NO162732B - Komponent for en celle for produksjon av aluminium. - Google Patents

Description

Teknisk område

Oppfinnelsen angår komponenter for celler for fremstilling av aluminium fra et smeltebad, både ved elektroutvinnings- og elektroraffineringsprosesser.

Teknikkens stand

Størsteparten av aluminiumet fremstilles ved Hall-Heroult-prosessen som omfatter elektrolyse av aluminium-

oxyd i et smeltet cryolittbad under anvendelse av carbon-elektroder. Carbonanodene forbrukes på grunn av den anodiske oxydasjonsprosess under dannelse av CC^/CO, og deres levealder er meget kort, typisk ca. 2-3 uker for forbrente anoder. De innfører også forurensninger i badet. Katodene som også er laget av carbon, men som har en lengre levealder på over to år, er dekket med et katodisk lag av smeltet aluminium som må holdes meget tykt for ikke å eksponere carbonet for badet på grunn av at carbonet ikke lar seg fukte av smeltet aluminium. Denne høye lagerbe-holdning av aluminium i cellene fører til den ulempe at de elektromagnetiske krefter frembringer bølger og krusninger i det smeltede aluminium, og dette nødvendiggjør en stor avstand mellom elektrodene og en tilsvarende høy cellespenning.

En lang rekke materialer og konstruksjonshjelpemidler

er blitt foreslått og forsøkt med henblik på å forbedre elektrolyseprosessen, men hittil har resultatene vært uten suksess. Spesielt har det forekommet et stort antall forslag angående katodematerialer som lar seg fukte av aluminium, som de ildfaste borider, men disse materialer er kostbare, vanskelig å fremstille og vanskelige å feste som et celleforingsmateriale eller å belegge disse på mindre kostbare substrater. Forskjellige komposittmaterialer er også blitt foreslått for dette formål (se for eksempel US patentskrifter 2480475, 3328280, 3408312,3459515 og 3661436), men ingen av disse materialer har vist seg aksepterbare.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Hovedtrekkene ved oppfinnelsen som angitt i de led-sagende krav er basert på den oppdagelse at et komposittmateriale dannet av aluminium og en aluminiumoxyforbindelse, fortrinnsvis aluminiumoxyd, har utmerkede og uventede egenskaper når de anvendes ved elektrolytisk fremstilling av aluminium fra et smeltebad i form av en komponent som under bruk normalt er dekket med smeltet aluminium, omfattende strømførende komponenter, som en katode eller strømtil-førselsanordning for katoden, del av en bipolar elektrode, en strømtilførselsanordning for anoden i en elektroraffiner-ingscelle eller en hvilken som helst annen elektrisk ledende cellekomponent, som en celleforing som befinner seg i kontakt m,ed det smeltede aluminium. Cellekomponenter som ikke er ledende og som er usatt for det smeltede aluminium, omfattende separatorvegger, demninger og pakningselementer, tas det også sikte på. Komponenten ifølge oppfinnelsen er sær-preget ved de i krav l's karakteriserende del angitte trekk.

Enkelte av de viktige egenskaper ved aluminium-aluminium-oxyforbindelsekomposittmaterialet som gjør at det er nyttig for denne anvendelse, er: - Materialet er motstandsdyktig overfor angrep av smeltet aluminium og forurenser ikke det fremstilte aluminium. - Det kan fuktes av smeltet aluminium, og når det befinner seg i kontakt med aluminium i smeltet cryolitt, blir materialet preferensielt fuktet av aluminiumet. - Det kan lages i form av et selvbærende legeme som opprettholder sine strukturmessige sammenheng ved arbeidstemperaturene i en aluminiumproduksjonscelle (fra ca. 750°C i en raffineringscelle til ca. 1000°C i en elktroutvinningscelle) uten de skjørhetsproblemer som er forbundet med legemer av aluminiumoxyd. - Det har en høy ledningsevne og opprettholder denne ledningsevne ved arbeidstemperaturene (ca. 750-1000°C).

Materialet er mer eller mindre oppløselig i smelte->badet, men når en oppløsning er sannsynlig, kan materialet lages av alurainium-aluminiumoxyd, eventuelt med tilsatser som ikke er forurensende for badet og

det fremstilte aluminium.

Sammensetning og kjemiske egenskaper

Komposittmaterialets nøyaktige sammensetning og fremstillingen av dette vil bli valgt som en funksjon av den spesielle beregnede bruk av materialet. Utgangsaluminium-pulveret vil som regel være handelstilgjengelig i det vesentlige rent aluminium med en gjennomsnittlig renhet av 99,6-99,85% med de vanlige sporelementer selv om det i enkelte tilfeller kan være foretrukket å anvende raffinert aluminiumpulver med høyere renhet. I andre tilfeller vil komposittmaterialetsmetallfase utgjøres av en legering eller en intermetallisk forbindelse bestående av aluminium (som regel, men ikke nødvendigvis i en dominerende mengde) sammen med minst ett annet metall, som metallene scandium og yttrium og de sjeldne jordmetaller omfattende praseodynv samarium og ytterbium fra gruppe III B, actinidene omfattende thorium, metallene titan, zirkonium og hafnium fra gruppe IV B, metallene niob og tantal fra gruppe V B, metallene krom, molybden og wolfram fra gruppe VI B, mangan fra gruppe VII B, metallene jern, kobolt og nikkel fra gruppe VIII, eller andre metaller, som kobber og sink fra hhv. gruppe I B og gruppe II B, som forandrer metallfasens egenskaper (som ved å øke dens smeltepunkt til over smeltepunktet for aluminium og/eller komposittmaterialets egenskaper, som forbedring av dets fuktbarhet, elektriske ledningsevne og mekaniske styrke. Legeringer med høyt smeltepunkt eller intermetalliske forbindelser, som Al-^Ti, vil i enkelte tilfeller være av spesiell interesse dersom det er ønsket å forbedre komposittmaterialets mekaniske egenskaper ved høye arbeidstemperaturer ., innen området av 1000°C. Kompositter som inneholder disse legeringer og intermetalliske forbindelser vil som regel forsynes med et beskyttende overflatebelegg for å hindre en uønsket oppløsning av legerings-metallet i det smeltede aluminium, se avsnittet "Overflatebelegg".

Når aluminiumoxyd velges som den keramiske oxyfor-bindelsefase for komposittmaterialet, vil bruk fortrinnsvis bli gjort av de vanlige kvaliteter av høyrent, kalsinert aluminiumoxydpulver som for tiden anvendt ved elektroutvinning av aluminium hvor dette pulver settes direkte til det smeltede bad. Bruk kan også gjøres av høyrent, hvitt, smeltet aluminiumoxyd med et A^O^-innhold av 98,5-99,5%,

og i enkelte tilfeller de mindre rene kvaliteter av vanlig smeltet aluminiumoxyd (94-96% A^O^) og halvsprøtt, smeltet aluminiumoxyd (96-98% Al203) .

