CN115961310B - 一种二硼化钛可润湿阴极 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种二硼化钛可润湿阴极包括：二硼化钛冷压烧结块，所述二硼化钛冷压烧结块包括二硼化钛和添加剂，所述添加剂包括石墨、碳纤维、氮化钛；二硼化钛涂层，涂覆于所述二硼化钛冷压烧结块的表面。本申请通过采用碳纤维增强、氮化钛助烧结、等静压成型等措施，大幅提高冷压烧结复合块的强度和致密度，同时降低了所需的烧结温度，使得本申请可采用成本较低的冷压烧结工艺，且结构尺寸将不会受到限制，抗热震性能强，也更容易加工；同时在二硼化钛冷压烧结块表面设置二硼化钛涂层，制得的二硼化钛可润湿阴极表面的性能达到与纯二硼化钛陶瓷相近的水平。
Description
技术领域
本申请涉及铝电解领域，尤其涉及铝电解阴极。
背景技术
可湿润阴极对于惰性阳极铝电解和预焙炭阳极铝电解的发展都非常重要。采用惰性阳极时，铝电解反应方程由Al2O3+C＝Al+CO2转化为Al2O3＝Al+O2，理论分解电压也由1.2V升高至2.2V。即采用惰性阳极时铝电解的理论分解电压比采用炭阳极时理论分解电压高出1V。惰性阳极铝电解如果要保持于炭阳极铝电解同等或更少的能耗，就必须与可润湿阴极配合，采用竖式电极结构的铝电解槽。当前，预焙阳极铝电解已经通过降低外围导体压降(如阳极、钢爪、阴极、阴极钢棒、外围母线等)以及水平电流，实现了能耗的大幅降低。采用可湿润阴极，实现“干式阴极”运行，即取消铝液层，是下一个阶段深度节能的一个重要选择。没有了铝液层的波动以及铝液层的散热损失，极距可以小于3.5cm甚至更低，从而大幅降低槽电压和能耗。
无论是惰性阳极铝电解还是炭阳极铝电解，在没有铝液层或薄铝液层的条件下，对可润湿阴极的要求均较高。首先是需要良好的润湿性，铝水能够在可润湿阴极表面直接析出，其次是没有了铝液层的保护，需要阴极本身抵抗电解质熔体以及钠钾渗透腐蚀的性能要大大加强。
目前，二硼化钛(TiB2)较理想的可润湿性阴极材料。纯的二硼化钛具有导电性能好、强度高、耐磨、与铝水润湿好等优点的同时，还具备较强的抗电解质熔体、铝液腐蚀以及钠钾渗透的能力。现有二硼化钛材料制作的可湿润性阴极主要可归纳为3类：二硼化钛陶瓷阴极、二硼化钛复合阴极材料、二硼化钛涂层。这三类可湿润阴极均存在一定的问题：陶瓷阴极制备困难、成本高、抗热震性能差，工业化应用受到严重制约；二硼化钛复合阴极材料碳含量高、气孔率高、寿命短；二硼化钛涂层易剥落、寿命短。这使得二硼化钛仍难以应用于可润湿阴极。
发明内容
本申请实施例提供了一种二硼化钛可润湿阴极，以解决二硼化钛难以应用于可润湿阴极的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供一种二硼化钛可润湿阴极，所述二硼化钛可润湿阴极包括：
二硼化钛冷压烧结块，所述二硼化钛冷压烧结块包括二硼化钛和添加剂，所述添加剂包括石墨、碳纤维、氮化钛；
二硼化钛涂层，涂覆于所述二硼化钛冷压烧结块的表面。
在本申请的一些实施例中，以重量份数份数计，所述二硼化钛-碳纤维复合冷压烧结块包括16-19份的二硼化钛和1-4份的添加剂。
在本申请的一些实施例中，以所述添加剂的质量分数计，所述添加剂包括：
0.1％-2％的碳纤维；
0.5％-10％的氮化钛；
0.5-5％的氧化钛；
余量为石墨。
在本申请的一些实施例中，所述二硼化钛涂层的厚度为200-1000μm。
第二方面，本申请实施例提供一种二硼化钛可润湿阴极的制备方法，所述二硼化钛可润湿阴极的制备方法包括如下步骤：
将二硼化钛粉末与添加剂、水、分散剂、粘结剂混合形成浆料，其中，所述添加剂包括石墨、碳纤维、氮化钛；
对所述浆料进行喷雾干燥造粒，得到粉体；
等静压处理所述粉体，得到压块；
