CN101851767B - 金属熔盐电解用陶瓷基阳极及其制备与组装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种金属熔盐电解用陶瓷基阳极及其制备与组装方法，该阳极的制备方法，包括混料、成形、有机物脱除与烧结步骤；装配方法包括陶瓷基阳极与金属导杆的连接方法和阳极组的组装方法，其中阳极与金属导杆的连接方法包括阳极导杆的制备、填充料的选择与配制、装配、干燥、扩散焊接步骤，阳极组的组装方法包括组装夹具的制备及阳极的组装步骤；所制备的陶瓷基阳极具有96％以上的相对密度，具有较好的耐腐蚀性能、导电性能和力学性能，具有较高的电连接强度和较好的连接稳定性，解决了陶瓷基阳极电连接困难和电解应用稳定性差的问题，采用本方法所得阳极组更加适用于现行电解槽的槽型结构，为实现陶瓷基阳极的规模电解应用提供保障。
Description
技术领域
本发明属于有色金属的熔盐电解法提取用陶瓷基阳极及其制备领域，特别涉及金属熔盐电解用陶瓷基阳极及其制备与组装方法。
背景技术
现行熔盐电解制备有色金属的工艺中多采用碳素阳极材料，不仅消耗大量优质碳素材料，排放大量温室效应气体CO2和致癌性碳氟化合物，造成严重的环境污染，而且采用碳素阳极也是现行铝电解工艺的高能耗、高成本等问题的主要原因，而非自耗阳极或称惰性阳极因能解决上述问题而有望实现熔盐电解技术的革命。非自耗阳极的使用在生产过程中不需要周期性地更换阳极，因而生产稳定，电解槽维护费用低；非自耗阳极电解过程析出氧气，不排放CO2和致癌性碳的氟化合物，满足了熔盐电解技术的环保要求；通过优化电解槽结构，降低阳极极距，非自耗阳极可有效降低金属电解生产的用电成本，并实现电解过程的低能耗目标。
熔盐电解对其所采用的非自耗阳极提出了严格的要求，主要包括：阳极在其所应用的电解质环境下可耐受电解质的腐蚀，溶解度小；能耐受新生态氧的氧化腐蚀；有良好的导电性能；机械强度高，抗热震性强，使用过程中不易发生脆裂；容易加工成型，易于与金属导体连接；原料易得，造价低廉。目前，陶瓷基阳极因具有较强的耐腐蚀性能和良好的导电性能而成为最有希望实现工业化应用的非自耗阳极，但由于陶瓷基阳极存在材料致密度低、与金属导杆连接困难及连接结构电解工作稳定性差、阳极组装结构设计不合理、电解工艺技术不完善等问题，导致陶瓷基阳极难以实现规模化电解应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属熔盐电解用陶瓷基阳极及其制备与组装方法，采用本专利技术所制备的陶瓷基阳极具有96％以上的相对密度，具有较好的耐腐蚀性能、导电性能和力学性能，在解决电解质对阳极的渗透腐蚀问题的同时大幅度提高了陶瓷基阳极的综合性能；具有较高的电连接强度和较好的连接稳定性，解决了陶瓷基阳极电连接困难和电解应用稳定性差的问题；本发明优化设计了陶瓷基阳极组的组装方法，使其更加适用于现有电解槽的槽型结构，为其规模化电解应用提供了保障。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种金属熔盐电解用陶瓷基阳极，其特征在于，包括阳极本体和金属导杆，所述的阳极本体的一端设有纵向内孔；所述的金属导杆插在所述的纵向内孔中，阳极本体和金属导杆通过扩散焊接的方式实现连接。