Andre keramiske aluminiumoxyforbindelser som kan anvendes ved utøvelsen av oppfinnelsen, er aluminatene av lithium, natrium, kalium, beryllium, magnesium, kalsium, strontium, barium, scandium, yttrium, lanthan, hafnium, cerium, neodym, samarium, ytterbium, thorium eller andre sjeldne jordarter. Spesifikke eksempler er perovskitt Y203-Al203 og 9arnett 3Y203 . SA^O^ . Disse oxyf orbindelser vil fortrinnsvis bli anvendt for de tilfeller hvor opp-løsning av komposittmaterialet i det smeltede bad vil være neglisjerbar, for eksempel i tilfellet med en belagt, dimensjonsstabil katode hvor komposittmaterialet ikke kommer i direkte kontakt med den, smeltede cryolitt selv dersom katoden blir utsatt for smeltet cryolitt. En annen nyttig aluminiumoxyforbindelse for katodeanvendelser er aluminium-oxynitrid.

Aluminiummengden i aluminium-aluminiumoxyforbindelse-komposittmaterialet vil være avhengig av anvendelsen av materialet og av arbeidsbetingelsene. Komposittmaterialene som inneholder 1-50 vekt% aluminium, vil i alminnelighet være de mest anvendbare. Aluminiuminnhold av 25-50% eller derover vil være spesielt anvendbare for strømtilføresels-anordninger for katoden for elektroutvinning av aluminium eller for strømtilførselsanordninger for anoden eller for strømtilførselsanordninger for katoden for elektroraffinering av aluminium hvor høy ledningsevne og fuktbarhet med aluminium er en fordel. For eksempel ble utmerkede resultater oppnådd med en komposittkatode inneholdende ca. 84% aluminium. Kompositter inneholdende bare 1-5% aluminium kan anvendes

i tilfeller hvor ledningsevne ikke er et krav, eller de kan gjøres tilstrekkelig ledende for eksempel ved legering

slik at den samlede metallfase bringes opp til mellom 15

og 40 volum% av det samlede volum, eller ved tilsetning av andre ledende midler. Det vil også forstås at fordelingen av aluminiumet ikke behøver å være jevn gjennom hele komposittmaterialet, og det er mulig å anvende kompositter som er overflateanriket eller overflateutarmet på aluminium efter ønske. Fordelingen av prosenten av aluminium i komposittmaterialet kan således varieres gjennom materialet for å forbedre motstandsevnen overfor angrep av det smeltede bad eller av smeltet aluminium og for å øke den samlede ledningsevne for materialet.

Komposittmaterialet av aluminium-aluminiumoxyforbindelse kan også i tillegg til de ovennevnte legeringsmetaller og de ikke-aluminiumoxykomponenter av aluminiumoxyforbindelsene omfatte én eller flere forskjellige tilsetningsmidler, som nitrider, borider, carbider eller oxyder, som ikke lett reagerer med aluminium og som kan forandre komposittmaterialets egenskaper, som ved å forbedre dets fuktbarhet, elektriske ledningsevne og mekaniske styrke, eller forandre dets densitet. Fluoridtilsetningsmidler kan også tas i betraktning, f.eks. cryolitt som kan innarbeides i små mengder som flussmiddel.

Slike tilsetningsmidler vil som regel være tilstede

i en mindre mengde, dvs. opp til 50% av komposittmaterialet, men større mengder av disse kan være tilstede. I ethvert tilfelle (omfattende det spesielle tilfelle hvor tilsetningsmidler er tilstede sammen med en metallfase som omfatter et tungt legeringsmetall i en dominerende mengde) skal kompositten alltid inneholde som et absolutt minimum minst 1% aluminium i metallisk tilstand eller derover dersom aluminiumet ikke er legert, og minst 10 vekt% aluminiumoxyd eller aluminiumoxyforbindelse. Som regel vil det imidlertid i disse kompositter som inneholder tilsetningsmidler, være 10% aluminium eller derover i metallisk tilstand, og aluminiumoxydet eller en annen oxyforbindelse vil utgjøre minst 25% og opp til 50% eller derover av komposittmaterialet, hvorved det danner en grunnmasse for aluminiumet eller aluminiumlegeringen eller den intermetalliske forbindelse

og de valgfrie tilsetningsmidler.

Komposittmaterialet av aluminium-aluminiumoxyforbindelse kan således inneholde ytterligere oxyder som ikke lett reagerer med aluminium, som oxydene BeO, MgO, CaO,

SrO, BaO av metaller fra gruppe II A, oxydene Sc-jO^z

^ 2^ 3' La2°3 av metaller fra gruppe III B, og dessuten HfC>2 og lÆ^O-j» de sjeldne jordartsoxyder CeC^/ Nd20g, Sn^O^ og Yb2C>2 °^ Th02 og Tn0- Slike oxyder bør bare være inn-arbeidet når cellekomponenten av komposittmaterialet holder seg dimensjonsmessig stabil under cellebetingelsene, dvs.

at den ikke oppløses. Komposittmaterialene som omfatter disse oxyder er spesielt motstandsdyktige overfor angrep av flytende aluminium og anbefales derfor for elektroutvinnings-katoder og for strømtilførselsanordninger for anoder og katoder for elektroraffinering. De tilsatte oxyder som danner en egen fase i forhold til aluminiumoxyforbindelsen, vil som regel utgjøre en mindre del av komposittmaterialet og overskrider sjelden 15% av komposittmaterialet.

Dessuten kan komposittmaterialet også omfatte et middel som hjelper til med å holde på aluminiumet ved forhøyede temperaturer, dvs. over smeltepunktet for aluminium, og derfor hjelper til med å opprettholde en jevn og uforandret fordeling av aluminiumet i komposittmaterialet'. Et slikt middel som kan være tilstede i en mengde av opp til 5% av kompositten (som regel 1% eller derunder), kan være lithium, magnesium, kalsium, titan, krom, jern, kobolt, nikkel, zirkonium eller hafnium som innvirker på aluminiumoxydet eller på en annen oxyforbindelse og gjør at dets overflate blir mer fuktbart av smeltet aluminium. Disse metalliske faser kan for eksempel dannes ved kjemisk reduksjon av egnede forbindelser, ved avsetning fra dampfase eller ved en reaksjonssintringsprosess med de respektive oxyder og aluminium som utgangsmaterialer, hvilket vil bli beskrevet senere. Midlet kan alternativt være ett eller flere diborider av titan, zirkonium, niob eller hafnium som hemmer sammenflytningen av aluminium til små væskedråper når materialet befinner seg ved en temperatur over aluminiumets smeltepunkt, og de forbedrer også. materialets ledningsevne. I dette tilfelle vil små mengder av disse tilsetningsmidler (mindre enn 5%) gi en utmerket fuktevirkning på overflaten av aluminiumoxydet eller en annen aluminium-oxyf orbindelse, men større mengder av som regel opp til 50% av materialet kan ikke desto mindre også være nyttige.