加工调整所述压块的形状尺寸后，在第一温度和惰性气氛下对所述压块进行高温脱脂处理，得到脱脂压块；
在第二温度和惰性气氛下对所述脱脂压块进行致密化烧结，得到二硼化钛冷压烧结块；
以二硼化钛微粉为原料，对所述二硼化钛冷压烧结块表面进行等离子喷涂形成二硼化钛涂层，得到所述二硼化钛可润湿阴极。
在本申请的一些实施例中，所述二硼化钛粉末与添加剂的质量比为16-19：1-4。
在本申请的一些实施例中，以所述添加剂的质量分数计，所述添加剂包括：
0.1％-2％的碳纤维；
0.5％-10％的氮化钛；
0.5-5％的氧化钛；
余量为石墨。
在本申请的一些实施例中，所述第一温度为400-600℃；和/或，
所述第二温度为1250℃-1400℃；和/或，
所述高温脱脂处理的时间为4-6h；和/或，
所述等静压处理，压强为120-200MPa；和/或，
所述分散剂为酒精、聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇脂中的至少一种；和/或，
所述粘结剂为聚乙烯醇。
在本申请的一些实施例中，所述二硼化钛微粉的粒径d50为15-25um；和/或，
所述等离子喷涂为大气常压等离子喷涂或者真空等离子喷涂；和/或，
所述等离子喷涂，每次喷涂的厚度10-50μm，5-20次完成喷涂；和/或，
所述所述二硼化钛涂层的厚度为200-1000μm；和/或，
所述等离子喷涂进行前，先将所述二硼化钛冷压烧结块预热至100-200℃。
在本申请的一些实施例中，所述等离子喷涂为大气常压等离子喷涂，所述等离子喷涂进行时，以5N高纯氩气作为载粉气体，用5N高纯氢气或5N高纯氦气作为辅气。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的二硼化钛可润湿阴极，通过采用碳纤维增强、氮化钛助烧结、等静压成型等措施，大幅提高冷压烧结复合块的强度和致密度，同时降低了所需的烧结温度，使得本申请可采用成本较低的冷压烧结工艺，且结构尺寸将不会受到限制，抗热震性能强，也更容易加工；同时在二硼化钛冷压烧结块表面设置二硼化钛涂层，制得的二硼化钛可润湿阴极表面的性能达到与纯二硼化钛陶瓷相近的水平。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种二硼化钛可润湿阴极的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
目前可润湿性阴极材料存在二硼化钛难以应用的技术问题。
本申请实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
第一方面，本申请实施例提供一种二硼化钛可润湿阴极，所述二硼化钛可润湿阴极包括：
二硼化钛冷压烧结块，所述二硼化钛冷压烧结块包括二硼化钛和添加剂，所述添加剂包括石墨、碳纤维、氮化钛；
二硼化钛涂层，涂覆于所述二硼化钛冷压烧结块的表面。
碳纤维可起到增加所述二硼化钛冷压烧结块的强度的作用。氮化钛可辅助烧结。
本领域技术人员可以理解，以二硼化钛为主体的含碳复合陶瓷材料一般采用热压烧结工艺处理。热压烧结工艺是导致二硼化钛-C复合热压陶瓷成本高的关键因素，约占总成本的75％。
因此，本申请选用冷压烧结替代热压烧结可大幅降低工艺成本。
相比热压烧结，冷压烧结的致密度、强度会相对变弱，本申请采用碳纤维增强、氮化钛助烧结、等静压成型等措施，可大幅提高冷压烧结复合块的强度和致密度，也降低了所需的烧结温度。
本申请成本上均远低于热压工艺本身。二硼化钛涂层可通过等离子喷涂形成，其成本增加与表面积有关，据测算不足1500元/m2。提升二硼化钛冷压烧结块自身强度、致密度等的措施，所带来成本的增加也较小。综合测算，本发明相比含碳二硼化钛热压陶瓷的成本可降低30％，甚至50％以上。