所述的阳极本体的材料组分为：镍铁氧体：75～95wt％；氧化亚镍：0～15wt％；氧化锌：0～2wt％；氧化铜：0～5wt％；氧化镱：0～2wt％；氧化钇：0～2wt％；氧化锆：0～2wt％；金属镍：0～25wt％；金属铜：0～25wt％；金属钴：0～5wt％；金属银：0～5wt％；金属铝：0～2wt％；组分中的金属相为元素粉末混合物或合金粉末；所述陶瓷基阳极的外形为含有纵向内孔的圆柱体、长方体或棱柱体。
金属导杆材料为由Ni，Fe，Cu，Al，Zn，Mg，Ti，Co，Sn，Si，Li，Zr，Nb，Ta，Cr，Ti，W，Hf，Y中三种或多种组合物所构成的合金材料；所述金属导杆采用真空铸造制备，金属导杆的外形为带有T型端部的圆柱体，导杆上部具有纵向凹槽或径向凹槽或螺纹结构。
所述的阳极本体的制备方法包括以下步骤：
1)混料
按照以下配比称取物料：镍铁氧体：75～95wt％；氧化亚镍：0～15wt％；氧化锌：0～2wt％；氧化铜：0～5wt％；氧化镱：0～2wt％；氧化钇：0～2wt％；氧化锆：0～2wt％；金属镍：0～25wt％；金属铜：0～25wt％；金属钴：0～5wt％；金属银：0～5wt％；金属铝：0～2wt％；将所称取的物料与分散介质、有机添加剂一同进行球磨混料，有机添加剂的加入量小于物料总质量的3wt％；分散介质的加入质量与物料总质量的比值为0.6～1.5∶1；所述的分散介质为：酒精、汽油或去离子水；所述的有机添加剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸脂、甲基纤维素、石蜡、橡胶、硬脂酸、硬质酸锌中的至少一种；球磨后所得浆料经干燥处理后，得到粒度为50～200微米的混合料粉末；
2)成形
阳极本体采用钢模压制或冷等静压成形；钢模压制、冷等静压成型的压制压力为80～200MPa，在成形后的阳极上直接加工阳极纵向内孔后获得阳极压坯；
3)有机物脱除与烧结
将所得阳极压坯在真空炉或可控气氛炉内进行有机物的脱除和烧结；有机物脱除温度为60℃～600℃，升温速率小于1℃/min；阳极材料的目标烧结温度为1250℃～1450℃，保温时间2～10h，阳极烧结过程中控制烧结气氛中的氧气含量为100～4000ppm；所得阳极烧结坯即为金属熔盐电解用陶瓷基阳极本体。
采用扩散焊接方法将阳极本体和金属导杆进行连接，具体步骤如下：
1)填充料的选择与配制：
阳极本体与金属导杆连接用填充料由以下物料中多种成分的组合物构成：氧化铁，镍铁氧体，氧化亚镍，磷酸二氢铝，氧化铝，氧化锌，氧化银，氧化锆，氧化铜，Ni，Fe，Cu，Al，Ti和Ag；其中填充料中金属相含量大于30wt％，其余为陶瓷相。
配制填充料时，先将所选填充料粉体混合均匀，然后加入占填充料5～20wt％的酒精或丙酮，再次混合均匀，由此制得的填充料浆料待用；
2)装配
将所述的填充料浆料装填入阳极本体的纵向内孔，然后将金属导杆插入浆料中，控制金属导杆底部距离阳极本体的纵向内孔底部1～12mm，控制金属导杆与阳极的纵向内孔内壁间的距离在0.3～12mm之间，然后固定阳极本体和金属导杆的相对位置，形成具有阳极本体、填充料和金属导杆的装配体；
3)干燥、扩散焊接
将上一步骤所得的装配体在120～150℃下干燥后，加热至960～1250℃温度下进行扩散焊接处理，扩散焊接过程中在干燥的填充料上施加小于20MPa的压力，扩散焊接时间2～8h，之后随炉冷却到室温，即完成金属熔盐电解用陶瓷基阳极的制备。
