CN111270258A - 一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆，包括碳/碳螺杆本体，以及位于碳/碳螺杆本体上的金属化处理层。与现有碳/碳螺杆相比，本发明采用金属化处理工艺，增加螺牙塑性，改善与螺纹孔接触，作为导电连接件，提高自身导电性能，同时减小接触电阻，与金属螺杆相比，本发明采用碳/碳螺杆基体，有效减小因导电发热引起的热鼓胀内应力，降低对碳阳极板损伤，延长碳阳极板寿命。

Description

一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆
技术领域
本发明属于电解零部件技术领域，涉及一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆。
背景技术
单质氟气在核工业、集成电路行业发挥重要作用，中温电解制氟工艺是当前唯一实现工业化生产的单质氟气制备工艺，此工艺主要以无定型碳材料作为阳极材料，但此类材料具有孔隙缺陷多、脆性明显的缺陷。
碳阳极在电解槽内安装方式包含夹板式和螺杆式，其中，螺杆式主要用于10KA电解槽，目前，国内螺杆式安装用碳阳极板寿命普遍较短，绝大多数产品，在6～8KA工况下稳定运行寿命难以达到6个月，已经成为制约国内电解制氟工艺发展的瓶颈。
导致碳阳极板无法持续运行的主要原因是开裂，导致开裂的原因众多，其中包含金属螺杆热膨胀，因此，解决上述问题将有助于延长碳阳极板运行寿命。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆。可以减小因金属螺杆导电发热而产生的热膨胀应力，利用碳/碳螺杆膨胀系数低的优势，同时，采用金属化工艺处理，改善螺杆自身导电性及其与螺纹孔的电接触。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆，包括碳/碳螺杆本体，以及位于碳/碳螺杆本体上的金属化处理层。
进一步的，所述的金属化处理层为金属铜层或金属镍层。
进一步的，所述的金属化处理层通过电镀、化学镀、喷涂或溅射的工艺处理得到。
更进一步的，当金属化处理层采用电镀工艺处理得到时，其电镀过程具体为：取碳/碳螺杆本体置于氨基磺酸镍电镀液，在15A电流密度下电镀20分钟，接着，依次浸入弱碱性溶液和弱酸溶液中静置，最后，取出烘干，即完成。
进一步的，所述的金属化处理层的厚度不超过10mm。
进一步的，金属化处理层位于碳/碳螺杆本体的全部表面，或其与碳阳极板的连接区域。
进一步的，所述的碳/碳螺杆本体由碳/碳复合材料加工得到。更进一步的，所述的碳/碳复合材料的密度为1g/cm3～2g/cm3，更优选为1.5g/cm3。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明所述的碳/碳螺杆基体热膨胀系数低，引起的膨胀变形小。
(2)金属化处理工艺改善碳/碳螺杆导电性和电接触性能。
(3)碳阳极板开裂脱落后，金属螺杆暴露于电解质中，受腐蚀后溶于电解质，产生电解质污染，所述金属化碳/碳螺杆的碳/碳螺杆基体不会溶解，对电解质污染更小。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下各实施例中，所用碳/碳复合材料优选为自制产品，其制备工艺具体为：以厚度25mm，体积密度为0.5g/cm3的针刺毡为增强体，首先在1100℃下，采用化学气相渗透工艺(CVI)，沉积处理10h，然后采用真空浸渍与2MPa压力浸渍相结合的工艺浸渍酚醛树脂，完成浸渍后在150℃下固化，然后在900℃、N2气氛中碳化，经多次浸渍、固化、碳化，最后得到密度≥1.5g/cm3的碳碳复合材料板，然后采用机械加工的方式加工出碳/碳螺杆。
其余如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。
实施例1：
一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆，其通过以下方式制备得到：
首先，用密度1.5g/cm3的碳/碳复合材料加工M20*650mm螺杆；然后，用超声波清洗方式清洗螺杆，除去加工过程中产生的粉末、油污；之后，以氨基磺酸镍为电镀液(氨基磺酸镍浓度为550g/L)，采用阶梯电流增加方式，最终在15A电流密度下电镀20分钟；电镀完成后，将螺杆浸入PH值为8～9的碱性溶液中静置半小时后转入PH值为6～7的弱酸溶液中静置半小时，最后，取出螺杆在90℃温度下烘干，得到金属镍层约为0.2mm的样品。
对比例1：
首先，用密度1.5g/cm3的碳/碳复合材料加工M20*650mm螺杆；然后，用超声波清洗方式清洗螺杆，除去加工过程中产生的粉末、油污。将螺杆浸入碱性溶液中静置半小时后转入酸溶液中静置半小时，最后，取出螺杆在90℃温度下烘干。首先测量螺杆电阻，指定测量长度为14cm。
经测试，对比例1中未金属化螺杆电阻为11.6mΩ，实施例1中金属化螺杆电阻为6.7mΩ。然后测量安装后电阻，测试方式为在开有一对螺纹孔的碳板上安装一根金属化，分别测试另一个螺纹孔中安装未金属化螺杆和金属化螺杆时，一对螺杆之间的电阻，经测量，当安装未金属化螺杆时，测量值为4.2mΩ,当安装金属化螺杆时，测量值为3.5mΩ。
以上各实施例中，所采用的电镀工艺也可以采用本领域常用的其他表面处理工艺的制备工艺替代，如化学镀、喷涂等等。此外，电镀的金属层也可以替换为等厚度的铜层、铬层等其他金属层。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆，其特征在于，包括碳/碳螺杆本体，以及位于碳/碳螺杆本体上的金属化处理层。
2.根据权利要求1所述的一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆，其特征在于，所述的金属化处理层为金属铜层或金属镍层。
3.根据权利要求1所述的一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆，其特征在于，所述的金属化处理层通过电镀、化学镀、喷涂或溅射的工艺处理得到。
4.根据权利要求3所述的一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆，其特征在于，当金属化处理层采用电镀工艺处理得到时，其电镀过程具体为：取碳/碳螺杆本体置于氨基磺酸镍电镀液，在15A电流密度下电镀20分钟，接着，依次浸入弱碱性溶液和弱酸溶液中静置，最后，取出烘干，即完成。
5.根据权利要求1所述的一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆，其特征在于，金属化处理层位于碳/碳螺杆本体的全部表面，或其与碳阳极板的连接区域。
6.根据权利要求1所述的一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆，其特征在于，所述的碳/碳螺杆本体由碳/碳复合材料加工得到。
7.根据权利要求6所述的一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆，其特征在于，所述的碳/碳复合材料的密度为1g/cm3～2g/cm3。
8.根据权利要求7所述的一种碳阳极固定和导电用金属化碳/碳螺杆，其特征在于，所述的碳/碳复合材料的密度≥1.5g/cm3。
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