本申请以低碳含量的二硼化钛冷压烧结块为基体，进一步在其表面设置二硼化钛涂层，可进一步降低阴极表面气孔率、提高阴极综合性能。纯的二硼化钛具有导电性能好、强度高、耐磨、与铝水润湿好等优点的同时，还具备较强的抗电解质熔体、铝液腐蚀以及钠钾渗透的能力。本申请充分结合了二者的优点，制得的二硼化钛可润湿阴极表面的性能达到与纯二硼化钛陶瓷相近的水平。
综上所述，本发明一种低碳含量二硼化钛可湿润阴极，具有以下优点：(1)相比含碳二硼化钛热压陶瓷阴极或纯二硼化钛陶瓷阴极，制备成本大幅降低；(2)相比含碳二硼化钛热压陶瓷阴极或纯二硼化钛陶瓷阴极，试样的结构尺寸将不会受到限制，抗热震性能强，也更容易加工；(3)相比传统的二硼化钛-C复合阴极以及普通二硼化钛涂层阴极，碳含量可做得很低、致密度高，与铝水润湿和抵抗电解质熔体及钠钾渗透的性能更好，不易生成插层结构，寿命更长；(4)可同时满足惰性阳极铝电解技术以及预焙炭阳极铝电解技术在薄铝液层或无铝液层条件下对可湿润阴极的需求。
本申请通过采用碳纤维增强、氮化钛助烧结、等静压成型等措施，大幅提高冷压烧结复合块的强度和致密度，同时降低了所需的烧结温度，使得本申请可采用成本较低的冷压烧结工艺，且结构尺寸将不会受到限制，抗热震性能强，也更容易加工；同时在二硼化钛冷压烧结块表面设置二硼化钛涂层，制得的二硼化钛可润湿阴极表面的性能达到与纯二硼化钛陶瓷相近的水平。
在本申请的一些实施例中，以重量份数份数计，所述二硼化钛-碳纤维复合冷压烧结块包括16-19份的二硼化钛和1-4份的添加剂。
在本申请的一些实施例中，以所述添加剂的质量分数计，所述添加剂包括：
0.1％-2％的碳纤维；
0.5％-10％的氮化钛；
0.5-5％的氧化钛；
余量为石墨。
上述添加剂的配比可使得所述二硼化钛可润湿阴极的含碳量低、致密度高。
在本申请的一些实施例中，所述二硼化钛涂层的厚度为200-1000μm。
第二方面，本申请实施例提供一种二硼化钛可润湿阴极的制备方法，所述二硼化钛可润湿阴极的制备方法包括如下步骤：
S1：将二硼化钛粉末与添加剂、水、分散剂、粘结剂混合形成浆料，其中，所述添加剂包括石墨、碳纤维、氮化钛；
S2：对所述浆料进行喷雾干燥造粒，得到粉体；
S3：等静压处理所述粉体，得到压块；
S4：加工调整所述压块的形状尺寸后，在第一温度和惰性气氛下对所述压块进行高温脱脂处理，得到脱脂压块；
S5：在第二温度和惰性气氛下对所述脱脂压块进行致密化烧结，得到二硼化钛冷压烧结块；
S6：以二硼化钛微粉为原料，对所述二硼化钛冷压烧结块表面进行等离子喷涂形成二硼化钛涂层，得到所述二硼化钛可润湿阴极。
本领域技术人员可以理解，所述二硼化钛可润湿阴极的制备方法可制备第一方面所述的二硼化钛可润湿阴极。因此本申请第二方面具备第一方面任一实施例所具备的有益效果，此处不再赘述。
本申请所述的惰性气指的是氮气或稀有气体中的至少一种。
等离子喷涂有利于形成致密涂层。
本领域技术人员可以理解，在进行等离子喷涂前，一般还对二硼化钛冷压烧结块表面进行粗糙化和净化，并整体烘干处理。
在本申请的一些实施例中，所述二硼化钛粉末与添加剂的质量比为16-19：1-4。
在本申请的一些实施例中，以所述添加剂的质量分数计，所述添加剂包括：
0.1％-2％的碳纤维；
0.5％-10％的氮化钛；
0.5-5％的氧化钛；
余量为石墨。
在本申请的一些实施例中，所述第一温度为400-600℃；和/或，
所述第二温度为1250℃-1400℃；和/或，
所述高温脱脂处理的时间为4-6h；和/或，
所述等静压处理，压强为120-200MPa；和/或，
所述分散剂为酒精、聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇脂中的至少一种；和/或，
所述粘结剂为聚乙烯醇。
在本申请的一些实施例中，所述二硼化钛微粉的粒径d50为15-25um；和/或，