En kombinasjon av begge typer av middel er mulig.

Forbehandlinger

Det er også mulig å forbedre aluminiumoxydet eller en annen oxyforbindelses fuktbarhet eller evne til å hoiae på aluminium ved å velge en spesiell kornstørrelse eller porøst aluminiumoxyd eller ved å utsette partiklene for en overflatebehandling før kompositten fremstilles. En typisk forbehandling vil bestå i oppvarming av aluminiumoxydpar-tikler til en temperatur av 800-1700°C, fortrinnsvis 1000-1500°C, under argon eller en annen inert atmosfære eller i en hydrogenatmosfære eller i vakuum i en viss tidsperiode i avhengighet hovedsakelig av temperaturen (og som regel minst ca. 2 timer) for å oppnå et sortfarvet aluminiumoxyd med en understøkiometrisk overflate. Det har vist seg efter 3 timer i vakuum ved 1000°C synker kontaktvinkelen for aluminium på • laluminiumoxyd til under 60°. En kontaktvinkel av 30° ble oppnådd med upolert aluminiumoxyd oppvarmet til 1200°C i vakuum, og denne kontaktvinkel ble opp-rettholdt efter avkjøling til 1000°C i argon. En annen be-handling er ionebombardement av partiklene i vakuum, f.eks. ved forhøyet temperatur. Det er også mulig å varmebehandle partiklene i flere timer ved 900-1500°C i nærvær av flytende aluminium, og dette har den virkning at hydroxylgrupper som er sterkt bundet til overflaten av aluminiumoxydet eller en annen oxyforbindelse, blir delvis fjernet. Forbehandlingen kan også omfatte påføring av ett eller flere av de ovennevnte midler på overflaten av aluminiumoxydet eller av en annen oxyforbindelse i en slik liten mengde at de praktisk talt er upåvisbare i det ferdige komposittmateriale.

Sammensetning: Fysikalske egenskaper

Komposittmaterialet kan være laget av partikler av

en hvilken som helst form og størrelse idet partikkel-størrelser eller -diametre av 0,l-200^,um er mest vanlig såvel for pulver som for fibre. En typisk pulverstørrelse både for aluminiumet og aluminiumoxydet eller oxyforbindelsen er en diameter av 5-lOO^um. Det er bekvemt at begge pulver har de samme dimensjoner selv om et findelt pulver av aluminiumoxyd blandet med et grovt pulver av aluminium kan anvendes. Det anbefales ikke i enkelte tilfeller å anvende et meget findelt pulver av aluminium sammen med et grovt pulver av aluminiumoxyd eller av en annen oxyforbindelse dersom formningsmetoden omfatter pressing ved forhøyet trykk. Når høytsmeltende legeringer eller intermetalliske forbindelser av aluminium skal anvendes, kan partikler av legeringen anuendes som utgangsmateriale eller partikler av aluminium og tilsetingsmetallet eller dets oxyd kan blandes i den ønskede mengde med pulveret av aluminiumoxyd eller oxyforbindelse eller et annet oxydpulver, slik at legeringen eller den intermetalliske forbindelse dannes under en på-følgende varmebehandling for dannelse av kompositten. Like-ledes kan partikler av de ovennevnte midler og tilsetnings-oxyder innarbeides i blandingen som anvendes for å lage komposittmaterialet.

Når komposittmaterialet lages i form av et selvbærende eller halvstivt legeme, f .eks. ved en varmpressingsprosess, kan dets densitet velges ved å innstille prosessparameterne. I alminnelighet vil høye densiteter av hver 100% av den teoretiske densitet for komposittmaterialet være ønskelige når det er nødvendig med uoppløselige eller i det vesentlige uoppløselige materialer. Densiteter innen området 65-95%

av den teoretiske densitet vil i alminnelighet være anvendbare selv om eventuelt bare legemets overflate kan ha en slik høy densitet. For legemer av komposittmaterialet omgitt av en beskyttende omhylling kan imidlertid densiteter som er så lave som 50% av den teoretiske densitet eller ennu lavere, være aksepterbare. Nærmere bestemt ble ved anvendelse av finkornet aluminiumoxyd ( 41yUm) sammen med grovere aluminium (~10yum) i et vektforhold av 70:30 et elektrisk ledende, selvbærende legeme oppnådd med en densitet av bare

36% av den teoretiske densitet.

Komposittmaterialene av aluminium-aluminiumoxyforbindelse som anvendes for strømførende komponenter, opp-viser metallisk ledningsevne og bevarer denne metalliske ledningsevne ved de forhøyede arbeidstemperaturer av 7 50-1000°C. Denne metalliske ledningsevne tilskrives i alminnelighet nærværet av restaluminium (mulig i form av en legering eller en intermetallisk forbindelse) som virker som et ledende bindemiddel. Ikke desto mindre kan ledningsevnen befordres ved hjelp av andre mekanismer. For eksempel vil kanskje dannelsen av oxygenunderskudd i oxyforbindelsens gitter befordre halvledningsevne og fuktbarhet. Ledningsevnen vil imidlertid som regel skyldes restaluminium som virker som et ledende bindemiddel. I en presset eller sintret aluminium-alumi niumoxydkompositt hvor ledningsevnen tilveiebringes utelukkende av aluminiumet i form av et bindemiddel, anslås det at minimumsmengden av aluminium vil være ca. 12% og at de vanlige mengder vil være 20-40% for å gi god ledningsevne. Uttrykt generelt vil den metalliske fase, dvs. aluminium, eller en aluminiumlegering eller intermetallisk forbindelse, innta 15-40 volum% av en presset eller sintret kompositt for å gi en tilstrekkelig ledningsevne. Det har imidlertid vist seg at plasmasprøytede aluminium-aluminiumoxydkompositter kan være ledende ved lave aluminiuminnhold (under 15%), og det er mulig at deres ledningsevne forbedres ved høytemperaturbehandlingen i plasmabuen.

Fremstilling

I de fleste tilfeller bli komposittmaterialet ganske enkelt dannet ved å blande partikler av aluminium og aluminiumoxyd og/eller en annen aluminiumoxyforbindelse med hverandre i det ønskede forhold (eventuelt sammen med opp til 5% av ett eller flere av de ovennevnte midler eller med et legeringspulver eller et annet tilsetningsmiddel i en egnet mengde som regel av ikke over 50% av den samlede mengde) og ved å utsette blandingen for varmebehandling.

