鋁電解用TiB-,2--Al-,2-O-,3-復(fù)合陰極材料的制備及導(dǎo)電性能與力學(xué)性能研究.pdf

1、本文在“973”計(jì)劃和“863”計(jì)劃的資助下，以設(shè)計(jì)開發(fā)一種新的TiB2/Al2O3復(fù)合陰極材料為目標(biāo)，研究固含量、酸添加量、膠溶溫度對氧化鋁溶膠粘度、粒度、穩(wěn)定性的影響，研究氧化鋁溶膠固含量及添加量、氧化鋁粉末添加量、碳纖維添加量、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間、燒結(jié)氣氛對復(fù)合陰極電阻率、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度的影響。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　 (1)隨著固含量和酸添加量的增大，氧化鋁溶膠的粘度增大；隨著膠溶溫度的提高，溶膠的粘度先增大后

2、減小。5％的溶膠粒度分布曲線的峰高最高、跨度最小，而10％與15％的溶膠粒度分布曲線均出現(xiàn)了多峰，跨度比較大，溶膠粒度不夠集中，溶膠相的均一度不如5％的溶膠；1％、2％、4％和5％酸添加量的溶膠粒度分布曲線出現(xiàn)了雙峰，溶膠的粒度分布不均勻、相均一性差，而3％酸添加量的溶膠粒度分布曲線為單峰，說明它們的粒度分布相對均勻、相均一性要好；45℃、65℃和125℃條件下膠溶的溶膠粒度分布曲線出現(xiàn)了雙峰，而85℃和105℃的條件下膠溶的溶膠粒度分

3、布曲線基本上為單峰，并且85℃的峰高較高且跨度最小，說明85℃下膠溶的溶膠性能要優(yōu)于105℃下膠溶的溶膠。5％、10％、15％固含量的溶膠的Zeta電位都在30mv以上，都是穩(wěn)定的膠體形態(tài)；隨著酸添加量和膠溶溫度的增大，溶膠的Zeta電位呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律。
　　 (2)溶膠固含量和添加量的增大可以提高TiB2/Al2O3復(fù)合陰極的電阻率和抗壓強(qiáng)度。隨著氧化鋁粉含量從0增大到20％，復(fù)合陰極的相對密度從93.43％降低到92

4、.06％，電阻率從1.47μΩ·m增大到2.45μΩ·m，抗壓強(qiáng)度從41.39MPa降低到16.41MPa。當(dāng)加入10％的氧化鋁粉時(shí)，復(fù)合陰極電阻率為1.75μΩ·m，抗壓強(qiáng)度為39.55MPa，其性能雖有變差但依舊良好。碳纖維含量從0.2％增大到1.0％，復(fù)合陰極電阻率從1.24μΩ·m減小到0.49μΩ·m，抗壓強(qiáng)度從35.24MPa增大到46.30MPa，抗彎強(qiáng)度從17.51MPa增大到24.73MPa；碳纖維含量從1.0％增大到

5、3.0％，復(fù)合陰極電阻率從0.49μΩ·m增大到1.13μΩ·m，抗壓強(qiáng)度從46.30MPa減小到13.19MPa，抗壓強(qiáng)度從24.73MPa減小到8.28MPa。當(dāng)碳纖維添加量為1％時(shí)，復(fù)合陰極的電阻率為0.49μΩ·m，抗壓強(qiáng)度為46.30MPa，抗彎強(qiáng)度為24.73MPa，性能最好。
　　 (3)燒結(jié)溫度(1300℃、1350℃、1400℃)和燒結(jié)時(shí)間(1h、3h、5h、7h、9h)對TiB2/Al2O3復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能

6、的影響研究結(jié)果表明：選擇15％固含量的氧化鋁溶膠，溶膠的添加量為25％，碳纖維添加量為1.5％的配方，在1400℃燒結(jié)3h制備的復(fù)合陰極的電阻率為1.47μΩ·m、抗壓強(qiáng)度為41.39MPa，綜合效果最佳。燒結(jié)氣氛（真空氣氛和還原性氣氛）對TiB2/Al2O3復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響研究結(jié)果表明：選擇15％固含量的氧化鋁溶膠，溶膠的添加量為25％，碳纖維添加量為1.5％的配方，在1400℃燒結(jié)3h，真空氣氛中制備的復(fù)合陰極電阻率為1.4