一种金属熔盐电解用陶瓷基阳极的组装方法，其特征在于，将前述的金属熔盐电解用陶瓷基阳极安装到阳极组组装夹具上；具体安装方法为将陶瓷基阳极的金属导杆与阳极组组装夹具间进行机械连接，阳极组组装夹具连接到电解槽的阳极钢棒上，从而实现金属熔盐电解用陶瓷基阳极与电解槽母线间的电流导通，每个阳极组组装夹具上采用交错或并排排列的方式设置不少于4个陶瓷基阳极。
阳极组装夹具由碳钢经机加工获得。
本方法适用于所有采用陶瓷基材料作为阳极的熔盐电解金属制备工艺技术，特别针对金属铝、金属硅的电解生产。本发明所述的方法包含各种形状和尺寸规格的陶瓷基阳极、阳极金属导杆的制备方法，阳极金属导杆与阳极的连接方法及阳极组的装配方法；
阳极芯部沿纵向开有至少一个内孔，该内孔用于陶瓷基阳极与金属导杆的连接，阳极内孔的内侧具有至少一个凹槽结构，该凹槽有助于减小阳极材料上的应力，并起到对阳极的锁紧和支撑作用；陶瓷基阳极的基本外形结构可参见附图1，附图1是陶瓷基阳极结构示意图，其中图1(A)为开有纵向内孔的圆柱体阳极，图1(B)为开有纵向内孔且内孔内壁开有凹槽的圆柱体阳极，图1(C)为开有纵向内孔的长方体阳极，图1(D)为开有纵向内孔且底面倾斜的长方体阳极。所示陶瓷基阳极的径向和纵向外观尺寸均大于100mm；
金属导杆的制备方法为真空铸造；金属导杆的外形为开有横向、纵向凹槽或螺纹的圆柱体，该圆柱体的一端设置有T型头部，以增强导杆的承载力及改善电流分布状态。金属导杆的外形结构可参见附图2，附图2是陶瓷基阳极用金属导杆结构示意图，图2(A)为带有T型端部的圆柱体金属导杆，图2(B)为带有T型端部且开有纵向凹槽的圆柱体金属导杆，图2(C)为带有T型端部且开有径向槽的圆柱体金属导杆，图2(D)为带有T型端部、开有径向凹槽且T型端部为倾斜结构的圆柱体金属导杆。
本发明——金属熔盐电解用陶瓷基阳极的制备及组装方法，所述的陶瓷基阳极与金属导杆间的连接方法采用扩散焊接工艺实现，该方法所制备的连接接头具有强度高、抗高温蠕变性能好、导电性能优良、结构及界面结合稳定等特点，可长时间应用于电解工况条件下。
陶瓷基阳极与金属导杆连接后的结构示意图可参见附图3和附图4。附图3是圆柱体阳极与金属导杆的连接结构示意图，其中1为圆柱体阳极，2为带有T型端部的圆柱体金属导杆，3为扩散焊接填充料。附图4是长方体阳极与金属导杆的连接结构示意图，其中4为长方体阳极，5为扩散焊接填充料，6为带有T型端部的圆柱体金属导杆。
本发明——金属熔盐电解用陶瓷基阳极的制备及组装方法，其特征在于：陶瓷基阳极组的装配方法为采用交错或并排排列的方式将阳极上的金属导杆组装到阳极组组装夹具上，阳极组装夹具由碳钢经机加工获得，金属导杆与阳极组组装夹具间采用机械连接，通过阳极组组装夹具与阳极导电钢棒连接后即可实现阳极与电解槽母线间的电流导通；每个阳极组所含阳极数量可根据所应用的铝电解槽的实际情况确定，通常为4～15个，而阳极组组装夹具上则预留有相应数量的组装位。
阳极组的装配结构可参见附图5的示意结构。附图5是圆柱体阳极组的装配示意图，图中显示了含有8支阳极的阳极组的装配结构，其中7为圆柱体陶瓷基阳极，8为阳极组组装夹具，9为阳极导电钢棒。
本发明的优点与效果：