Partiklene kan bli varmebehandlet i en inert atmosfære eller i vakuum ved en temperatur like under smeltepunktet for aluminiumet (eller for den anvendte legering)

for å sammensintre partiklene. Det foretrekkes imidlertid at varmebehandlingen fortsettes over smeltepunktet for aluminium, f.eks. opp til 1000-1500°C eller endog opp til temperaturer som nærmer seg smeltepunktet for aluminiumoxydet eller aluminiumoxyforbindelsen.

Det er bekvemt å blande partiklene og kaldpresse disse før varmebehandlingen eller de kan blandes og varmpresses direkte. Kaldpressing vil typisk utføres ved forhøyet trykk (f.eks. 1-3 tonn/cm 2) og i en kort tid av flere sekunder , Varmpressing vil utføres ved det samme eller et lavere trykk (f.eks. 100-300 kg/cm ) i en tid av fra flere minutter til flere timer. I alminnelighet vil lengre perioder for varmpressingsbehandlingen være nyttige for fremstilling av selvbærende legemer som holder seg dimensjonsmessig stabile under arbeidsbetingelsene. Kaldpressing ved et trykk av ca. 2 tonn/cm 2 efterfulgt av varmpressing ved 200 kg/cm 2 i 30 minutter i argon og ved temperaturer som varierte fra 600°C til 750°C, ga tilfredsstillende resultater ved foreløpige prøvninger, men forbedrede resultater er blitt oppnådd ved kaldpressing efterfulgt av oppvarming i argon i flere timer ved 1100-1500°C. Ensrettet pressing har gitt gode resultater, men høyere densiteter kan oppnås ved isostatisk pressing, spesielt isostatisk varmp"ressing ved 1000-1500°C.

Når partiklene av aluminiumoxyd eller av andre aluminiumoxyforbindelser er blitt forvarmet i vakuum eller i en inert atmosfære for å tilberede deres overflater, foretrekkes det å blande disse med aluminiumpartiklene og å utføre varmebehandlingen uten å utsette det overflate-behandlede aluminiumoxyd eller oxyforbindelsepartiklene for luft eller fuktighet.

En rekke variasjoner er mulige hva gjelder prosessparameterne som anvendes ved de beskrevne metoder, omfattende pressing før og/eller under varmebehandlingen,

og andre metoder kan anvendes for å fremstille det elektrisk

ledende komposittmateriale, spesielt dersom det ikke er nødvendig å fremstille komposittene i form av et kompakt selvbærende legeme.

Ved en annen bekvem fremstillingsprosess kan cellekomponenten, som en strømtilførselsanordning for katoden eller en celleforingskomponent, formes på forhånd ved kaldpressing til et stivt selvbærende legeme som trans-porteres til stedet for elektrolysecellen og utsettes for varmebehandling like før det anbringes i cellen.

En annen formningsmetode for kompositten er å plasma-sprøyte blandingen av partikler av aluminium og aluminiumoxyd eller en annen oxyforbindelse på en bærer. Denne bærer kan f.eks. utgjøres av bunnen av en celleforing på hvilken den plasmasprøytede kompositt danner en ledende og med aluminium fuktbar overflate, eller den kan utgjøres av en inert kjerne for et pakningselement. Bæreren kan alternativt være en temporær bærer fra hvilken det plasma-påsprøytede materiale fjernes og nedmales for videre anvendelse.

En forandret metode for fremstilling av komposittmaterialene av aluminium-aluminiumoxyforbindelse er å reagere aluminium med egnede oxyder for å danne aluminiumoxydet eller en annen aluminiumoxyforbindelse in situ i form av et komposittmateriale sammen med et overskudd av ureagert aluminium og en redusert form for utgangsoxydet eller

-oxydene. Eksempler på oxyder som kan anvendes som utgangsmateriale for denne metode, er CuO, FeO, Fe203, Fe304, NiO, Ti02 og Mn02- Disse oxyder kan anvendes alene i blanding med hverandre eller blandet med aluminiumoxyd eller en annen alutfiiniumoxyforbindelse. Reaksjonen kan finne sted ved å blande disse oxyder i partikkelform med partikkel-formig aluminium og ved oppvarming som regel med påført trykk på samme måte som beskrevet ovenfor, fors å frembringe en "reaktiv sintring". For eksempel kan den følgende reaksjon finne sted når det gås ut fra FeO:

Ved å regulere overskuddet av aluminiumet i blandingen og fortrinnsvis ved også å tilveiebringe en viss mengde ytterligere aluminiumoxyd i utgangspulverne for å øke den samlede mengde av aluminiumoxyd fås et kompositttmateriale av aluminiumoxyd og en ønsket aluminium/jernlegering eller intermetallisk forbindelse. Ytterligere eksempler på reaktive sintringsreaksjoner er:

Oxyder eller blandinger for reaktiv sintring med aluminium kan også fremstilles ved å utfelle eller samut-felle salter som derefter blir termisk omvandlet til intimt blandede oxyder, efterfulgt av en reaktiv sintring med aluminium.

Et særtrekk ved kompositttmaterialene fremstilt på denne måte ved hjelp av enkel reaktiv sintring eller ved termisk spaltning efterfulgt av reaktiv sintring er at aluminiumoxydet som dannes in situ, blir perfekt fuktet av aluminiumet og av andre tilstedeværende metaller. Den beste fuktbarhet fås dersom titan-, nikkel- eller jernoxyder befinner seg blant utgangsmaterialene. Dessuten kan komposittmaterialer fremstilt på denne måte ha høy elektrisk ledningsevne og et høyt smeltepunkt for metallfasen.

Ved andre fremstillingsmetoder blir først en aluminium-aluminiumoxydkompositt fremstilt ved en egnet varmebehandling og malt til et pulver. Dette komposittpulver blir derefter blandet med et oxyd eller oxyder for reaktiv sintring mellom oxydet eller oxydene og aluminium, eventuelt sammen med andre tilsetningsmidler, som zirkoniumdiborid og/eller titandiborid, og blandingen blir presset til et selvbærende legeme med eller uten ekstra varmebehandling.

Overflatebelegg

Overflaten av komposittmaterialet av aluminium-aluminiumoxyf orbindelse kan befinne seg i direkte kontakt med den smeltede, elektrisk utvundne aluminiumkatode og av og til med det smeltede bad. Det har imidlertid vist seg at komposittmaterialet også er meget nyttig dersom det er belagt med et egnet belegg som kommer i kontakt med det smeltede aluminium, f.eks. med en elektrisk utvunnet aluminiumkatode. Dette gjelder for eksempel katodestrøm-tilførselsanordninger som kan være belagt med materialer,

som titandiborid eller andre ildfaste borider med for-bedret fuktbarhet av smeltet aluminium. Disse belegg kan påføres på komposittmaterialet ved hjelp av en hvilken som helst bekvem metode.

