涂铜的二硼化钛制品制造技术

公开了新的涂铜的二硼化钛电极。所述涂铜的二硼化钛电极可以用于铝电解槽。在一个实施例中，一种方法包括将所述涂铜的二硼化钛电极安装在所述铝电解槽中并操作所述铝电解槽。在启动期间，所述铝电解槽可以被预热，且浴液可以由熔融电解质形成。氧化铝(Al2O3)可以被加入所述浴液中并还原成铝金属。所述涂铜的二硼化钛电极的至少一些铜膜可以被替换为铝膜，从而形成铝润湿的二硼化钛电极。而形成铝润湿的二硼化钛电极。而形成铝润湿的二硼化钛电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涂铜的二硼化钛制品

技术介绍

[0001]二硼化钛(TiB2)被用于各种行业，包括铝生产行业。共同拥有的美国专利第6,537,438号、第8,211,278号、第8,216,536号、第9,181,101号、第9,771,659号和第10,407,786号公开了二硼化钛和铝电解槽。

技术实现思路

[0002]概括地说，本专利申请涉及涂铜的二硼化钛电极以及其制造和使用方法。常规的二硼化钛材料在启动过程中和/或在铝电解槽中使用过程中可能会氧化，这导致了包括电解槽操作效率低下等一些问题。本文公开的涂铜的二硼化钛电极有利于减少或没有二硼化钛电极的氧化。举例来说，涂铜的二硼化钛电极可以限制/消除铝电解槽启动期间的氧化。此外，一旦电解槽达到合适的温度和/或涂铜的二硼化钛电极被适当地浸没在电解浴液中，铜涂层就可能被溶解，例如通过在TiB2电极表面处或附近产生的铝，形成金属铜和/或Al
‑
Cu合金。形成的金属(例如，Al
‑
Cu合金；金属Al或Cu)可能会流向铝电解槽的底部(例如，流向金属垫)，并按照正常的铝金属排放(aluminum metal tapping)程序去除。因此，本文公开的涂铜的二硼化钛电极有助于改进铝电解槽的启动和操作。
[0003]I.概述
[0004]现在参考图1，公开了根据本公开制造铝的方法(10)的一个实施例。在所绘示实施例中，方法(10)包括制造二硼化钛电极(100)、在二硼化钛电极上形成铜膜(200)以及在铝电解槽中使用涂铜的二硼化钛电极(300)的步骤。下面更详细地描述这些方法步骤中的各者。
[0005]正如可以理解的那样，这里描述的创造性方法不限于这个绘示的实施例。举例来说，在二硼化钛电极上形成铜膜的方法本身就具有独特的创造性，并且可以独立存在。类似地，在铝电解槽中使用涂铜的二硼化钛电极的方法也具有独特的创造性，并且可以独立存在。
[0006]II.二硼化钛电极生产
[0007]现在参考图2，在一个实施例中，一种方法包括制造(100)二硼化钛电极。在一个实施例中，制造步骤(100)包含烧结(110)二硼化钛粉末，从而至少部分地形成二硼化钛电极，例如，根据共同拥有的美国专利第8,211,278号。所形成的二硼化钛电极可以具有任何合适的形状(120)。在一个实施例中，所形成的二硼化钛电极呈板的形式(125)。下面提供了其它详细信息。
[0008]a.组成
[0009]在一个实施例中，用于制造二硼化钛电极的二硼化钛粉末通常包含二硼化钛(TiB2)。在一些实施例中，组合物包含(或主要由以下组成或由以下组成)二硼化钛和至少一种金属添加剂(例如，作为致密助剂)，余量是不可避免的杂质。在一些实施例中，金属添加剂包括Co、Fe、Ni和W，等等。在一个实施例中，电极包括(i)二硼化钛，(ii)约0.01至约0.75重量％的金属添加剂；以及(iii)余量是不可避免的杂质。在一个实施例中，金属添加
剂选自由Fe、Ni、Co和W以及其组合组成的群组。在一个实施例中，电极包括不超过约0.65重量％的金属添加剂。在其它实施例中，电极包括不超过约0.60重量％、或不超过约0.55重量％、或不超过约0.50重量％、或不超过约0.45重量％、或不超过约0.40重量％、或不超过约0.35重量％的金属添加剂。在一个实施例中，电极包括至少约0.025重量％的金属添加剂。在其它实施例中，电极包括至少约0.050重量％、或至少约0.075重量％、或至少约0.10重量％的金属添加剂。
[0010]在一种方法中，电极包括0.01至0.14重量％的Fe，0.01至0.14重量％的Ni，0.01至0.14重量％的Co，以及0.01至0.45重量％的W，余量是TiB2和不可避免的杂质，其中金属添加剂的总量不超过0.75重量％。在一个实施例中，电极包括各自不超过0.10重量％的Fe、Ni和Co。在另一个实施例中，电极包括各自不超过0.07重量％的Fe、Ni和Co。在另一个实施例中，电极包括各自不超过0.05重量％的Fe、Ni和Co。在一个实施例中，电极包括不超过0.30重量％的W。在一个实施例中，电极包括不超过0.20重量％的W。
[0011]如本文所用，“不可避免的杂质”等意思指除了上述金属添加剂和TiB2之外，组合物(例如电极)中可能包括的成分。由于用于生产组合物的固有制造工艺，组合物中可能包括不可避免的杂质。不可避免的杂质的实例包括O和C，等等。关于氧，这种元素可以作为杂质存在，其量至多为约2.0重量％。在一个实施例中，组合物中包括不超过约1.5重量％的O。在其它实施例中，组合物中包括不超过约1.25重量％的O、或不超过约1.0重量％的O、或不超过约0.75重量％的O、或不超过约0.5重量％的O或甚至更少。在某些情况下，电极中的氧含量可以为约0.5重量％，以避免在电极生产过程中出现异常的晶粒生长。