采用本发明所制备的陶瓷基阳极具有96％以上的相对密度，具有较好的耐腐蚀性能、导电性能和力学性能，其中阳极900℃时的电阻率≥150μΩ·m，室温抗弯强度≥150MPa；所得陶瓷基阳极在解决了电解质对阳极的渗透腐蚀问题的同时大幅度提高了陶瓷基阳极的综合性能，其中阳极在Na3AlF6-AlF3电解质体系中，初晶温度为940℃、过热度为10℃、电流密度为0.8A/cm2、氧化铝饱和条件下，惰性阳极材料腐蚀率≤2cm/a；在Na3AlF6-K3AlF6-AlF3电解质体系中，初晶温度为880℃、过热度为20℃、电流密度为0.8A/cm2、氧化铝饱和条件下，惰性阳极材料腐蚀率≤1cm/a。
采用本方法所获金属导杆材料的电流承载能力≥60A/cm2，900℃空气中表面氧化膜生成厚度≤3mm/a，铝电解工艺条件下平均腐蚀速率≤6mm/a；采用本方法可使陶瓷基阳极与金属导杆间的连接结构具有较高的强度和较好的连接稳定性，连接结构的抗拉强度≥20MPa，连接结构在900℃时的电阻率≤80μΩ·m，解决了陶瓷基阳极电连接困难和电解应用稳定性差的问题。
本方法优化设计了陶瓷基阳极组的组装方法，所得阳极组更加适用于现行电解槽的槽型结构，为实现陶瓷基阳极的规模化电解应用提供保障。
附图说明
图1是陶瓷基阳极结构示意图，其中图1(A)为开有内孔的圆柱体阳极，图1(B)为开有内孔且内孔内壁开有凹槽的圆柱体阳极，图1(C)为开有内孔的长方体阳极，图1(D)为开有内孔且底面倾斜的长方阳极。
图2是陶瓷基阳极用金属导杆结构示意图，其中图2(A)为带有T型端部的圆柱体金属导杆，其中图2(B)为带有T型端部且开有纵向凹槽的圆柱体金属导杆，其中图2(C)为带有T型端部且开有径向槽的圆柱体金属导杆，其中图2(D)为带有T型端部、开有径向凹槽且T型端部为倾斜结构的圆柱体金属导杆。
图3是圆柱体阳极与金属导杆的连接结构示意图，其中1为圆柱体阳极，2为带有T型端部的圆柱体金属导杆，3为扩散焊接填充料。
图4是长方体阳极与金属导杆的连接结构示意图，其中4为长方体阳极，5为扩散焊接填充料，6为带有T型端部的圆柱体金属导杆。
图5是圆柱体阳极组的装配示意图，图中显示了含有8支阳极的阳极组的装配结构，其中7为圆柱体陶瓷基阳极，8为阳极组组装夹具，9为阳极导电钢棒。
具体实施方式
下面结合附图，详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1：
1、陶瓷基阳极的制备：
陶瓷基阳极的原料构成：镍铁氧体(NiFe2O4)-80wt％，氧化亚镍(NiO)-5wt％；氧化铜(CuO)-5wt％；氧化钇(Y2O3)-1wt％；金属镍(Ni)-8wt％；金属银(Ag)-1wt％。
陶瓷基阳极的制备工艺：将所选物料与去离子水、含量2wt％的聚乙二醇一同进行球磨混料，混料过程采用球料质量比＝2∶1，固液质量比＝6∶4，球磨混料时间为4h，所得浆料经干燥处理后，获得中间粒径为120μm的混合料粉末；采用冷等静压制将混合料压制成圆柱状压坯，压制压力为80～200MPa，采用机加工获得阳极内孔及孔内的槽结构，所制备的阳极结构参见附图1(B)；将所得阳极压坯在可控气氛炉内进行有机物的脱除和烧结，其中有机物脱除目标温度600℃，有机物脱除的升温速率为0.1℃/min，阳极的目标烧结温度为1350℃，保温时间6h，阳极烧结过程中的烧结气氛中的氧气含量控制在100～400ppm间；
2、金属导杆的制备
金属导杆的材料构成：Ni-55wt％，Fe-30wt％，Cu-10wt％，Al-2wt％，Cr-2wt％，Y-1wt％。
金属导杆的制备方法为真空铸造；金属导杆经机加工后的外形可参见附图2(B)。
3、陶瓷基阳极与金属导杆的组装
