瓷惰性阳极及其与金属导电杆的连接方法。本发明提供的具有梯度网状金属相结构的金属陶瓷惰性阳极能够避免金属导电杆受热膨胀而导致阳极的损坏。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种具有梯度网状金属相结构的金属陶瓷惰性阳极，包括中心阳极1和包裹所述中心阳极1且由内到外依次设置的第一电极层2、第二电极层3和第三电极层4；所述中心阳极1的材质为45～60wt％Me-10～15wt％NiO-NiFe₂O₄，所述第一电极层2的材质为25～35wt％Me-10～15wt％NiO-NiFe₂O₄，所述第二电极层3的材质为15～20wt％Me-10～15％NiO-NiFe₂O₄，所述第三电极层4的材质为10～15wt％NiO-NiFe₂O₄，Me为Cu和/或Ni；

所述具有梯度网状金属相结构的金属陶瓷惰性阳极的一侧表面开有“圆台”状盲孔5，所述盲孔5最外端的横截面的直径大于最内端横截面的直径；

所述盲孔5贯穿所述第一电极层2、第二电极层3和第三电极层4并裸露出中心阳极1。

优选的，所述第一电极层2、第二电极层3和第三电极层4的厚度独立为25～35mm。

优选的，所述盲孔5的深度为80～100mm。