[发明专利]一种大规格金属陶瓷惰性电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种大规格金属陶瓷惰性电极及其制备方法，所述制备方法为：将原料粉末、分散剂、有机单体，加入有机溶剂中获得混合料，然后于混合料中加入粘接剂，球磨获得金属陶瓷有机浆料，喷雾造粒，获得金属陶瓷复合粉末，成型获得金属陶瓷生坯，再将金属陶瓷生坯置于交联剂蒸汽中，反应，机加工，获得阳极生坯，脱脂、烧结即得大规格金属陶瓷惰性电极。该制备方法获得的金属陶瓷惰性具有如下效果，其中金属陶瓷的两相组织均匀，金属相因润湿性不好的烧结溢出问题得到明显缓解；金属陶瓷压坯经强化后具有较好的强度可满足机加工要求，金属陶瓷的轮廓形貌可为曲面等复杂形态，且金属陶瓷的最大等效外径可在150～400mm的尺寸。

技术领域

本发明属于金属陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种大规格金属陶瓷惰性电极及其制备方法。

背景技术

金属陶瓷材料因具有金属和陶瓷二者综合优异的性能，如优良的导电性能、抗热震性能、耐蚀性能等，使其成为铝电解惰性电极的优选材料体系。目前，惰性电极需要满足电连接，且其外形结构需与电解槽结构、电连接排布匹配，而呈现形态多样复杂化。基于目前常规碳素阳极的尺寸接近500mm，惰性阳极的规格也趋于大型化，其目标尺寸需达200～400mm。惰性阳极材料是无碳铝电解的基础，突破大规格且形态多样化金属陶瓷材料的高效制备具有重要的意义。

金属与陶瓷两相的熔点、密度、热导率、粉体分散特性等物化性质差异大，使其难以通过常规金属锻造方法，或陶瓷构件的湿法成型工艺来实现大规格形态较复杂的材料制备。粉末冶金工艺是制备金属陶瓷材料的有效方法，其主要通过将金属与陶瓷粉末进行均匀混合，然后将混合粉末经冷等静压制成坯体，再经烧结及后处理即可获得组织均匀且性能稳定的金属陶瓷材料。然而，粉末冶金工艺制备大规格金属陶瓷惰性电极存在以下两点问题：(1)氧化物陶瓷与铁、镍、铜、铬等金属或合金的润湿性差，若金属与陶瓷分布不均匀，容易造成最终烧结坯体残留孔隙以及金属相溢出；(2)冷等静压制备的大规格坯体的待加工强度不高，常常需要进行高温预烧结达到一定的收缩和强度，才可进行前期机加工，增加了制备成本和工艺不确定性。

发明内容

针对现有粉末冶金方法制备金属陶瓷惰性电极存在的孔隙率高、金属相易溢出以及生坯的强度低，无法直接加工的问题，本发明的目的在于提供一种大规格金属陶瓷惰性电极及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明一种大规格金属陶瓷惰性电极的粉末冶金制备方法，包括如下步骤：

将原料粉末、分散剂、有机单体，加入有机溶剂中获得混合料，然后于混合料中加入粘接剂，球磨获得金属陶瓷有机浆料，喷雾造粒，获得金属陶瓷复合粉末，成型获得金属陶瓷生坯，再将金属陶瓷生坯置于交联剂蒸汽中，反应，机加工，获得阳极生坯，脱脂、烧结即得大规格金属陶瓷惰性电极。

本发明的制备方法，通过将原料粉末、分散剂、有机单体置于有机溶剂中球磨，可获得低粘度、均匀分散的金属陶瓷浆料，可使烧结过程中金属陶瓷两相的界面扩散距离更短，从而获得更加均匀致密的金属陶瓷，另外本发明通过在陶瓷浆料中加入少量有机单体，然后浆料经喷雾造粒后进行冷等静压，获得一定规格的金属陶瓷生坯；之后将金属陶瓷压制坯体置于交联剂蒸汽中，诱导金属陶瓷生坯中有机单体与交联剂发生聚合反应，从而使得金属陶瓷生坯大幅增强，强度可满足机加要求，将压制坯体进行机加工以满足后续电连接结构，最后将金属陶瓷坯体进行高温脱脂和烧结，获得大规格金属陶瓷惰性电极。

优选的方案，所述原料粉末按质量份数计，其组成如下金属氧化物陶瓷粉末40～85份，金属粉末15～60份，助烧剂粉末0～5.0份；

所述金属氧化物陶瓷粉末选自镍、铁、铝、铜中的至少一种金属构成的金属氧化物陶瓷粉末中的至少一种，

所述金属粉末中的金属选自铁、铜、镍、铬中的至少一种。

优选的方案，所述金属氧化物陶瓷粉末为NiFe₂O₄-10NiO陶瓷复合粉末。