(1)填充料的选择与配制：
填充料构成：镍铁氧体(NiFe2O4)-20wt％，氧化亚镍(NiO)-5wt％，磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)--20wt％，氧化银(Ag2O)--4wt％，氧化铜(CuO)--20wt％，Cu--26wt％、Ni--5wt％；
按要求称取所选上述材料后，加入占上述材料质量50wt％的酒精混合均匀待用；
(2)装配
将上一步骤所得浆料装填入阳极内孔，浆料加入时采用超声震动阳极，然后将金属导杆缓慢插入浆料中，直至连杆底部距离阳极内孔底部10mm，固定该结构。
(3)干燥
将装配好金属导杆的阳极在120～150℃下干燥8～24h后冷却至室温。
(4)陶瓷基阳极与金属导杆的扩散焊接
将完成导杆装配和干燥步骤的阳极置于保护气氛电炉中进行扩散焊接，扩散焊接目标温度为1100℃，保温时间为4h，扩散焊接时采用氮气作为保护气氛。该过程中，在填充料料层上施加10MPa的压力。
陶瓷基阳极与金属导杆连接后的结构参见附图3。
6、阳极组的组装
阳极组装夹具由碳钢经机加工获得；
阳极组的装配采用并排排列的方式，将阳极上的金属导杆组装到阳极组组装夹具上，金属导杆与阳极组组装夹具间采用螺栓连接，阳极组组装夹具直接焊接到阳极钢棒上。每个阳极组含4个或8个阳极，组装好的阳极组的结构参见附图5。
实施例2：
1、陶瓷基阳极的制备：
陶瓷基阳极的原料构成：镍铁氧体(NiFe2O4)--73wt％，氧化亚镍(NiO)-10wt％；氧化铜(CuO)-2wt％；金属镍(Ni)-3.4wt％；金属铜(Cu)-11.6wt％。
陶瓷基阳极的制备工艺：将所选物料与去离子水、含量2wt％的聚乙稀醇一同进行球磨混料，混料过程采用球料质量比＝2∶1，固液质量比＝6∶4，球磨混料时间为4h，所得料浆经干燥处理后，获得中间粒径为100μm的混合料粉末；采用冷等静压制将混合料粉末压制成圆柱状压坯，压制压力为120～150MPa，，采用机加工获得阳极内孔及孔内的槽结构，所制备的阳极结构参见附图1(A)；将所得阳极压坯在可控气氛炉内进行有机物的脱除和烧结，其中有机物脱除目标温度600℃，有机物脱除的升温速率为0.05℃/min，阳极的目标烧结温度为1320℃，保温时间4h，阳极烧结过程中的烧结气氛中的氧气含量控制在200～600ppm间；
2、金属导杆的制备
金属导杆的材料构成：Ni-63wt％，Fe-9wt％，Cr-25wt％，Al-2.2wt％，Zr-0.5wt％，Ti-0.3wt％。
金属导杆的制备方法为真空铸造；金属导杆经机加工后的外形可参见附图2(A)。
3、陶瓷基阳极与金属导杆的组装
(1)填充料的选择与配制：
填充料构成：镍铁氧体(NiFe2O4)-45wt％，氧化亚镍(NiO)-5wt％，Ag-1wt％，Cu-25wt％，Ni-22wt％，Al-2wt％；
按要求称取所选上述材料后，加入占上述材料质量50wt％的酒精混合均匀待用；
(2)装配
将所得浆料装填入阳极内孔，然后将金属导杆缓慢插入浆料中，直至连杆底部距离阳极内孔底部6mm，固定该结构。
(3)干燥
将装配好金属导杆的阳极在120～150℃下干燥24h后冷却至室温，待用。
(4)陶瓷基阳极与金属导杆的扩散焊接
将完成导杆装配及干燥步骤后的阳极置于保护气氛电炉中进行扩散焊接，扩散焊接目标温度为1150℃，保温时间为6h，扩散焊接时用氮气作为保护气氛。该过程中在间层物料上施加12MPa的压力。