Når komposittmaterialene av aluminium-aluminiumoxyforbindelse er blitt belagt på denne måte, vil store spennin-ger ikke oppstå på grenseflaten mellom komposittmateriale/ belegg når komponentene oppvarmes eller avkjøles til mellom vaerelsetemperatur og arbeidstemperaturen av 750-1000°C,

slik at belegget vil holdes seg intakt til tross for varme-syklisering. Dersom belegget skulle blir beskadiget eller slitt, vil dessuten det underliggende komposittmateriale av aluminium-aluminiumoxyforbindelse motstå kontakt med det smeltede aluminium, og ved anvendelse av et komposittmateriale av aluminiumoxyd-aluminium vil dette i det vesentlige ikke føre til forurensning av aluminiumet og av badet.

For cellekomponenter som ikke er forsynt med et per-manent, beskyttende overflatebelegg kan dessuten for å be-skytte komposittlegemet mot utsettelse for den omgivende luft som vil kunne nedbryte f-eks. overflatenes fuktbarhet med aluminium under transport fra produksjonsstedet for kompositten til elektrolysecellen, kunne være formålstjenelig å omhylle legemet med en aluminiumomhylling.. Dette kan gjøres f.eks. ved å dyppe legemet i smeltet aluminium og å la smeltet aluminium hefte til overflaten for å avkjøles. Når legemet anbringes i aluminiumproduksjonscellen, vil den beskyttende aluminiumoverflate ganske enkelt smelte uten å forårsake noen forstyrrelse ved drift av cellen.

Geometriske karakteristika

Cellekomponentene ifølge'oppfinnelsen kan lages av enkelt-legemer av komposittmaterialet, for eksempel som blokker av materialet under dannelse av en katodestrømtilførselsan-ordning, eller med komplekse former for dannelse av en en-hetlig celleforing. På grunn av komposittmaterialets utmerkede mekaniske egenskaper som forener alumiumets duktilitet med aluminiumoxydets styrke, kan legemer av materialet lett maskinbehandles for å oppnå de ønskede former. Komponentene kan alternativt være bygget opp av flere stykker av materialet satt sammen på egnet måte, som ved sveising eller varmpressing .

I en celle for elektrisk utvinning av aluminium vil katoden eller katodestrømtilførselsanordningen typisk anbringes under anodene og vil ha en horisontal eller i det vesentlige horisontal overflate fra hvilken det elektrisk utvundne aluminium avtappes. Alternativt kan forbrukbare anoder eller forholdsvis dimensjonsstabile, oxygenutviklende anoder stikke ned i fordypninger mellom katodestrømtil-førselselementene av komposittmaterialet, idet disse elementer har vertikale eller skrå overflater vendt mot anodene og nedad hvilke en tynn film av det elektrisk utvundne aluminium strømmer.

En annen spesiell katodeanordning er et pakket lag av med aluminium fuktbare pakningselementer som kan være anordnet i en katodisk dam av elektrisk utvunnet aluminium i en celle for elektrisk utvinning av aluminium, for å redusere bølgene og krusningene forårsaket av elektromagnetiske krefter (se den publiserte PCT patentsøknad WP-8102170). Disse pakningselementer kan ha vilkårlig form eller de kan være rør,

sadler eller raschigringer etc. laget av komposittmaterialet ifølge oppfinnelsen. Kompositter med god elektrisk ledningsevne vil med fordel bli anvendt for disse pakningselementer. Da elektrisk ledningsevne imidlertid ikke er krav til pak-

ningselementene, kan komposittmaterialer med lavt aluminiuminnhold også anvendes. Pakningselementer av aluminiumoxyd-aluminiumkomposittmaterialet kan også anvendes som en pakket lagelektrode i vertikalt delte elektroraffineringsceller av den type som er beskrevet i US patentskrift 4118292.

Som en variasjon kan disse pakningselementer for elektrout-vinningsceller eller elektriske raffineringsceller bestå av komposittmaterialet med et overflatebelegg som lar seg fukte av aluminium, f.eks. av TiB2, eller de kan være laget av ildfaste materialer som er overflatebelagt med det elektrisk ledende og av aluminium fuktbare komposittmateriale av aluminium-aluminiumoxyforbindelse, spesielt slike kompositter som inneholder tilsetningsmidler av ildfast borid.

Dri ft av cellen

Det er velegnet å fremstille aluminium ved elektrolyse

av forskjellige smeltebad som inneholder forskjellige aluminiumforbindelser, under anvendelse av komponenter av komposittmaterialet som under normal bruk er dekket av smeltet aluminium. Det vil imidlertid forstås at komponentene av og til (for eksempel hvis nivået for en damp av elektrisk utvunnet aluminium synker og delvis eksponerer komponentene) eller utilsiktet kan bli eksponert for det smeltede bad når overflatefilmen av aluminium på komponenten blir fjernet. I dette tilfelle kan det eksponerte komposittmateriale bli oppløst i badet. Hvilke som helst komponenter som er utsatt for denne risiko, vil fortrinnsvis være laget av aluminiumoxyd-aluminium, eventuelt med ikke forurensende tilsetningsmidler, slik at denne oppløsning ikke vil føre til forurensning av badet.

De ovenstående avveininger gjelder det vanlige aluminiumoxyd-cryolittbad og andre bad. Ett eksempel er lithium/kalium-baserte. fluoridsmelter inneholdende opp til ca. 2% aluminiumoxyd. Et annet eksempel er kloridbaserte smelter, som KC1 -NaCl - AlCl-j eller en smelte inneholdende 3-7% AlCl3,

53% NaCl, 40-42% LiCl, 0-0,5 % MgCl2,0-0,05% KC1 og 0-1,0% CaCl2 ved en temperatur av 700-30°C, i hvilken aluminiumoxyd har meget lav oppløselighet.

Ved elektrisk utvinning av aluminium vil drift ved

høy strømtetthet lettes ved å anvende komposittmaterialet ifølge oppfinnelsen som katode eller katodestrømtilførsels-anordning på grunn av dets utmerkede fuktbarhet av smeltet aluminium,slik at bare et tynt aluminiumlag behøver å holde seg på katoden av komposittmaterialet, hvorved en nedsatt avstand mellom elektrodene kan tillates. Med disse nye katodestrømtilførselsanordninger av komposittmateriale kombinert med oxygenutviklende anoder som fortrinnsvis vil være i det vesentlige dimensjonsstabile, vil det være mulig og fordelaktig å drive cellen ved høye strømtettheter av 20-50 kA/m (sammenlignet med de vanlige strømtettheter av ca. 10 KA/m 2 eller derunder ved anvendelse av vanlige carbonanoder og katodestrømtilførselsanordninger) samtidig med opprettholdelsen av en lav cellespenning, hvorved oppnås et lavt spesifikt energiforbruk pr. tonn elektrisk utvunnet aluminium. Drift med oxygenutviklende anoder og de nye katoder eller katodestrømtilførselsanordninger som omfatter komposittmaterialet, ved anodestrømtettheter under 20 kA/m^ er også mulig. Cellens varmeisolasjon vil selvfølgelig være avpasset i forhold til strømtettheten og andre variable som påvirker varmetapet.

