CN104291818B - 一种ZrO2掺杂钼电极及其制备方法 - Google Patents

一种ZrO2掺杂钼电极及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种ZrO2掺杂钼电极及其制备方法，该ZrO2掺杂钼电极主要由以下重量份数的原料制成：四钼酸铵40份、稀硝酸8～10份、硝酸锆1～12份、尿素0.4～4.5份、硝酸钇0.05～0.7份。本发明的ZrO2掺杂钼电极，采用四钼酸铵、稀硝酸、硝酸锆和尿素为原料，加入了氧化钇作为稳定剂，得到了晶型稳定的四方相氧化锆，解决了氧化锆随温度变化不断转变的问题，提高了钼电极的寿命；所得ZrO2掺杂钼电极在保持较高的电导率的同时，具有良好的再结晶温度和高温强度，耐蚀性好，适合推广应用。

Description

一种ZrO2掺杂钼电极及其制备方法
技术领域
本发明属于钼电极技术领域，具体涉及一种ZrO2掺杂钼电极，同时还涉及一种ZrO2掺杂钼电极的制备方法。
背景技术
钼由于具有熔点高（2630℃）、导电导热性好、膨胀系数小、高温强度高及抗玻璃腐蚀性好等优点，多年来广泛用做熔融光学玻璃、玻璃纤维、耐火岩棉等的电极材料。近十年来对于高强度、高刚度耐熔玻璃和具有特殊性能的高质量泡沫玻璃的需求有了突飞猛进的发展，这也对钼电极的高温性能和耐蚀性提出了更高的要求。但是国内钼电极的发展缓慢，主要是纯钼电极、TZM电极，由于其耐蚀性及高温强度差，已经不能满足新产品的要求，我国每年不得不进口大量的钼电极。
发明内容
本发明的目的是提供一种ZrO2掺杂钼电极，解决现有钼电极耐蚀性及高温强度差的问题。
本发明的第二个目的是提供一种ZrO2掺杂钼电极的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种ZrO2掺杂钼电极，主要由以下重量份数的原料制成：四钼酸铵40份、稀硝酸8～10份、硝酸锆1～12份、尿素0.4～4.5份、硝酸钇0.05～0.7份。
所述稀硝酸为pH值为1～2的硝酸。
一种上述的ZrO2掺杂钼电极的制备方法，包括下列步骤：
1）取四钼酸铵置于高压反应釜中，加入稀硝酸进行水热反应，反应后冷却，弃上清液，得沉淀A；
2）取硝酸锆、尿素和硝酸钇置于高压反应釜中，加入蒸馏水进行水热反应，反应后冷却，弃上清液，得沉淀B；
3）将沉淀A和沉淀B分别加入蒸馏水中搅拌后混合、过滤、干燥并研磨，得混合物；
4）将步骤3）所得混合物在540～560℃条件下焙烧，得氧化钼、氧化锆、氧化钇的混合粉体A；
5）将混合粉体A在H2作用下进行两段还原，得经氧化钇稳定后的氧化锆掺杂钼粉；
6）将步骤5）所得氧化锆掺杂钼粉进行冷压成形后，在氩气气氛下烧结成型，即得。
步骤1）和步骤2）中所述水热反应的温度为160～180℃，反应时间为20～24h。
所述水热反应是指将高压反应釜拧紧后，置于真空干燥箱中使反应釜中的物料进行反应。
步骤1）中所述高压反应釜的填充度为80%～90%。
步骤2）中所述蒸馏水的加入量是使高压反应釜中物料的填充度为80%～90%。
步骤5）中所述两段还原中，第一段温度为530～560℃，将MoO3还原为MoO2，还原时间为4～6h；第二段温度为930～960℃，将MoO2还原为Mo，还原时间为4～6h。
步骤6）中所述冷压成形的压力为300～380Mpa。
步骤6）中所述烧结的温度为1800～1920℃，烧结时间为12～14h。
本发明的ZrO2掺杂钼电极，采用四钼酸铵、稀硝酸、硝酸锆和尿素为原料，加入了氧化钇作为稳定剂，得到了晶型稳定的四方相氧化锆，解决了氧化锆随温度变化不断转变的问题，提高了钼电极的寿命；所得ZrO2掺杂钼电极在保持较高的电导率的同时，具有良好的再结晶温度和高温强度，耐蚀性好，适合推广应用。
本发明的ZrO2掺杂钼电极的制备方法，利用水热合成法制备出了纳米级的掺杂钼粉，钼粉和氧化锆粉末的混合更加均匀，所得ZrO2掺杂钼电极中的掺杂相ZrO2为m-ZrO2，在保持较高的电导率的同时，具有良好的再结晶温度和高温强度，耐蚀性好，使用寿命长；本发明的制备方法工艺简单，操作方便，适合大规模工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的ZrO2掺杂钼电极，主要由以下重量的原料制成：四钼酸铵40g、稀硝酸8g、硝酸锆1.22g、尿素0.46g、硝酸钇0.06g。
本实施例的ZrO2掺杂钼电极的制备方法，包括下列步骤：