陶瓷基阳极与金属导杆连接后的结构参见附图3。
6、阳极组的组装
阳极组装夹具由碳钢经机加工获得；
阳极组的装配采用交错排列的方式，将阳极上的金属导杆组装到阳极组组装夹具上，金属导杆与阳极组组装夹具间采用螺栓连接，阳极组组装夹具直接焊接到阳极钢棒上。每个阳极组含有5或11个阳极。
实施例3：
1、陶瓷基阳极的制备：
陶瓷基阳极的原料构成：镍铁氧体(NiFe2O4)-73wt％，氧化亚镍(NiO)-10wt％；金属镍(Ni)-15wt％；金属银(Ag)-2wt％。
陶瓷基阳极的制备工艺：将所选物料与去离子水、含量2wt％的聚乙稀醇一同进行球磨混料，混料过程采用球料质量比＝2∶1，固液质量比＝6∶4，球磨混料时间为4h，所得料浆经干燥处理后，获得中间粒径为80μm的混合料粉末；采用冷等静压制将混合料粉末压制成圆柱状压坯，压制压力为120～150MPa，采用机加工获得阳极内孔及孔内的槽结构，所制备的阳极结构参见附图1(C)；将所得阳极压坯在可控气氛炉内进行有机物的脱除和烧结，其中有机物脱除目标温度600℃，有机物脱除的升温速率为0.05℃/min，阳极的目标烧结温度为1300℃，保温时间4h，阳极烧结过程中的烧结气氛中的氧气含量控制在200～600ppm间；
2、金属导杆的制备
金属导杆的材料构成：Ni-11wt％，Fe-65wt％，Cr-21wt％，Si-1.7wt％，Al、Ti总含量1.3wt％。
金属导杆的制备方法为真空铸造；金属导杆经机加工后的外形可参见附图2(C)。
3、陶瓷基阳极与金属导杆的组装
(1)填充料的选择与配制：
填充料构成：镍铁氧体(NiFe2O4)-45wt％，氧化亚镍(NiO)-5wt％，Ag-2wt％，Cu-30wt％，Ni-18wt％；
按要求称取所选上述材料后，加入占上述材料质量50wt％的酒精混合均匀待用；
(2)装配
将所得浆料装填入阳极内孔，浆料加入的同时采用超声震动阳极，然后将金属导杆缓慢插入浆料中，直至连杆底部距离阳极内孔底部10mm，固定该结构。
(3)干燥
将装配好金属导杆的阳极在120～150℃下干燥24h后冷却至室温，待用。
(4)陶瓷基阳极与金属导杆的扩散焊接
将完成导杆装配和干燥步骤的阳极置于保护气氛电炉中进行扩散焊接，扩散焊接目标温度为1120℃，保温时间为6h，扩散焊接用气氛为氮气。该过程中在间层物料上施加12MPa的压力。
陶瓷基阳极与金属导杆连接后的结构参见附图4。
6、阳极组的组装
阳极组装夹具由碳钢经机加工获得；
阳极组的装配采用交错排列的方式，将阳极上的金属导杆组装到阳极组组装夹具上，金属导杆与阳极组组装夹具间采用螺栓连接，阳极组组装夹具直接焊接到阳极钢棒上。每个阳极组含可含4或8个阳极。
实施例4：
1、陶瓷基阳极的制备：
陶瓷基阳极的原料构成：镍铁氧体(NiFe2O4)-80wt％，氧化亚镍(NiO)-5wt％；氧化镱(Yb2O3)-1.5wt％；金属镍(Ni)-6wt％；金属铜(Cu)-6wt％，金属银(Ag)-1.5wt％。