En annen prosess for hvilken de foreliggende komponenter er velegnede, er elektrisk raffinering av aluminium. De for tiden anvendte prosesser er istand til å produsere aluminium med renheter opp til 99,999%. Ved den prosess hvor aluminium blir raffinert med en porøs aluminiumoxydseparator som inneholder et smeltet salt (dvs. uten et saltbad som danner et tykt eget lag),

vil komposittmaterialet være ideelt som anodestrømtilførsels-anordning og som katodestrømtilførselsanordning. Komposittmaterialet er også anvendbart ved den prosess som vanligvis utføres med en tre-lags flytende elektrodeanordning, f.eks. med et tungt aluminium/kobberlag som anode på hvilket et mellomlag av smeltet saltelektrolytt flyter (som regel en smeltet alkali-jordalkaliklor-fluoridelektrolytt som inneholder aluminiumioner, f.eks. cryolitt og aluminiumfluorid sammen med bariumklorid eller en blanding av kalsium- og bariumfluorider ved ca. 750°C), og over dette et mindre tungt

lag av rent aluminium som grafittkatodene dypper inn i.

Ved den beskrevne anvendelse blir således grafittkatodestrøm-tilførselsanordningene i en aluminiumraffineringscelle erstattet med et komposittmateriale av aluminiumoxyd-aluminium hvis komponenter er meget rene slik at ingen sporelementer kan bli oppløst i den smeltede aluminiumkatode. Kompositten vil således inneholde raffinert aluminium av den renhet som er forventet- fra rafinnerings-cellen.

De beskrevne komposittmaterialer av aluminium-aluminium-oxyf orbindelse kan innpasses i aluminiumelektroutvinnings-

og -raffineringsceller av tradisjonell konstruksjon med egnede dimensjonsjusteringer, spesielt ved å gjøre avstanden mellom elektrodene mindre når det dreier seg om en elektrout-vinningscelle. Det bør i denne sammenheng noteres at for strømtilførselsanordninger gir komposittmaterialet utmerket kontakt med de vanlige typer av strømskinner av stål eller andre materialer.

Komposittmaterialene av aluminium-aluminiumoxyforbindelse har således fremragende og uventede egenskaper som gjør at de ved fremstilling av aluminium er nyttige som strømførende komponenter, men de beskrevne aluminium-aluminiumoxyf orbindelsesmaterialer kan også anvendes i aluminiumproduksjonsceller som ikke strømførende cellekomponenter, som separatorvegger, demninger for overstrømning av smeltet aluminium, pakningselementer, skjermer eller andre konstruksjonskomponenter som befinner seg i kontakt med det smeltede aluminium. Disse komponenter kan være legemer av komposittmaterialet som eventuelt inneholder tilsetningsmidler og overflatebelegg som beskrevet tidligere, eller de kan for eksempel være aluminiumoxyd belagt med komposittmaterialet og anvendt som aluminiummotstandsdyktige komponenter, som pakningselementer.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Fig. 1 viser skjematisk et tverrsnitt gjennom en

vanlig celle for elektrisk utvinning av aluminium,

Fig, 2 er et lignende riss som viser en slik celle forandret i overensstemmelse med oppfinnelsen ved at den senere er blitt forsynt med elementer av komposittmaterialet.

Foretrukne måter for utførelse av oppfinnelsen

Fig. 1 viser skjematisk en vanlig celle for elektrisk utvinning av aluminium, omfattende en carbonforing 1 i en varmeisolerende mantel 2 og med en katodestrømskinne 3 inn-leiret i foringen 1. En katodisk dam 4 av smeltet aluminium og en på aluminiumoxyd basert smeltet cryolittelektrolytt 5 ved en temperatur av 940-1000°C, som regel 955-980°C, befinner seg i foringen 1, Denne elektrolytt består av natrium-cryolitt (Na^Al Fg) som hovedkomponent med 4-10% kalsium-fluorid, 2-5% aluminiumfluorid og 2-8% aluminiumoxyd. Aluminiumdammen 4 og den smeltede elektrolytt 5 er omgitt av en skorpe 6 av den størknede elektrolytt. Anoder 7 som består av forbrente carbonblokker og er opphengt ved hjelp av anodestrømtilførselsanordninger 8, dypper ned i den smeltede elektrolytt 5 over den katodiske aluminiumdamp 4 med varierbar avstand d over dammens overflate.

For eksempel kan en slik celle inneholde 6-10 rader med

2 anoder som måler ca. 60 x 40 x 40 cm for små celler til ca. 150 x 100 x 70 cm for store celler. Under drift opprettholdes dammen 4 av katodisk aluminium med en dybde av 15-20 cm, og anode-katodeavstanden d holdes som regel mellom 4 og 5 cm1: Det er ikke mulig å anvende en mindre avstand d på grunn av krusningseffekten på dammens 4 overflate forårsaket av elektromagnetiske krefter .

Ved bruk av cellen blir carbonanoden 7 forbrukt og må periodevis skiftes ut, omtrent hver 2 eller 3 uke, og celle-foringen 1 som virker som strømtilførselsanordning, har en utnyttbar levealder av to år eller lengre, ofte mellom 3 og 6 år. Arbeidsanodestrømtettheten er som regel mellom 6 og 10 kA/m<2.>

Fig. 2 viser hvorledes den vanlige celle ifølge Fig. 1 med fordel kan omvandles under anvendelse av komposittmaterialet ifølge oppfinnelsen, på en slik måte at prosess-utbyttet og produktenheten forbedres. For enkelhets skyld er på Fig. 2 de samme deler blitt gitt den samme henvisning som på Fig. 1, med en "apostrof " når den delen er blitt vesentlig forandret.

