專利名稱：鋁電解槽梯度功能硼化鈦陰極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁電解槽陰極，特別是涉及一種鋁電解槽用TiB2陰極材料及涂層的制備方法。
已有的鋁電解槽用陰極硼化鈦材料及涂層的制備方法是將熱固型樹脂與粉狀TiB2混合制備成涂料，單一配方，單層一次性涂刷于鋁電解陰極內(nèi)襯上，然后高溫固化、炭化制備成涂層。涂層中TiB2的含量分布是均勻的。鋁液與涂層的潤(rùn)濕性好壞取決于涂層中TiB2的含量，只有當(dāng) 鋁液與涂層之間才會(huì)具有優(yōu)良的潤(rùn)濕性，炭化后涂層的另一種主要的成分是碳，碳的含量越低，鋁液與之反應(yīng)生成Al4C3，涂層呈粉狀掉落的可能性就越小。可是，碳的含量越低，TiB2的含量越高，涂層與炭素陰極的熱膨脹性差異就越大，抗熱沖擊性能就差，兩者之間的粘接強(qiáng)度也越差，涂層就呈塊狀掉落。要提高粘接強(qiáng)度和抗熱沖擊的能力，縮小涂層與炭素陰極的熱膨脹性差異，就必須提高涂層中碳的含量，降低TiB2含量，這樣一來，涂層又會(huì)呈粉狀掉落，與鋁液反應(yīng)生成Al4C3的可能性也會(huì)變大。
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種抗熱沖擊性能好、粘接強(qiáng)度大，與鋁液潤(rùn)濕性良好的TiB2含量呈梯度變化的鋁電解槽用陰極材料的制備方法。
本發(fā)明為達(dá)到上述目的，采用的技術(shù)方案是將鋁電解槽用陰極硼化鈦涂層的單一配方改為多種配方，單層一次性涂刷法改為多層涂抹法，并且各層的TiB2含量呈梯度變化，具體步驟是一、涂抹二層糊料的制備方法(1)以配方①硼化鈦糊料往鋁電解槽用陰極上涂抹第一涂層，控制固化升溫制度為25-60℃10℃/h；60-120℃5℃/h；120-180℃9℃/h；180-220℃6℃/h；220-280℃8℃/h；(2)以配方②硼化鈦糊料往鋁電解槽用陰極上涂抹第二涂層，控制固化升溫制度為25-60℃10℃/h；60-120℃4℃/h；120-180℃8℃/h；180-210℃5℃/h；(3)控制炭化升溫制度為25-300℃25℃/h；300-600℃8℃/h；600-900℃12℃/h。
或者二、涂抹三層糊料的制備方法(4)以配方③硼化鈦糊料往鋁電解槽用陰極上涂抹第一涂層，控制固化升溫制度為25-60℃12℃/h；60-120℃8℃/h；120-180℃10℃/h；180-220℃8℃/h；220-300℃10℃/h。
(5)以配方④硼化鈦糊料往鋁電解槽用陰極上涂抹第二涂層，控制固化升溫制度為25-60℃9℃/h；60-120℃5℃/h；120-180℃9℃/h；180-220℃6℃/h；220-250℃7℃/h；(6)以配方⑤硼化鈦糊料往鋁電解槽用陰極上涂抹第三涂層，控制固化升溫制度為25-60℃10℃/h；60-120℃4℃/h；120-180℃8℃/h；180-210℃5℃/h；(7)控制碳化升溫制度為25-300℃25℃/h；300-600℃8℃/h；600-900℃12℃/h。
二層涂抹方法的配方如表1、2所示
表1第一層糊料配方①
表2第二層糊料配方②
三層涂抹方法的配方如表3、4、5
表3第一層糊料配方③
表4第二層糊料配方④
表5第三層糊料配方⑤
1.涂層糊料的配方在實(shí)際應(yīng)用中，可以多層涂抹，在保持優(yōu)良力學(xué)性能的同時(shí)，獲得較厚的涂層，一般只要涂刷2-3層就可以獲得性能良好的陰極材料。
2.制備方法的要點(diǎn)是控制每層糊料中固化劑的量和固化的升溫制度。最底層的固化劑含量最高，固化時(shí)間最快，固化溫度最高，然后依次遞減。
3.涂抹法多層涂抹TiB2涂層的方法制備梯度功能陰極材料，每一層的碳和TiB2含量都不一樣，與炭素陰極接觸的最底層，碳含量最高，然后依次遞減，面層的TiB2含量最高。涂層的成分呈梯度變化，致使陰極材料的性能呈梯度變化。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果充分表現(xiàn)為本發(fā)明降低TiB2涂層在炭化過程中的形變；提高了TiB2涂層與鋁電解槽陰極碳內(nèi)襯的粘接強(qiáng)度；獲得抗熱沖擊性能良好的涂層陰極材料；其表面與鋁液完全濕潤(rùn)，延長(zhǎng)了鋁電解槽用硼化鈦陰極材料及涂層的使用壽命。
