CN101220485A - 制氟碳阳极化学气相沉积热解碳抗极化涂层制备方法 - Google Patents
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Abstract
制氟碳阳极化学气相沉积热解碳抗极化涂层制备方法，采用C3H6和N2为碳源气对碳阳极进行化学气相沉积，获得热解碳涂层；采用硝酸镍水溶液作电镀液，对含热解碳涂层碳阳极电镀，电镀后超声清洗，烘干；真空下热处理，得到热解碳涂层与金属质点掺杂相结合的热解碳抗极化涂层。采用本发明，所得化学气相沉积热解碳涂层厚度均匀、与碳阳极基体结合紧密；以低石墨化、难极化的化学气相沉积热解碳封闭碳阳极表面孔隙，阻止电解液向电极内部渗入，保护电极内部结构；形成表面金属质点掺杂层，阻止不导电氟化石墨的产生，提高表面导电性能，阳极电流密度为0.1mA/cm2，有效防止碳阳极板的极化。
Description
技术领域
本发明涉及一种制氟碳阳极表面抗极化技术，特别是一种制氟碳阳极化学气相沉积热解碳抗极化涂层制备方法。
背景技术
制氟碳阳极是一种由无定形碳构成的先进碳材料，具有高强度、低石墨化度、较低电阻率、抗腐蚀，尤其是抗氟气腐蚀等特点，是工业电解制氟的关键材料。氟气主要用于核工业，是生产核燃料的主要化工原料。随着核工业发展对氟气需求的迅速增长，要求制氟碳阳极具备更高的制氟效率(阳极电流密度和平稳运行周期)。
制约碳阳极制氟效率提高的主要因素是碳阳极的极化。所谓极化，是指：电解制氟时，电解槽中产生的氟气与碳阳极中的石墨化组元反应，在阳极表面生成以共价型氟化石墨(CFX)为主的膜层。这种氟化石墨阻碍电子移动，显著降低KF-2HF电解液对阳极的润湿性能，是一种绝缘或导电性能差的化合物。它的存在将急剧降低电解效率，使制氟过程难以为继。与此同时，伴随极化而来的溶胀，将造成碳阳极板局部脱离、断裂。
当前主要采用的制氟碳阳极抗极化技术是碳阳极基体的非石墨化技术。即通过碳阳极各组元的非石墨化，延缓极化过程，提高碳阳极寿命。但由于碳是一种非均质混合物，工业生产过程中会不可避免混入石墨化组元，该方法的效果往往欠佳；而且，由于碳材料的导电性能随石墨化度降低而降低，基体的非石墨化亦将降低碳阳极的导电性能，影响阳极电流密度提高。
发明内容
为了解决制氟碳阳极的极化问题，本发明提供一种制氟碳阳极化学气相沉积难极化热解碳涂层制备方法，提高碳阳极的抗极化性能。
制氟碳阳极化学气相沉积热解碳抗极化涂层制备方法，包括如下步骤：
采用超声清洗碳阳极表面污渍；按气体体积百分比：C3H6 35％～65％、N2 65％～35％配制碳源气；将碳阳极置于化学气相沉积炉中，在炉温800～1200℃、炉压0.5～5KPa下沉积1～20h，控制炉内气体流向，获得与基体结合紧密、厚度均匀的热解碳涂层；按浓度1.5mol/l配制硝酸镍水溶液，用作电镀液，将碳阳极置于上述电镀液中，以电流密度0.6mA/cm2电镀5～15min；超声清洗碳阳极表面污渍，烘干；在1040℃、＜10Pa真空下热处理8～16h，得到热解碳涂层与金属质点掺杂相结合的热解碳抗极化涂层。
采用本发明，所得化学气相沉积热解碳涂层厚度均匀、与碳阳极基体结合紧密；以低石墨化、难极化的化学气相沉积热解碳封闭碳阳极表面孔隙，阻止电解液向电极内部渗入，保护电极内部结构；形成表面金属质点掺杂层，有利于电解制氟时形成导电离子型或半离子型石墨插层化合物层(CX’F)，阻止不导电氟化石墨的产生，提高表面导电性能，阳极电流密度大于0.1mA/cm2，有效防止碳阳极板的极化；化学气相沉积热解碳涂层与金属质点掺杂相结合，共同提高碳阳极的抗极化性能。
具体实施方式
结合本发明的内容提供以下实施例：
实施例1
首先，超声清洗碳阳极表面污渍、烘干。其次，按气体体积百分比：C3H6 35％、N2 65％配制碳源气。将碳阳极置于化学气相沉积炉中，控制炉温800℃、炉压5Kpa及炉内气体流向，沉积20h。再次，按浓度1.5mol/l配制硝酸镍水溶液，将碳阳极置于电镀液中，以电流密度0.6mA/cm2电镀5min。超声清洗碳阳极表面污渍并烘干。最后，在1040℃、＜10Pa真空下热处理8h。