1）取40g的四钼酸铵置于高压反应釜中，加入pH值为1的稀硝酸8g，使高压反应釜的填充度为80%，将高压反应釜拧紧后置于真空干燥箱中进行水热反应，温度为160℃，时间为24h，反应后冷却，弃上清液，得沉淀A；
2）取1.22g的硝酸锆、0.46g的尿素和0.06g的硝酸钇置于高压反应釜中，加入蒸馏水使高压反应釜的填充度为80%，将高压反应釜拧紧后置于真空干燥箱中进行水热反应，温度为160℃，时间为24h，反应后冷却，弃上清液，得沉淀B；
3）将沉淀A和沉淀B分别置于干燥烧杯中，加入蒸馏水中搅拌后静置，反复洗涤后再搅拌1h后混合，再搅拌1h后过滤，将过滤所得滤饼放入真空干燥箱中干燥后研磨，得混合物；
4）将步骤3）所得混合物放入马弗炉中在550℃条件下焙烧，得氧化钼、氧化锆、氧化钇的混合粉体A；
5）将混合粉体A置于推杆还原炉中进行两段还原，第一段温度为540℃，将MoO3还原为MoO2，还原时间为4h；第二段温度为940℃，将MoO2还原为Mo，还原时间为4h，得经氧化钇稳定后的氧化锆掺杂钼粉；
6）将步骤5）所得氧化锆掺杂钼粉在380Mpa的压力下冷压成形后，在氩气保护炉内烧结成型，烧结温度为1800℃，烧结时间为14h，即得ZrO2掺杂量为1%的钼电极。
将本实施例所得钼电极进行性能检测，结果如表1所示。
表1实施例1所得钼电极性能检测结果
实施例2
本实施例的ZrO2掺杂钼电极，主要由以下重量的原料制成：四钼酸铵40g、稀硝酸9g、硝酸锆6.37g、尿素2.38g、硝酸钇0.35g。
本实施例的ZrO2掺杂钼电极的制备方法，包括下列步骤：
1）取40g的四钼酸铵置于高压反应釜中，加入pH值为1的稀硝酸9g，使高压反应釜的填充度为85%，将高压反应釜拧紧后置于真空干燥箱中进行水热反应，温度为180℃，时间为20h，反应后冷却，弃上清液，得沉淀A；
2）取6.37g的硝酸锆、2.38g的尿素和0.35g的硝酸钇置于高压反应釜中，加入蒸馏水使高压反应釜的填充度为80%，将高压反应釜拧紧后置于真空干燥箱中进行水热反应，温度为180℃，时间为20h，反应后冷却，弃上清液，得沉淀B；
3）将沉淀A和沉淀B分别置于干燥烧杯中，加入蒸馏水中搅拌后静置，反复洗涤后再搅拌1h后混合，再搅拌1h后过滤，将过滤所得滤饼放入真空干燥箱中干燥后研磨，得混合物；
4）将步骤3）所得混合物放入马弗炉中在540℃条件下焙烧，得氧化钼、氧化锆、氧化钇的混合粉体A；
5）将混合粉体A置于推杆还原炉中进行两段还原，第一段温度为530℃，将MoO3还原为MoO2，还原时间为6h；第二段温度为930℃，将MoO2还原为Mo，还原时间为6h，得经氧化钇稳定后的氧化锆掺杂钼粉；
6）将步骤5）所得氧化锆掺杂钼粉在380Mpa的压力下冷压成形后，在氩气保护炉内烧结成型，烧结温度为1920℃，烧结时间为12h，即得ZrO2掺杂量为5%的钼电极。
将本实施例所得钼电极进行性能检测，结果如表2所示。
表2实施例2所得钼电极性能检测结果
实施例3
本实施例的ZrO2掺杂钼电极，主要由以下重量的原料制成：四钼酸铵40g、稀硝酸10g、硝酸锆10.95g、尿素4.08g、硝酸钇0.61g。
本实施例的ZrO2掺杂钼电极的制备方法，包括下列步骤：
1）取40g的四钼酸铵置于高压反应釜中，加入pH值为1的稀硝酸，使高压反应釜的填充度为90%，将高压反应釜拧紧后置于真空干燥箱中进行水热反应，温度为170℃，时间为22h，反应后冷却，弃上清液，得沉淀A；
2）取10.95g的硝酸锆、4.08g的尿素和0.61g的硝酸钇置于高压反应釜中，加入蒸馏水使高压反应釜的填充度为90%，将高压反应釜拧紧后置于真空干燥箱中进行水热反应，温度为170℃，时间为22h，反应后冷却，弃上清液，得沉淀B；
3）将沉淀A和沉淀B分别置于干燥烧杯中，加入蒸馏水中搅拌后静置，反复洗涤后再搅拌1h后混合，再搅拌1h后过滤，将过滤所得滤饼放入真空干燥箱中干燥后研磨，得混合物；
4）将步骤3）所得混合物放入马弗炉中在550℃条件下焙烧，得氧化钼、氧化锆、氧化钇的混合粉体A；
5）将混合粉体A置于推杆还原炉中进行两段还原，第一段温度为550℃，将MoO3还原为MoO2，还原时间为5h；第二段温度为950℃，将MoO2还原为Mo，还原时间为5h，得经氧化钇稳定后的氧化锆掺杂钼粉；
6）将步骤5）所得氧化锆掺杂钼粉在380Mpa的压力下冷压成形后，在氩气保护炉内烧结成型，烧结温度为1900℃，烧结时间为13h，即得ZrO2掺杂量为25%的钼电极。
将本实施例所得钼电极进行性能检测，结果如表3所示。
表3实施例3所得钼电极性能检测结果

