鋁電解TiB2-C復(fù)合陰極用煤瀝青的熱處理與無機(jī)粒子改性研究.pdf

1、論文在國家“863”計(jì)劃和國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目的資助下,以制備高強(qiáng)、低電阻、耐滲透型TiB2/C復(fù)合陰極材料為目標(biāo),對粘結(jié)劑煤瀝青進(jìn)行熱處理和無機(jī)粒子改性研究。考察了熱處理溫度、熱處理時間、無機(jī)粒子種類及添加量對改性煤瀝青結(jié)構(gòu)與性能的影響,采用改性煤瀝青作粘結(jié)劑制備TiB2/C復(fù)合陰極材料,研究了改性煤瀝青對復(fù)合陰極體積密度、開孔率、電阻率、抗壓強(qiáng)度和電解膨脹率的影響。獲得的主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)隨著熱處理溫度的升高和

2、熱處理時間的延長,改性煤瀝青的產(chǎn)率降低,軟化點(diǎn)、粘度、結(jié)焦值和表觀活化能增大。當(dāng)熱處理溫度從200℃升高到400℃,改性煤瀝青的結(jié)焦值從60.62wt.％增大到84.89wt.％。當(dāng)熱處理時間從0.5 h延長到4.0 h,改性煤瀝青的結(jié)焦值從61.84wt.％增大到76.20wt.％。
　　 (2)隨著無機(jī)粒子添加量的增加,改性煤瀝青的產(chǎn)率提高,結(jié)焦值增大。與同條件對比試樣相比,無機(jī)粒子改性煤瀝青的粘度和軟化點(diǎn)降低,表觀活化能減

3、小。當(dāng)添加量從2.5wt.％增加到15wt.％,Al2O3粒子改性煤瀝青的結(jié)焦值從62.44wt.％增大到67.14wt.％;TiB2粒子改性煤瀝青的結(jié)焦值從62.26wt.％增大到67.38wt.％。當(dāng)添加量為10wt.％,TiB2較Al2O3粒子改性煤瀝青相比對比試樣的表觀活化能有更大降低,降低了16.29％。
　　 (3)隨著煤瀝青熱處理溫度的升高和熱處理時間的延長,改性煤瀝青粘結(jié)復(fù)合陰極的開孔率降低,體積密度和抗壓強(qiáng)度增

4、大,電阻率和電解膨脹率先降低后增大。當(dāng)煤瀝青熱處理溫度從200℃升高到400℃,復(fù)合陰極體積密度從2.24 g/cm3增大到2.39g/cm3,開孔率從34.35 vol.％減小至27.22 vol.％,抗壓強(qiáng)度從24.23 Mpa增大到54.51 Mpa。當(dāng)煤瀝青熱處理時間從0.5 h延長到4.0 h,復(fù)合陰極體積密度從2.24 g/cm3增大到2.36 g/cm3,開孔率從35.11vol.％減小至29.50 vol.％,抗壓強(qiáng)度從

5、25.77MPa增大到43.18 Mpa。煤瀝青經(jīng)過300℃下2 h處理后,復(fù)合陰極的電阻率和電解膨脹率最小,相比原始煤瀝青粘結(jié)復(fù)合陰極分別降低了13.63％和28.57％。
　　 (4)隨著無機(jī)粒子添加量的增加,改性煤瀝青粘結(jié)復(fù)合陰極的體積密度增大,開孔率降低,抗壓強(qiáng)度先減小后增大;Al2O3粒子改性煤瀝青粘結(jié)復(fù)合陰極的電阻率先減小后增大,而TiB2粒子改性煤瀝青粘結(jié)復(fù)合陰極的電阻率逐漸減小;另外,無機(jī)粒子改性煤瀝青粘結(jié)復(fù)合陰

6、極具有更低的電解膨脹率。當(dāng)添加量從2.5wt.％增加到15wt.％,Al2O3粒子改性煤瀝青粘結(jié)復(fù)合陰極的體積密度從2.244g/cm3增大到2.265g/cm3,開孔率從34.33vol.％減小至32.35 vol.％。TiB2粒子改性煤瀝青粘結(jié)復(fù)合陰極的體積密度從2.254 g/cm3增大到2.302 g/cm3,開孔率從34.28 vol.％減小至32.00 vol.％。當(dāng)添加量為10wt.％時,TiB2較Al2O3粒子改性煤瀝青