[發(fā)明專利]金剛石電極，其制造方法，和電解池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680044105.0
• 申請日: 2006-10-25
• 公開（公告）號: CN101316951A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發(fā)明（設計）人: 吉田茂;吉田克仁;高橋利也;井口剛壽;樋口文章
• 申請（專利權）人: 住友電工硬質(zhì)合金株式會社
• 主分類號: C25B11/03
• 分類號: C25B11/03;C23C16/27
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權代理有限責任公司
• 代理人: 梁曉廣;陸錦華

技術領域

本發(fā)明涉及用于污水處理或形成功能性水的金剛石電極及其制造方法。本發(fā)明還涉及使用這種金剛石電極的電解池，所述電解池用于形成臭氧水等。

背景技術

實施水的電解(下文稱做“電解”)是為了制造用于例如醫(yī)療護理和食品領域中的電解水，或為了清洗電子元件，或為了廢水處理。例如，水的電解已知是用于制造其中溶解有臭氧的水，即所謂臭氧水的方法。

臭氧水是一種功能性水，具有極強的氧化能力，并且通過所述氧化能力作為無菌水或清潔水用于醫(yī)療護理、清潔電子裝置等諸多領域中。為了通過將臭氧氣體溶解于水中而形成臭氧水，需要用于產(chǎn)生無雜質(zhì)的臭氧氣體并使其溶解在水中的裝置，然而該裝置尺寸增大并且復雜，同時難以獲得高純度的臭氧水。然而，根據(jù)通過電解純水而形成臭氧水的方法，可以容易地使裝置尺寸變小，并且可以容易地獲得高純度的臭氧水。

出色地起到催化劑作用的二氧化鉛、鉑等已知是用于這種電解的電極材料。然而，這種材料存在電極洗脫的問題，并且在需要高純度的臭氧水時，必須提供除用于去被洗脫的金屬雜質(zhì)的裝置，從而使所述裝置復雜化。

因此，通過添加摻雜劑如硼而被賦予導電性的導電金剛石作為取代上述材料的電極材料最近已經(jīng)引起注意。所述導電金剛石在化學上極其穩(wěn)定，在電解中不被洗脫并具有寬的電位范圍，因而臭氧可以從具有高電阻的純水中用使用這種導電金剛石的電極(下文稱做“金剛石電極”)進行電解而生成。

作為這種金剛石電極，例如日本專利公開第2005-336607號(專利文件1)公開了一種電極，其通過穿孔金剛石自支撐膜和使其成網(wǎng)狀(mesh)而獲得，目的是增加電極表面積和改善電解效率，其中所述的金剛石自支撐膜通過化學氣相沉積法(CVD)制備。然而，制備這種金剛石自支撐膜需要長的合成時間，從而導致高成本，同時所述金剛石自支撐膜容易變形和容易在所述金剛石自支撐膜和離子交換膜之間形成空隙。此外，用激光使所述膜成網(wǎng)狀的步驟也導致成本高。

因此，有人提出通過CVD在由閥金屬(valve?metal)，如鈦或鈮，構成的網(wǎng)狀或多孔基材上形成導電金剛石膜而獲得金剛石電極，并且在例如日本專利公開第9-268395號(專利文件2)、日本專利公開第2001-192874號(專利文件3)等中公開。然而，由鈦或鈮構成的基材的熱膨脹系數(shù)與金剛石的熱膨脹系數(shù)顯著不同，因而該電極在使用時容易引起因所述基材與金剛石間熱膨脹系數(shù)的差異而導致的巨大殘余應力。因此，所述導電金剛石和所述基材容易彼此分離，從而不利地縮短所述電極的壽命。

作為用于通過CVD覆蓋導電金剛石而形成金剛石電極的基材，導電硅基材也是已知的。在所述導電硅基材與金剛石之間的熱膨脹系數(shù)的差異是相對小的，因而所述導電硅基材具有輕微的因殘余應力所致的分離問題。然而，用導電硅形成網(wǎng)狀結構是困難的。換句話說，盡管在鈦或鈮的情況下，網(wǎng)狀結構基材可以輕易通過水平地拉伸具有大量小孔的平板而制造，但這種方法不能適用于導電硅，并且通常僅存在平板狀導電硅基材。因此，還沒有獲得采用導電硅基材的多孔金剛石電極。

專利文件1：日本專利公開第2005-336607號

專利文件2：日本專利公開第9-268395號

專利文件3：日本專利公開第2001-192874號

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題

本發(fā)明的目的是提供通過用導電金剛石覆蓋基材而制備的金剛石電極及其制造方法，所述金剛石電極具有低的制造成本，沒有變形和大的電極表面積的問題，能夠獲得高電解效率，幾乎不引起在所述導電金剛石(金剛石覆蓋層)與所述基材之間的分離，和具有長的使用壽命。

本發(fā)明的另一個目的是提供電解池，其使得用于形成臭氧水等的采用本發(fā)明的金剛石電極的裝置尺寸容易變小，以獲得高電解效率并具有長的使用壽命。

解決所述技術問題的技術方案

作為深入研究的結果，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以通過離子蝕刻法、采用氟代硝酸的溶液蝕刻法或噴砂法在平坦硅基材內(nèi)形成多個孔，并且可以通過用導電金剛石以此方式覆蓋具有多個孔導電硅基材的表面而獲得能夠達到高電解效率和幾乎不引起金剛石覆蓋層與基材之間分離的金剛石電極，并且基于這種認識完成本發(fā)明。

本發(fā)明的金剛石電極包含具有多個孔的導電硅基材和覆蓋該導電硅基材的導電金剛石。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的金剛石電極中，所述導電金剛石(1)覆蓋所述導電硅基材表面的至少90％，或(2)僅覆蓋所述導電硅基材的第一表面。