所述等离子喷涂为大气常压等离子喷涂或者真空等离子喷涂；和/或，
所述等离子喷涂，每次喷涂的厚度10-50μm，5-20次完成喷涂；和/或，
所述所述二硼化钛涂层的厚度为200-1000μm；和/或，
所述等离子喷涂进行前，先将所述二硼化钛冷压烧结块预热至100-200℃。
在本申请的一些实施例中，所述等离子喷涂为大气常压等离子喷涂，所述等离子喷涂进行时，以5N高纯氩气作为载粉气体，用5N高纯氢气或5N高纯氦气作为辅气。
以5N高纯氩气作为载粉气体、用5N高纯氢气或5N高纯氦气作为辅气，可以减少二硼化钛粉末在高温喷涂过程氧化。
下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1
取95wt％的二硼化钛粉、1wt％的碳纤维、1wt％的氮化钛粉、0.5wt％的氧化钛粉、2.5wt％的石墨粉，在三维混料机中混合均匀；加入与料重1:1的纯水，加入聚丙烯酰胺、聚乙烯醇溶液，进行球磨混合形成浆料；采用喷雾干燥造粒，然后在等静压机中200MPa下成型形成压块，并通过加工所述压块获得所需阴极结构形貌；将加工后的压块在氮气气氛下600℃持续4h脱脂处理，得到脱脂压块；将所述脱脂压块在氩气气氛下1400℃致密化烧结，制得二硼化钛冷压烧结块。经检测分析，二硼化钛冷压烧结块的气孔率12.5％，常温抗弯强度48MPa。
将制得的二硼化钛冷压烧结块进行表面粗糙化、净化，并整体烘干处理；提供二硼化钛粉末作为大气常压等离子喷涂的原料，其纯度大于98％，粒径d50为25um，大气常压等离子喷涂用5N高纯氩气为载粉气体，5N高纯氢气为辅气；每次喷涂的厚度10-50μm，20次完成喷涂形成二硼化钛涂层；在第一次喷涂前，先用喷枪对基体材料进行预热，预热温度约160℃。经检测分析，二硼化钛涂层中氧含量9.6％，气孔率8.4％，涂层与基体结合强度6.7N·mm-2。
按以上流程制备的可湿润阴极宽*高*厚＝10cm*25cm*3.5cm，竖直安装到惰性阳极铝电解槽的底部，实际工作面积200cm2*2，与两块惰性阳极配合，在KF-NaF-Al2O3电解质体系中，820℃，200A电流，阴极电流密度0.5A/cm2条件下运行1000h，阴极完好且与铝水润湿良好。
实施例2
取80wt％的二硼化钛粉、2wt％的碳纤维、10wt％的氮化钛粉、0.5wt％的氧化钛粉、7.5wt％的石墨粉，在三维混料机中混合均匀；加入与料重1:1的纯水，加入脂肪酸聚乙二醇脂、聚乙烯醇溶液，进行球磨混合形成浆料；采用喷雾干燥造粒，然后在等静压机中180MPa下成型形成压块，并通过加工所述压块获得所需阴极结构形貌；将加工后的压块在氮气气氛下400℃持续6h脱脂处理，得到脱脂压块；将所述脱脂压块在氩气气氛下1350℃致密化烧结，制得二硼化钛冷压烧结块。经检测分析，二硼化钛冷压烧结块的气孔率11.2％，常温抗弯强度52MPa。
将制得的二硼化钛冷压烧结块进行表面粗糙化、净化，并整体烘干处理；提供二硼化钛粉末作为大气常压等离子喷涂的原料，其纯度大于98％，粒径d50为25um，大气常压等离子喷涂用5N高纯氩气为载粉气体，5N高纯氢气为辅气；每次喷涂的厚度10-50μm，20次完成喷涂形成二硼化钛涂层；在第一次喷涂前，先用喷枪对基体材料进行预热，预热温度约120℃。经检测分析，二硼化钛涂层中氧含量10.3％，气孔率8.8％，涂层与基体结合强度6.4N·mm-2。
按以上流程制备的可湿润阴极宽*高*厚＝10cm*25cm*3.5cm，竖直安装到惰性阳极铝电解槽的底部，实际工作面积200cm2*2，与两块惰性阳极配合，在KF-NaF-Al2O3电解质体系中，820℃，200A电流，阴极电流密度0.5A/cm2条件下运行1000h，阴极完好且与铝水润湿良好。
实施例3