下面結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步的說明。
實(shí)例1涂抹雙層的梯度功能陰極。
底、面層糊料配方見表6、7。
表6底層糊料配方實(shí)例
表7面層糊料配方實(shí)例
按表中劑量，混合配置好涂層糊料，將糊料涂抹于陰極炭塊上，依照前述的固化、炭化升溫制度、固化、炭化涂層，所得涂層的粘接強(qiáng)度大于基體炭素陰極的抗拉強(qiáng)度(2.7±0.2MPa)；從25℃，40分鐘，快速升溫至900℃，又從900℃迅速降至25℃，可循環(huán)8次以上；與鋁液完全潤(rùn)濕；厚度達(dá)10mm以上。
實(shí)例2涂抹三層的梯度功能陰極。
底、面層糊料配方見表8、9、10。
表8底層糊料配方實(shí)例
表9第二層糊料配方實(shí)例
表10面層糊料配方實(shí)例
按表中劑量，混合配置好涂層糊料，將糊料涂抹于陰極炭塊上，依照前述的固化、炭化升溫制度，固化、炭化涂層，所得涂層的粘接強(qiáng)度大于基體炭素陰極的抗拉強(qiáng)度(2.7±0.2MPa)；從25℃，在40分鐘內(nèi)，快速升溫至900℃，又從900℃迅速降至25℃，可循環(huán)10次以上；與鋁液完全潤(rùn)濕；厚度達(dá)10mm以上；無裂紋。
權(quán)利要求
1.鋁電解槽梯度功能硼化鈦陰極材料的制備方法，是將鋁電解槽用陰極硼化鈦涂層的單一配方改為多種配方，單層一次性涂刷法改為多層涂抹制備法，其特征在于一、涂抹二層糊料的制備方法(1)以配方①硼化鈦糊料往鋁電解槽用陰極上涂抹第一涂層，控制固化升溫制度為25-60℃10℃/h；60-120℃5℃/h；120-180℃9℃/h；180-220℃6℃/h；220-280℃8℃/h；(2)以配方②硼化鈦糊料往鋁電解槽用陰極上涂抹第二涂層，控制固化升溫制度為25-60℃10℃/h；60-120℃4℃/h；120-180℃8℃/h；180-210℃5℃/h；(3)控制炭化升溫制度為25-300℃25℃/h；300-600℃8℃/h；600-900℃12℃/h?；蛘叨?、涂抹三層糊料的制備方法(4)以配方③硼化鈦糊料往鋁電解槽用陰極上涂抹第一涂層，控制固化升溫制度為25-60℃12℃/h；60-120℃8℃/h；120-180℃10℃/h；180-220℃8℃/h；220-300℃10℃/h。(5)以配方④硼化鈦糊料往鋁電解槽用陰極上涂抹第二涂層，控制固化升溫制度為25-60℃9℃/h；60-120℃5℃/h；120-180℃9℃/h；180-220℃6℃/h；220-250℃7℃/h；(6)以配方⑤硼化鈦糊料往鋁電解槽用陰極上涂抹第三涂層，控制固化升溫制度為25-60℃10℃/h；60-120℃4℃/h；120-180℃8℃/h；180-210℃5℃/h；(7)控制碳化升溫制度為25-300℃25℃/h；300-600℃8℃/h；600-900℃12℃/h。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽梯度功能硼化鈦陰極材料的制備方法，其特征在于二層涂抹方法的配方如表1、2所示表1第一層糊料配方①
表2第二層糊料配方②
三層涂抹方法的配方如表3、4、5
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽梯度功能硼化鈦陰極材料的制備方法，其特征在于三層涂抹方法的配方如表3、4、5表3第一層糊料配方③
表4第二層糊料配方④
表5第三層糊料配方⑤
全文摘要
本發(fā)明鋁電解槽梯度功能硼化鈦陰極材料的制備方法，是將鋁電解槽用陰極硼化鈦涂層的單一配方改為多種配方，單層一次性涂刷法改為多層涂抹法，在制備過程中，嚴(yán)格控制固化升溫和炭化升溫制度，降低了TiB
文檔編號(hào)C04B35/58GK1443876SQ02107239
公開日2003年9月24日 申請(qǐng)日期2002年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月13日
發(fā)明者賴延清, 李慶余, 李劼, 楊建紅, 肖勁, 劉業(yè)翔 申請(qǐng)人:中南大學(xué)