[0012]关于碳，这种元素可以作为不可避免的杂质存在，其量至多为约1.0重量％。在一个实施例中，组合物中包括不超过约0.9重量％的C。在其它实施例中，组合物中包括不超过约0.8重量％的C、或不超过约0.7重量％的C、或不超过约0.6重量％的C、或不超过约0.5重量％的C或甚至更少。
[0013]可以将金属添加剂的混合和匹配结合到组合物中。举例来说，组合物可以包括仅一种、两种或三种添加剂，而不是上述四种。在这些情况下，添加剂可以按类似于上述的量包括在组合物中，并且组合物可能被调整为包括稍微更多的这些添加剂，以考虑到其它添加剂的去除。在一些实施例中，可以使用Fe、Ni、Co和/或W的替代物，例如Cr、Mn、Mo、Pt、Pd，等等。这些金属添加剂替代物可以作为Fe、Ni、Co或W的主要金属添加剂的补充或替代使用。
[0014]b.电极制造、形状和特性
[0015]电极可以由具有类似于上述组成的粉末制成。在一个实施例中，电极可以使用常规的粉末烧结工艺制造，例如热压或无压烧结，以及其它粉末烧结工艺。烧结是一种由粉末制造物体的方法，且包括在烧结炉中将至少一种材料加热到低于其固相点或熔点(固态烧结)，并持续足够时间以使粉末颗粒相互粘附。可加入致密助剂，例如上述金属添加剂，以生产致密烧制的二硼化钛组合物主体。致密助剂通过在加热期间产生液相，能够降低能量(例如，温度和/或压力)并且减少/限制金属添加剂的总量，可以促进烧结。
[0016]关于烧结温度，可以通过在约1400℃至约2100℃之间的温度下烧结来生产电极。在一些实施例中，温度可以在约1600℃至约2000℃的范围内。在一个实施例中，使用压力辅助致密化工艺来生产电极。在这些实施例中，可在烧结期间施加约70到至少约350kg/cm2的压力。
[0017]如上所述，使用上述量的金属添加剂有利于粉末致密化成电极。在一个实施例中，选择金属添加剂，使得所生产的电极的密度是其理论密度的约80％至约99％。生产密度在此范围内的电极有利于在铝电解槽中长期使用(例如，使用碳阳极和/或惰性阳极)。如果密度太高，电极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，其包含：(a)制造二硼化钛电极；(b)在所述二硼化钛电极上形成铜膜，从而形成涂铜的二硼化钛电极。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述制造步骤(a)包含：烧结二硼化钛粉末，从而至少部分地形成所述二硼化钛电极。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述烧结包含热压和无压烧结中的至少一种。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述烧结包含将所述二硼化钛粉末加热至低于其固相点并持续足够时间以形成所述二硼化钛电极。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述加热包含加热至1400至2100℃的温度。6.根据权利要求2所述的方法，其中所述烧结包含施加70至350kg/cm2的压力。7.根据权利要求2所述的方法，其中所述二硼化钛粉末包含致密助剂。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述二硼化钛电极呈板的形式。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述二硼化钛电极的密度是其理论密度的约85％至约99％。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成步骤包含化学沉积或电镀。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述铜膜的标称厚度是10至200微米。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述铜膜是连续的并且至少部分地覆盖所述二硼化钛电极的外表面。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述铜膜的厚度均匀，其中所述铜膜的最大和最小厚度在所述铜膜的平均厚度的50％以内。14.根据权利要求1所述的方法，其包含：制备用于所述形成步骤(b)的所述二硼化钛电极，其中所述制备包含以下至少一种：(i)清洁所述二硼化钛电极；以及(ii)冲洗所述二硼化钛电极。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述清洁步骤包含使所述二硼化钛电极与一种或多种酸在室温至95℃的温度下接触。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述冲洗包含使所述二硼化钛电极与水接触。17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其包含：在铝电解槽中使用所述涂铜的二硼化钛电极。18.根据权利要求17所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴华，B，
申请(专利权)人：美铝美国公司，
类型：发明
国别省市：