取80wt％的二硼化钛粉、0.1wt％的碳纤维、0.5wt％的氮化钛粉、5wt％的氧化钛粉、14.4wt％的石墨粉，在三维混料机中混合均匀；加入与料重1:1的纯水，加入脂肪酸聚乙二醇脂、聚乙烯醇溶液，进行球磨混合形成浆料；采用喷雾干燥造粒，然后在等静压机中160MPa下成型形成压块，并通过加工所述压块获得所需阴极结构形貌；将加工后的压块在氮气气氛下500℃持续4h脱脂处理，得到脱脂压块；将所述脱脂压块在氩气气氛下1350℃致密化烧结，制得二硼化钛冷压烧结块。经检测分析，二硼化钛冷压烧结块的气孔率11.8％，常温抗弯强度44MPa。
将制得的二硼化钛冷压烧结块进行表面粗糙化、净化，并整体烘干处理；提供二硼化钛粉末作为大气常压等离子喷涂的原料，其纯度大于98％，粒径d50为25um，大气常压等离子喷涂用5N高纯氩气为载粉气体，5N高纯氢气为辅气；每次喷涂的厚度10-50μm，20次完成喷涂形成二硼化钛涂层；在第一次喷涂前，先用喷枪对基体材料进行预热，预热温度约200℃。经检测分析，二硼化钛涂层中氧含量11.2％，气孔率9.2％，涂层与基体结合强度5.8N·mm-2。
按以上流程制备的一个带斜面的可湿润阴极块，其正投影面为长方形，长*宽＝20cm*15cm，安装到实验室规模炭阳极铝电解槽的底部，一端高度12cm，另一端高度10cm，成倾斜状，与一块倾斜角度相同的炭阳极配合，形成导流槽结构，实际电极工作面积300cm2，在KF-NaF-Al2O3电解质体系中，820℃，240A电流，阴极电流密度0.8A/cm2条件下运行48h，阴极完好且与铝水润湿良好。
实施例4
取80wt％的二硼化钛粉、1wt％的碳纤维、5wt％的氮化钛粉、2wt％的氧化钛粉、12wt％的石墨粉，在三维混料机中混合均匀；加入与料重1:1的纯水，加入脂肪酸聚乙二醇脂、聚乙烯醇溶液，进行球磨混合形成浆料；采用喷雾干燥造粒，然后在等静压机中180MPa下成型形成压块，并通过加工所述压块获得所需阴极结构形貌；将加工后的压块在氮气气氛下600℃持续4h脱脂处理，得到脱脂压块；将所述脱脂压块在氩气气氛下1400℃致密化烧结，制得二硼化钛冷压烧结块。经检测分析，二硼化钛冷压烧结块的气孔率10.2％，常温抗弯强度63MPa。
将制得的二硼化钛冷压烧结块进行表面粗糙化、净化，并整体烘干处理；提供二硼化钛粉末作为大气常压等离子喷涂的原料，其纯度大于98％，粒径d50为25um，大气常压等离子喷涂用5N高纯氩气为载粉气体，5N高纯氢气为辅气；每次喷涂的厚度10-50μm，20次完成喷涂形成二硼化钛涂层；在第一次喷涂前，先用喷枪对基体材料进行预热，预热温度约180℃。经检测分析，二硼化钛涂层中氧含量9.2％，气孔率8.4％，涂层与基体结合强度7.5N·mm-2。
按以上流程制备的可湿润阴极宽*高*厚＝10cm*25cm*3.5cm，竖直安装到惰性阳极铝电解槽的底部，实际工作面积200cm2*2，与两块惰性阳极配合，在KF-NaF-Al2O3电解质体系中，820℃，200A电流，阴极电流密度0.5A/cm2条件下运行1000h，阴极完好且与铝水润湿良好。
实施例5
取85wt％的二硼化钛粉、1wt％的碳纤维、5wt％的氮化钛粉、0.5wt％的氧化钛粉、8.5wt％的石墨粉，在三维混料机中混合均匀；加入与料重1:1的纯水，加入脂肪酸聚乙二醇脂、聚乙烯醇溶液，进行球磨混合形成浆料；采用喷雾干燥造粒，然后在等静压机中180MPa下成型形成压块，并通过加工所述压块获得所需阴极结构形貌；将加工后的压块在氮气气氛下600℃持续4h脱脂处理，得到脱脂压块；将所述脱脂压块在氩气气氛下1350℃致密化烧结，制得二硼化钛冷压烧结块。经检测分析，二硼化钛冷压烧结块的气孔率10.8％，常温抗弯强度58MPa。