Claims (8)

1.一种ZrO2掺杂钼电极的制备方法，其特征在于：该ZrO2掺杂钼电极主要由以下重量份数的原料制成：四钼酸铵40份、稀硝酸8～10份、硝酸锆1～12份、尿素0.4～4.5份、硝酸钇0.05～0.7份；
所述制备方法包括下列步骤：
1）取四钼酸铵置于高压反应釜中，加入稀硝酸进行水热反应，反应后冷却，弃上清液，得沉淀A；
2）取硝酸锆、尿素和硝酸钇置于高压反应釜中，加入蒸馏水进行水热反应，反应后冷却，弃上清液，得沉淀B；
3）将沉淀A和沉淀B分别加入蒸馏水中搅拌后混合、过滤、干燥并研磨，得混合物；
4）将步骤3）所得混合物在540～560℃条件下焙烧，得氧化钼、氧化锆、氧化钇的混合粉体A；
5）将混合粉体A在H2作用下进行两段还原，得经氧化钇稳定后的氧化锆掺杂钼粉；
6）将步骤5）所得氧化锆掺杂钼粉进行冷压成形后，在氩气气氛下烧结成型，即得。
2.根据权利要求1所述的ZrO2掺杂钼电极的制备方法，其特征在于：步骤1）和步骤2）中所述水热反应的温度为160～180℃，反应时间为20～24h。
3.根据权利要求2所述的ZrO2掺杂钼电极的制备方法，其特征在于：所述水热反应是指将高压反应釜拧紧后，置于真空干燥箱中使反应釜中的物料进行反应。
4.根据权利要求1所述的ZrO2掺杂钼电极的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述高压反应釜的填充度为80%～90%。
5.根据权利要求1所述的ZrO2掺杂钼电极的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述蒸馏水的加入量是使高压反应釜中物料的填充度为80%～90%。
6.根据权利要求1所述的ZrO2掺杂钼电极的制备方法，其特征在于：步骤5）中所述两段还原中，第一段温度为530～550℃，将MoO3还原为MoO2，还原时间为4～6h；第二段温度为930～950℃，将MoO2还原为Mo，还原时间为4～6h。
7.根据权利要求1所述的ZrO2掺杂钼电极的制备方法，其特征在于：步骤6）中所述冷压成形的压力为300～380Mpa。
8.根据权利要求1所述的ZrO2掺杂钼电极的制备方法，其特征在于：步骤6）中所述烧结的温度为1800～1920℃，烧结时间为12～14h。
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