I den forandrede celle ifølge Fig. 2 er bunnen av carbonforingen 1 blitt dekket med et lag 9 av komposittmaterialet ifølge oppfinnelsen av aluminium-aluminiumoxyforbindelse. Som vist består dette lag 9 av slabber (plater) av komposittmaterialet med en tykkelse av mellom 0,5-5 cm,

f.eks. en tykkelse av 1 cm. Når disse slabber innpasses,

kan avstanden mellom slabbene fylles med strimler og/eller partikler av det samme komposittmateriale og slabbene derefter sveises sammen. Istedenfor slabber av komposittmaterialet er det mulig å plasmasprøyte komposittmaterialet på foringens 1 overflate for å danne et ledende belegg med en tykkelse av 0,2-1,0 mm. Et slikt plastmapåsprøytet belegg kan og også anvendes for å forbedre kontakten mellom carbonforingen 1 og slabber av komposittmaterialet. Komposittmaterialet for slabbene kan fremstilles ved hjelp av den tidligere beskrevne varmpressemetode, og dette materiale vil typisk være en aluminiumoxyd-aluminiumkompositt inneholdende 25-50% aluminium. Det kan eventuelt inneholde et tilsetningsmiddel, f.eks. TiB2 som forbedrer fuktbarheten med aluminium.

Laget 9 av komposittmateriale kan påføres på en ny carbonforing 1 eller på en brukt carbonforing som ikke er for sterkt beskadiget. For brukte foringer 1 med en bunn som er blitt ujevn vil det være nødvendig først å utjevne bunnens overflate ved innstamping av pulverformig ledende materiale, enten carbon eller partikler av komposittmaterialet av aluminiumoxyd-aluminium.

Når dette lag 9 av composittmaterialet anvendes som en med aluminium fuktbar arbeidsoverflate i kontakt med det katodiske aluminium, kan den kjente dype dam 4 av aluminium erstattes med et forholdsvis tynt filmlag 4'. Et slikt lag kan bekvemt opprettholdes med en ønsket konstant tykkelse, f.eks. opp til ca. 1 cm, ved hjelp av egnede hemmende midler eller dersom ingen hemmende midler anvendes, vil en tynn film på typisk under 1 mm dannes. I begge tilfeller blir smeltet aluminium kontinuerlig tappet. Om ønsket kan den øvre flate av slabben av komposittmaterialet belegges med et lag, fortrinnsvis et meget kompakt lag, av et materiale, som titandiborid, som lar seg fukte av aluminium,

Istedenfor slabber av komposittmaterialet som danner et forholdsvis tynt lag 9 er det også mulig å anbringe legemer av komposittmaterialet som er vendt mot anodene 7' Disse katodelegemer befinner seg således i avstand fra hverandre for å muliggjøre tapping av aluminiumet fra den katodiske øvre flate.

Cellen kan omfatte de samme carbonanoder 7 eller den kan forandres ytterligere ved å erstatte carbonanoden 7 med oxygenutviklende anoder 7' som holder seg forholdsvis dimensjonsstabile. Disse anoder 7' kan eventuelt ha en beskyttende og/eller forsterkende omhylling 10, f.eks. av aluminiumoxyd.

Når disse anoder 7' anvendes sammen med det katodiske lag 9, kan avstanden d mellom anodeoverflaten og aluminium-filmen 4' reduseres til 2-2,5 cm. Når anodene slites bort, kan denne avstand holdes konstant ved hjelp av de nylig ut-viklede datastyrte anodematningsinnretninger. Når det arbeides ved den samme anodestrømtetthet som i en vanlig celle, kan denne mindre avstand tilskrives en energibe-sparelse av ca. 20% av den forbrukte elektriske energi, mens ytterligere energibesparelser av ca. 2-3% kan oppnås når komposittmaterialet erstatter en vesentlig del av carbon-celleforingen.

Fremstillingen av komposittmaterialer for anvendelse som cellekomponenter ifølge oppfinnelsen vil bli ytterligere illustrert ved hjelp av de. nedenstående eksempler.

Eksempel 1

Kalsinert aluminiumoxyd, Cerac (varemerke), 99,9%

rent og med en kornstørrelse av under 40yum ble blandet i et 60:40 vektforhold med 99,5% rene aluminiumpartikler også med en kornstørrlse opp til 4 0^um.

Blandingen ble malt over natten i en kulemølle under anvendelse av aluminiumoxydkuler, og det erholdte jevne pulver med en gjennomsnittlig kornstørrelse av opp til ca. 10 10//Um ble.kaldpresset 2under vakuum med et enkeltaksialt trykk av 2,6 tonn/cm . Et selvbærende legeme ble derved dannet som ble varmebehandlet i argon i 12 timer ved 1200°C. Små aluminiummengder fløt sammen ved ekstremitetene av legemet som viste seg å inneholde 36% aluminium. Legemet hadde en densitet av 76% av den teoretiske densitet, (TD)

og oppviste metallisk ledningsevne.

Den ovenstående metode ble gjentatt under anvendelse

av smeltet aluminiumoxyd, Cerac (varmemerke), med en renhet av 99,5% og den samme kornstørrelse. Efter varmebehandling viste det erholdte legeme seg å inneholde 32% aluminium og hadde en densitet av 71% TD. Det oppviste også metallisk ledningsevne.

Eksempel 2

Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt under anvendelse av 99% rent smeltet aluminiumoxyd, Cerac (varemerke) , inneholdende 97% Al203 og 3% Ti02 og med den samme kornstørrelse. Sluttlegemet inneholdt 35% aluminium, hadde en densitet av 82% TD og oppviste metallisk ledningsevne.

En ytterligere serie med kompositte aluminiumoxyd-aluminiumlegemer fremstilt på samme måte hadde en densitet av 66-76% TD. Ett av disse legemer ble montert i et rør av tett aluminiumoxud og ble i 1 time neddykket i smeltet cryolitt mettet med aluminiumoxyd (10%) ved 1000°C under en argonatmosfære. Efter at det var blitt fjernet, kunne praktisk talt ingen forandring av legemet iakttas. Det be-holdt mer spesielt et jevn aluminiumfordeling og oppviste metallisk ledningsevne. Dette viser at en cellekomponent av dette komposittmateriale vil motstå sporadisk kontakt med et smeltet cryolittbad.

Eksempel 3

Fremstillingsmetoden ifølge eksempel 2 ble gjentatt med tilsetning av niobdiboridpulver, Cerac (varmerke), med en renhet av 99% og en kornstørrelse opp til 40yum. Vektforholdet Al203.Ti02:A1:NbB2 var 60:40:5. Sluttlegemet hadde en densitet av 61% TD og oppviste metallisk ledningsevne.

Eksempel 4

Eksempel 3 ble gjentatt under anvendelse av 70 vektdeler kalsinert aluminiumoxyd, 99,9% renhet, 3 0 vektdeler aluminium og 1,5 eller 10 vektdeler NbB2 . Sluttlegemene hadde en densitet av 57-59% TD, og alle oppviste en metallisk ledningsevne. Et prøvestykke som inneholdt 5 vektdeler NbB2, ble montert i et aluminiumoxydrør og neddykket i smeltet aluminium i 24 timer ved 1000°C under en argonatmosfære. Prøvestykket viste intet tegn på forandring.