将制得的二硼化钛冷压烧结块进行表面粗糙化、净化，并整体烘干处理；提供二硼化钛粉末作为大气常压等离子喷涂的原料，其纯度大于98％，粒径d50为25um，大气常压等离子喷涂用5N高纯氩气为载粉气体，5N高纯氢气为辅气；每次喷涂的厚度10-50μm，20次完成喷涂形成二硼化钛涂层；在第一次喷涂前，先用喷枪对基体材料进行预热，预热温度约200℃。经检测分析，二硼化钛涂层中氧含量10.5％，气孔率8.6％，涂层与基体结合强度7.8N·mm-2。
按以上流程制备的一个带斜面的可湿润阴极块，其正投影面为长方形，长*宽＝20cm*15cm，安装到实验室规模炭阳极铝电解槽的底部，一端高度12cm，另一端高度10cm，成倾斜状，与一块倾斜角度相同的炭阳极配合，形成导流槽结构，实际电极工作面积300cm2，在KF-NaF-Al2O3电解质体系中，820℃，240A电流，阴极电流密度0.8A/cm2条件下运行48h，阴极完好且与铝水润湿良好。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。对于用“和/或”描述的三项以上的关联对象的关联关系，表示这三个关联对象可以单独存在任意一项，或者其中任意至少两项同时存在，例如，对于A，和/或B，和/或C，可以表示单独存在A、B、C中的任意一项，或者同时存在其中的任意两项，或者同时存在其中三项。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种二硼化钛可润湿阴极，其特征在于，所述二硼化钛可润湿阴极包括：
二硼化钛冷压烧结块，以重量份数份数计，所述二硼化钛冷压烧结块包括16-19份的二硼化钛和1-4份的添加剂，以所述添加剂的质量分数计，所述添加剂包括：0.1%-2%的碳纤维；0.5%-10%的氮化钛；0.5-5%的氧化钛；余量为石墨；
二硼化钛涂层，通过等离子喷涂将二硼化钛微粉涂覆于所述二硼化钛冷压烧结块的表面；
所述二硼化钛微粉的粒径d50为15-25um；
所述等离子喷涂为大气常压等离子喷涂或者真空等离子喷涂；
所述等离子喷涂，每次喷涂的厚度10-50μm，5-20次完成喷涂，所述二硼化钛涂层的厚度为200-1000μm。
2.一种权利要求1所述的二硼化钛可润湿阴极的制备方法，其特征在于，所述二硼化钛可润湿阴极的制备方法包括如下步骤：
将二硼化钛粉末与添加剂、水、分散剂、粘结剂混合形成浆料；
对所述浆料进行喷雾干燥造粒，得到粉体；
等静压处理所述粉体，得到压块；
加工调整所述压块的形状尺寸后，在第一温度和惰性气氛下对所述压块进行高温脱脂处理，得到脱脂压块，所述第一温度为400-600℃；
在第二温度和惰性气氛下对所述脱脂压块进行致密化烧结，得到二硼化钛冷压烧结块，所述第二温度为1250℃-1400℃；
以二硼化钛微粉为原料，对所述二硼化钛冷压烧结块表面进行等离子喷涂形成二硼化钛涂层，得到所述二硼化钛可润湿阴极；
所述二硼化钛微粉的粒径d50为15-25um；
所述等离子喷涂为大气常压等离子喷涂或者真空等离子喷涂；
所述等离子喷涂，每次喷涂的厚度10-50μm，5-20次完成喷涂；
所述二硼化钛涂层的厚度为200-1000μm；
所述等离子喷涂进行前，先将所述二硼化钛冷压烧结块预热至100-200℃。
3.根据权利要求2所述的二硼化钛可润湿阴极的制备方法，其特征在于，
所述高温脱脂处理的时间为4-6h；和/或，
所述等静压处理，压强为120-200MPa；和/或，
所述分散剂为酒精、聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇脂中的至少一种；和/或，
所述粘结剂为聚乙烯醇。
4.根据权利要求2-3中任意一项所述的二硼化钛可润湿阴极的制备方法，其特征在于，所述等离子喷涂为大气常压等离子喷涂，所述等离子喷涂进行时，以5N高纯氩气作为载粉气体，用5N高纯氢气或5N高纯氦气作为辅气。
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