实施例2
首先，超声清洗碳阳极表面污渍、烘干。其次，按气体体积百分比：C3H6 35％、N2 65％配制碳源气。将碳阳极置于化学气相沉积炉中，控制炉温1000℃、炉压3Kpa及炉内气体流向，沉积10h。再次，按浓度1.5mol/l配制硝酸镍水溶液，将碳阳极置于电镀液中，以电流密度0.6mA/cm2电镀10min。超声清洗碳阳极表面污渍并烘干。最后，在1040℃、＜10Pa真空下热处理12h。
实施例3
首先，超声清洗碳阳极表面污渍、烘干。其次，按气体体积百分比：C3H6 35％、N2 65％配制碳源气。将碳阳极置于化学气相沉积炉中，控制炉温1200℃、炉压1Kpa及炉内气体流向，沉积1h。再次，按浓度1.5mol/l配制硝酸镍水溶液，将碳阳极置于电镀液中，以电流密度0.6mA/cm2电镀15min。超声清洗碳阳极表面污渍并烘干。最后，在1040℃、＜10Pa真空下热处理16h。
实施例4
首先，超声清洗碳阳极表面污渍、烘干。其次，按气体体积百分比：C3H6 50％、N2 50％配制碳源气。将碳阳极置于化学气相沉积炉中，控制炉温900℃、炉压3Kpa及炉内气体流向，沉积5h。再次，按浓度1.5mol/l配制硝酸镍水溶液，将碳阳极置于电镀液中，以电流密度0.6mA/cm2电镀8min。超声清洗碳阳极表面污渍并烘干。最后，在1040℃、＜10Pa真空下热处理9h。
实施例5
首先，超声清洗碳阳极表面污渍、烘干。其次，按气体体积百分比：C3H6 50％、N2 50％配制碳源气。将碳阳极置于化学气相沉积炉中，控制炉温1100℃、炉压2Kpa及炉内气体流向，沉积3h。再次，按浓度1.5mol/l配制硝酸镍水溶液，将碳阳极置于电镀液中，以电流密度0.6mA/cm2电镀12min。超声清洗碳阳极表面污渍并烘干。最后，在1040℃、＜10Pa真空下热处理13h。
实施例6
首先，超声清洗碳阳极表面污渍、烘干。其次，按气体体积百分比：C3H6 65％、N2 35％配制碳源气。将碳阳极置于化学气相沉积炉中，控制炉温800℃、炉压4Kpa及炉内气体流向，沉积12h。再次，按浓度1.5mol/l配制硝酸镍水溶液，将碳阳极置于电镀液中，以电流密度0.6mA/cm2电镀5min。超声清洗碳阳极表面污渍并烘干。最后，在1040℃、＜10Pa真空下热处理9h。
实施例7
首先，超声清洗碳阳极表面污渍、烘干。其次，按气体体积百分比：C3H6 65％、N2 35％配制碳源气。将碳阳极置于化学气相沉积炉中，控制炉温900℃、炉压2Kpa及炉内气体流向，沉积8h。再次，按浓度1.5mol/l配制硝酸镍水溶液，将碳阳极置于电镀液中，以电流密度0.6mA/cm2电镀10min。超声清洗碳阳极表面污渍并烘干。最后，在1040℃、＜10Pa真空下热处理12h。
实施例8
首先，超声清洗碳阳极表面污渍、烘干。其次，按气体体积百分比：C3H6 65％、N2 35％配制碳源气。将碳阳极置于化学气相沉积炉中，控制炉温1000℃、炉压1Kpa及炉内气体流向，沉积5h。再次，按浓度1.5mol/l配制硝酸镍水溶液，将碳阳极置于电镀液中，以电流密度0.6mA/cm2电镀15min。超声清洗碳阳极表面污渍并烘干。最后，在1040℃、＜10Pa真空下热处理16h。
Claims (1)
1.制氟碳阳极化学气相沉积热解碳抗极化涂层制备方法，其特征在于：采用超声清洗碳阳极表面污渍；按气体体积百分比：C3H6 35％～65％、N2 65％～35％配制碳源气；将碳阳极置于化学气相沉积炉中，在炉温800～1200℃、炉压0.5～5KPa下沉积1～20h，控制炉内气体流向，获得与基体结合紧密、厚度均匀的热解碳涂层；按浓度1.5mol/l配制硝酸镍水溶液，用作电镀液，将含热解碳涂层碳阳极置于上述电镀液中，以电流密度0.6mA/cm2电镀5～15min；超声清洗碳阳极表面污渍，烘干；在1040℃、＜10Pa真空下热处理8～16h，得到热解碳涂层与金属质点掺杂相结合的热解碳抗极化涂层。
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