陶瓷基阳极的制备工艺：将所选物料与去离子水、含量2wt％的聚乙二醇一同进行球磨混料，混料过程采用球料质量比＝2∶1，固液质量比＝6∶4，球磨混料时间为4h，所得料浆经干燥处理后，获得中间粒径为100μm的混合料粉末；采用冷等静压制将混合料粉末压制成圆柱状压坯，压制压力为120～150MPa，，采用机加工获得阳极内孔及孔内的槽结构，所制备的阳极结构参见附图1(D)；将所得阳极压坯在可控气氛炉内进行有机物的脱除和烧结，其中有机物脱除目标温度600℃，有机物脱除的升温速率为0.04℃/min，阳极的目标烧结温度为1320℃，保温时间4h，阳极烧结过程中的烧结气氛中的氧气含量控制在400～600ppm间；
2、金属导杆的制备
金属导杆的材料构成：Ni-45wt％，Fe-18wt％，Cr-25wt％，Si-1.0wt％，其他为W、Mo、Co。
金属导杆的制备方法为真空铸造；金属导杆经机加工后的外形可参见附图2(D)。
3、陶瓷基阳极与金属导杆的组装
(1)填充料的选择与配制：
填充料构成：镍铁氧体(NiFe2O4)-45wt％，氧化亚镍(NiO)-5wt％，Ag-2wt％，Cu-32wt％，Ni-14wt％，Al-2wt％；
按要求称取所选上述材料后，加入占上述材料质量50wt％的酒精混合均匀待用；
(2)装配
将所得浆料装填入阳极内孔，浆料加入的同时采用超声震动阳极，然后将金属导杆缓慢插入浆料中，直至连杆底部距离阳极内孔底部10mm，固定该结构。
(3)干燥
将装配好金属导杆的阳极在120～150℃下干燥24h后冷却至室温，待用。
(4)陶瓷基阳极与金属导杆的扩散焊接
将完成导杆装配和干燥步骤的阳极置于保护气氛电炉中进行扩散焊接，扩散焊接目标温度为1120℃，保温时间为6h，扩散焊接用气氛为氮气。该过程中在间层物料上施加10MPa的压力。
陶瓷基阳极与金属导杆连接后的结构参见附图4。
6、阳极组的组装
阳极组装夹具由碳钢经机加工获得；
阳极组的装配采用交错排列的方式，将阳极上的金属导杆组装到阳极组组装夹具上，金属导杆与阳极组组装夹具间采用螺栓连接，阳极组组装夹具直接焊接到阳极钢棒上。每个阳极组含可含4或8个阳极。
虽然采用优选实施例对本发明进行了描述，但是，只要不偏离权利要求所规定的本发明的范围，可以对本发明进行各种改变、添加和修正。
Claims (3)
1.一种金属熔盐电解用陶瓷基阳极，针对金属铝、金属硅的电解生产，其特征在于，包括阳极本体和金属导杆，所述的阳极本体的一端设有纵向内孔；所述的金属导杆插在所述的纵向内孔中，阳极本体和金属导杆通过扩散焊接的方式实现连接；
阳极本体的的组分中的金属相为元素粉末混合物或合金粉末；所述陶瓷基阳极的外形为含有纵向内孔的圆柱体、长方体或棱柱体；
所述金属导杆为带有T型端部的圆柱体，导杆上部具有纵向凹槽或径向凹槽或螺纹结构；金属导杆采用真空铸造制备；
阳极本体和金属导杆采用以下4种组分方案：
方案1：
所述的阳极本体的材料组分为：镍铁氧体-80wt％，氧化亚镍-5wt％；氧化铜-5wt％；氧化钇-1wt％；金属镍-8wt％；金属银-1wt％；
金属导杆的材料构成：Ni-55wt％，Fe-30wt％，Cu-10wt％，Al-2wt％，Cr-2wt％，Y-1wt％；
方案2：
所述的阳极本体的材料组分为：镍铁氧体--73wt％，氧化亚镍-10wt％；氧化铜-2wt％；金属镍-3.4wt％；金属铜-11.6wt％；
金属导杆的材料构成：Ni-63wt％，Fe-9wt％，Cr-25wt％，Al-2.2wt％，Zr-0.5wt％，Ti-0.3wt％；
方案3：
所述的阳极本体的材料组分为：镍铁氧体-73wt％，氧化亚镍-10wt％；金属镍-15wt％；金属银-2wt％；