Eksempel 5

Eksempel 4 ble gjentatt med et vektforhold Al203:Al :NbB2 av 33:30:37 (Al203 og NbB2 er i et ekvimolekylært forhold). De erholdte komposittlegemer hadde en densitet av 57-58% TD og oppviste metallisk ledningsevne.

Eksempel 6

Eksempel 5 ble gjentatt, men med erstatning av NbB2 med Ti<B>2. Vektforholdet Al203:Al:TiB2 var 41,5:30:38,5 (Al203 og TiB2 ekvimolekylær). Densiteten var 67% TD, og legemene oppviste metallisk ledningsevne.

Metoden ble gjentatt med vektforholdet Al203:Al:TiB2.

I begge tilfeller var densiteten 56% TD, og komposittlegemene oppviste metallisk ledningsevne.

Eksempel 7

Fremstillingsmetoden ifølge de ovenstående eksempler ble gjentatt under anvendelse av kalsinert aluminiumoxyd og aluminium med en kornstørrelse - C 40^,um og anatas-Ti02-pulver, Fluka (varemerke), med kornstørrelse ^l^um. Mengdene ble valgt for å utføre den følgende reaksjonssintring (som finner sted over 900-lOOO°C):

Det erholdte sintrede legeme hadde en densitet av 52% TD og oppviste metallisk ledningsevne og utmerkede mekaniske egenskaper. En undersøkelse av prøven ved hjelp av SEM/EDX-kartlegging og XRD avslørte nærvær av en 2-fasekompositt bestående av aluminiumoxyd og den intermetalliske forbindelse Al3Ti (smeltepunkt 1340°C). Metallisk aluminium og titan og titandioxyd ble ikke påvist.

Eksempel 8

Et rør av aluminiumoxyd, Degussit (varemerke) "Al 23", med en renhet av 99,5% Al203/ en densitet av ca. 3,7 g/ml og ingen åpen porøsitet og med en innvendig diameter av 8 mm, en utvendig diameter av 12 mm og en lengde av 4 cm ble renset med ultralyd i isopropylalkohol og derefter oppvarmet i luft i 2 timer ved 500°C.

Pulver av aluminium med en renhet av 99,9% og av aluminiumoxyd med en renhet av 98,5% og begge med en nominell kornstørrelse av opp til 40yUm ble blandet i et vektforhold 25:75 og malt over natten i en kulemølle under anvendelse av aluminiumoxydkuler. Det erholdte jevne pulver med en kornstørrelse opp til ca. lO^um ble fylt i røret, og endene ble stengt med tett tilpassede aluminiumoxydstaver. Pulveret ble kaldpresset med et trykk av ca. 30 kg/cm o. Montasjen ble derefter anbragt i grafittblokker i et induksjonsoppvarmingsapparat i en argonatmosfære og hurtig oppvarmet (i løpet av 10 minutter) til ca. 1700°C i 15 minutter. Efter avkjøling ble røret avskåret og fremviste en utmerket sintret binding mellom aluminiumoxydrørets inn-vendige overflate og komposittkjernen av aluminiumoxyd/ aluminium. Kjernen oppviste metallisk ledningsevne og hadde en densitet av ca.65% av den teoretiske densitet for komposittmaterialet. Det ble også iakttatt at det ikke forekom tegn til sammenflytning av aluminium ved den sintrede kjernes ekstremiteter.

Det erholdte komposittmaterialet bundet i et beskyttende aluminiumoxydrør er utmerket egnet som katodestrømtilførsels-anordning. Om ønsket kan de ytre overflater av røret belegges med et komposittmaterialet av aluminiumoxyd-aluminium ved plasmapåsprøyting (se eksempel 9) eller med et annet materiale, f.eks. TiB2, som lar seg fukte av aluminium.

Ved en forandring av dette eksempel kan densiteten for kjernen av komposittmaterialer økes ved å påføre trykk under induksjonsoppvarmingen.

Eksempel 9

Aluminiumoxydpulver med en kornstørrelse av 5-20yUm og aluminiumpulver med en kornstørrelse av 45-75^um ble blandet i vektforhold av 85:15 og 70:30. Disse pulver ble plasmasprøytet på aluminiumoxydrør (Degusitt "Al 23") med en diameter av 12 mm og 20 mm. En tykkelse av ca. SO^um ble oppnådd ved en sprøytetid på 10 sekunder, og tykkere belegg kan om ønsket oppnås. Komposittbeleggene var meget tette ( >85% TD), og alle hadde metallisk ledningsevne. De belagte aluminiumoxydprøvestykker er velegnede som pakningselementer i en smeltet aluminiumkatode.

Claims (6)

1. Komponent for en celle for produksjon av aluminium og som under bruk normalt er dekket med smeltet aluminium, idet komponenten omfatter et komposittmateriale som er en elektrisk ledende del av en strømførende komponent, en katode eller katodestrømtilførselsanordning, en anodestrømtilførsels-anordning for en celle for elektroraffinering av aluminium, en strømførende del av en celleforing, en separatorvegg, demning, pakningselement eller skjerm, karakterisert ved at komponenten har en overflate og/eller en innvendig del laget av komposittmaterialet som består av aluminium som en metallisk fase og en alumi-niumoxyf orbindelse , i en mengde av minst 1 vekt%, fortrinnsvis 1-50 vekt%, metallisk aluminium og minst 10 vekt% av aluminiumoxyforbindelsen, idet komposittmaterialet fortrinnsvis ytterligere omfatter minst ett nitrid, borid, carbid og/ eller et forskjellig oxyd.

2. Komponent ifølge krav 1, karakterisert ved at aluminiumoxyforbindelsen i komposittmaterialet er aluminiumoxyd.

3. Komponent ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at aluminiumet i komposittmaterialet er i det vesentlige rent aluminium.

4. Komponent ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at komposittmaterialet inneholder en legering eller en intermetallisk forbindelse av aluminium med minst ett annet metall.

5. Komponent ifølge krav 1-4, karakterisert ved at komposittmaterialet dessuten omfatter et middel som hjelper til med å holde på aluminiumet ved forhøyet temperatur, idet midlet er til stede i en mengde opp til 5 vekt%, basert på komposittmaterialet, og består av lithium, magnesium, kalsium, titan, krom, jern, kobolt, nikkel, zirkonium, hafnium og/eller ett eller flere diborider av titan, zirkonium, hafnium eller niob.

6. Komponent ifølge krav 1-5, karakterisert ved at en eksponert overflate av komponenten er i det minste delvis belagt med et annet materiale som lar seg fukte av aluminium.