[發(fā)明專利]一種鎳基金屬氧化物陶瓷惰性陽(yáng)極、制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611220509.2
• 申請(qǐng)日: 2016-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107083510B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 焦樹(shù)強(qiáng);葛建邦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C29/12
• 分類號(hào): C22C29/12;C22C32/00;C25C7/02;C22C1/05;C22C1/10;C25B11/04;B22F3/02;B22F3/10
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發(fā)明涉及陶瓷?金屬?gòu)?fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種金屬鎳氧化物陶瓷材料惰性陽(yáng)極，具有金屬相和陶瓷相，金屬相由主成分Ni和Cu、Co、Zn、Cr、Ag、Fe、Al、V等元素中選取1~2種組成，氧化物相由CaO及TiO₂相組成；惰性陽(yáng)極經(jīng)氧化物和金屬粉的普通球磨，壓制成形和保護(hù)氣氛燒結(jié)與加工等步驟制成。本發(fā)明具有導(dǎo)電性好，抗高溫氧化性強(qiáng)、抗熔鹽化學(xué)腐蝕及電化學(xué)腐蝕性強(qiáng)、抗熱沖擊性能好，價(jià)格相對(duì)低廉的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的惰性陽(yáng)極用于氯化物熔鹽體系中的電解工藝，可作為碳素陽(yáng)極的替代物，解決其高消耗高CO₂排放的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鎳基金屬氧化物陶瓷惰性陽(yáng)極、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

在含氧化物或碳酸鹽的氯化物熔體中電解還原制備金屬及碳質(zhì)材料是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)（G.Z.Chen, et al. Nature, 2000(407), 361-364; H.Y.Yin, et al. Energy& Environmental Science, 2013(6),1538-1545）。

目前在氯化物熔鹽體系常用的惰性陽(yáng)極主要有金屬和氧化物陽(yáng)極。金屬惰性陽(yáng)極材料多為金屬鉑、銥、鎳基及銅基金屬合金，該類陽(yáng)極導(dǎo)電性極佳，易于處理和連接，但貴金屬材料價(jià)格昂貴，在氯化物熔體中不夠穩(wěn)定，腐蝕速度過(guò)快；氧化物陽(yáng)極材料多為二氧化錫，但其長(zhǎng)時(shí)間使用后電極表面會(huì)形成鈍化膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)中氯化物熔體中惰性陽(yáng)極材料昂貴及不穩(wěn)定的不足，提供一種穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低廉及適用于氯化物熔鹽體系中的鎳基金屬氧化物陶瓷惰性陽(yáng)極。

金屬陶瓷陽(yáng)極綜合考慮了金屬惰性陽(yáng)極材料和氧化物陽(yáng)極材料兩者優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，金屬陶瓷陽(yáng)極的導(dǎo)電性介于金屬與氧化物之間，其腐蝕速度取決于所選金屬和氧化物的種類。TiO₂和CaO具有高熔點(diǎn)、高電化學(xué)穩(wěn)定性和低成本等優(yōu)點(diǎn)，在氯化物熔體中也表現(xiàn)出極強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕性。金屬鎳在氯化物熔鹽體系中表現(xiàn)出較高的溶解電位，將其與TiO₂及CaO等氧化物結(jié)合所得的陶瓷陽(yáng)極具開(kāi)發(fā)潛力，這對(duì)于研究氯化物或其他熔鹽體系中的具有廣泛使用價(jià)值的惰性陽(yáng)極具有重要意義。

本發(fā)明一種鎳基金屬氧化物陶瓷惰性陽(yáng)極，該陽(yáng)極具有金屬相和氧化物陶瓷相，其中金屬相總量為40%-60 wt%，氧化物相總量為60-40 wt%。

進(jìn)一步的，所述金屬相主成分為Ni，為改善耐腐蝕性能，添加額外1~2種金屬元素，該1~2種金屬元素每種金屬元素添加量占所述金屬相的10-30 wt%，從以下元素中選取：Cu、Co、Zn、Cr、Ag、Fe、Al、V；所述氧化物相由CaO和TiO₂組成，其中CaO含量為25.85~58.39 wt%，TiO₂含量為74.15-41.61 wt%。

本發(fā)明還提供了一種鎳基金屬氧化物陶瓷惰性陽(yáng)極的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、將CaO和TiO₂按（25.85~58.39wt%）：（74.15-41.61wt%）的比例進(jìn)行稱重、混勻，并在900℃的馬弗爐中煅燒4-6小時(shí)，對(duì)燒結(jié)塊體后研磨得氧化物相粉末；

步驟二、用普通球磨法制取金屬氧化物均勻混合粉：稱取金屬混合粉末，與步驟一所制備的氧化物粉末按（40-60 wt%）：（60-40 wt%）的比例混合，一同放入球磨機(jī)中，進(jìn)行12小時(shí)的干磨；所述金屬混合粉末的主成分為Ni，添加額外1~2種金屬元素，該1~2種金屬元素每種金屬元素添加量為10-30 wt%，從以下元素中選取：Cu、Co、Zn、Cr、Ag、Fe、Al、V；

步驟三、物料壓制成形，采用模壓法進(jìn)行單向壓制，成形壓力為12 Mpa，保壓時(shí)間為1~3分鐘，所制塊體直徑為20 mm，高度約為3 mm；