金属导杆的材料构成：Ni-11wt％，Fe-65wt％，Cr-21wt％，Si-1.7wt％，Al、Ti总含量1.3wt％；
方案4：
所述的阳极本体的材料组分为：镍铁氧体-80wt％，氧化亚镍-5wt％；氧化镱-1.5wt％；金属镍-6wt％；金属铜-6wt％，金属银-1.5wt％；
金属导杆的材料构成：Ni-45wt％，Fe-18wt％，Cr-25wt％，Si-1.0wt％，其他为W、Mo、Co。
2.根据权利要求1所述的金属熔盐电解用陶瓷基阳极的制备方法，其特征在于，所述的阳极本体的制备方法包括以下步骤：
1)混料
按照所述4种方案中的阳极本体的配比称取物料；将所称取的物料与分散介质、有机添加剂一同进行球磨混料，有机添加剂的加入量小于物料总质量的3wt％；分散介质的加入质量与物料总质量的比值为0.6～1.5∶1；所述的分散介质为：酒精、汽油或去离子水；所述的有机添加剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸脂、甲基纤维素、石蜡、橡胶、硬脂酸、硬质酸锌中的至少一种；球磨后所得浆料经干燥处理后，得到粒度为50～200微米的混合料粉末；
2)成形
阳极本体采用钢模压制或冷等静压成形；钢模压制、冷等静压成型的压制压力为80～200MPa，在成形后的阳极上直接加工阳极纵向内孔后获得阳极压坯；
3)有机物脱除与烧结
将所得阳极压坯在真空炉或可控气氛炉内进行有机物的脱除和烧结；有机物脱除温度为60℃～600℃，升温速率小于1℃/min；阳极材料的目标烧结温度为1250℃～1450℃，保温时间2～10h，阳极烧结过程中控制烧结气氛中的氧气含量为100～4000ppm；所得阳极烧结坯即为金属熔盐电解用陶瓷基阳极本体；
采用扩散焊接方法将阳极本体和金属导杆进行连接，具体步骤如下：
1)填充料的选择与配制：
阳极本体与金属导杆连接用填充料由以下物料中多种成分的组合物构成：氧化铁，镍铁氧体，氧化亚镍，磷酸二氢铝，氮化铝，氧化锌，氧化银，氧化锆，氧化铜，Ni，Fe，Cu，Al，Ti和Ag；其中填充料中金属相含量大于30wt％，其余为陶瓷相。
配制填充料时，先将所选填充料粉体混合均匀，然后加入占填充料5～20wt％的酒精或丙酮，再次混合均匀，由此制得填充料浆料待用；
2)装配
将所述的填充料浆料装填入阳极本体的纵向内孔，然后将金属导杆插入浆料中，控制金属导杆底部距离阳极本体的纵向内孔底部1～12mm，控制金属导杆与阳极的纵向内孔内壁间的距离在0.3～12mm之间，然后固定阳极本体和金属导杆的相对位置，形成具有阳极本体、填充料和金属导杆的装配体；
3)干燥、扩散焊接
将上一步骤所得的装配体在120～150℃下干燥后，加热至960～1250℃温度下进行扩散焊接处理，扩散焊接过程中在干燥的填充料上施加小于20MPa的压力，扩散焊接时间2～8h，之后随炉冷却到室温，即完成金属熔盐电解用陶瓷基阳极的制备。
3.一种金属熔盐电解用陶瓷基阳极的组装方法，其特征在于，将权利要求1中所述的金属熔盐电解用陶瓷基阳极安装到阳极组组装夹具上；具体安装方法为将陶瓷基阳极的金属导杆与阳极组组装夹具间进行机械连接，再将阳极组组装夹具连接到电解槽的阳极钢棒上，从而实现金属熔盐电解用陶瓷基阳极与电解槽母线间的电流导通，每个阳极组组装夹具上采用交错或并排排列的方式设置不少于4个陶瓷基阳极。
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