一种大规格金属陶瓷惰性电极及其制备方法技术

本发明专利技术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。

Large size cermet inert electrode and preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种大规格金属陶瓷惰性电极及其制备方法
本专利技术属于金属陶瓷材料制备
，具体涉及一种大规格金属陶瓷惰性电极及其制备方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术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，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术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。本专利技术的制备方法，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，另外本专利技术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。其中NiFe2O4-10NiO陶瓷复合粉末，是指NiO在NiFe2O4-10NiO陶瓷复合粉末中的质量分数为10wt％。进一步的优选，所述金属粉末选自Cu-20Ni合金粉末。其中Cu-20Ni合金粉末是指Ni在Cu-20Ni合金粉末中的质量分数为20％。优选的方案，所述助烧剂粉末为Y2O3粉末。优选的方案，所述金属氧化物陶瓷粉末的粒径为1.0～5.0μm，优选为2.0～3.0μm。优选的方案，所述助烧剂粉末的粒径为0.2～1.5μm。优选的方案，所述分散剂为选自脂肪酸类分散剂、脂肪族酰胺类分散剂、醇类分散剂中的至少一种。进一步的优选，所述分散剂选自3-丁烯胺、叔胺中的至少一种。优选的方案，所述分散剂的加入量为原料粉末质量的0.3～2.0％，优选为0.8～1.2％。优选的方案，所述有机单体选自甲基丙烯酸羟乙酯。优选的方案，所述有机单体的加入量为原料粉末质量的1.0～8.0％，优选为3.0～6.0％。优选的方案，所述有机溶剂选自异丙醇、正辛醇中的至少一种。优选的方案，所述原料粉末在混合料中的体积分数为25～40％，优选为30～35％。优选的方案，所述粘接剂的加入量为原料粉末质量的1～3％。优选的方案，所述粘接剂选自聚乙烯醇缩丁醛酯。优选的方案，所述球磨的时间为10～100h，优选为30～60h，球磨的转速为60～120r/min，优选为80～100r/min。优选的方案，所述金属陶瓷有机浆料的粘度为50～200mPa·S，优选为100～150mPa·S。在本专利技术的浆料配方以及球磨参数的协同下可以获得可获得低粘度、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。优选的方案，所述金属陶瓷复合粉末的粒径为8～20μm，优选为10～15μm。通过喷雾造粒干燥，获得流动性良好的金属陶瓷复合粉末。在本专利技术成型过程可以为压制成型也可以通过模具设计来获得具有一定中空或复杂外形的惰性阳极生坯，均可获得大规格金属陶瓷生坯。优选的方案，所述成型方式为冷等静压成型，所述冷等静压成型的压力为50～300MPa，优选为100～200MPa，保压时间为1～20min，优选为5～10min。优选的方案，所述金属陶瓷生坯的致密度为50～60％。通过上述压制成型工艺，控制金属陶瓷生坯的致密度为50～60％，最终使得所得生坯，在经有机单体的聚合反应后，所得强度最高。优选的方案，所述交联剂为1,6-己二醇二丙烯酸酯。优选的方案，所述交联剂蒸汽的压力为0.1～2.0MPa，优选为0.5～1.5MPa，反应的温度为0～80℃，优选为30～60℃，反应的时间为1～20h，优选为5～12h。在本专利技术中，将含有机单体甲基丙烯酸羟乙酯的生坯置于含交联剂蒸汽的环境下，通过在适当的蒸汽压力与温度下，使得有机单体与交联剂在一定的速度下交联反应，固化，从而使得生坯强度大幅增强，可以进行表面机加工，如转孔，表面铣削等，从而获得具有特定形貌的阳极生坯。优选的方案，所述脱脂的温度为400～600℃，脱脂的时间为2～20h。所述脱脂在真空环境下以及保护气氛下进行均可。优选的方案，所述烧结在保护气氛下进行，烧结的温度为1200～1400℃，烧结的时间为1～5h，气压为50Pa～5000Pa。所述保护气氛优选为氮气气氛。本专利技术还提供上述制备方法所制备的大规格金属陶瓷惰性电极。有益效果：本专利技术的制备方法通过添加分散剂，将金属陶瓷混合粉体、适量有机单体分散于有机溶剂；该混合料浆具有低粘度和高悬浮稳定性，使得球磨后的混合料均匀性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大规格金属陶瓷惰性电极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/n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。/n

【技术特征摘要】
1.一种大规格金属陶瓷惰性电极的制备方法，其特征在于：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。


2.根据权利要求1所述的一种大规格金属陶瓷惰性电极的制备方法，其特征在于：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，
所述助烧剂粉末为Y2O3粉末；
所述原料粉末在混合料中的体积分数为25～40％。


3.根据权利要求1所述的一种大规格金属陶瓷惰性电极的制备方法，其特征在于：
所述金属氧化物陶瓷粉末的粒径为1.0～5.0μm，
所述助烧剂粉末的粒径为0.2～1.5μm。


4.根据权利要求1所述的一种大规格金属陶瓷惰性电极的制备方法，其特征在于：
所述分散剂为选自脂肪酸类分散剂、脂肪族酰胺类分散剂、醇类分散剂中的至少一种；
所述分散剂的加入量为原料粉末质量的0.3～2.0％，；
所述有机单体选自甲基丙烯酸羟乙酯；
所述有机单体的加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊慧文，李志友，张雷，周科朝，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43