NO172654B - Fremgangsmaate for fremstilling av et aluminiumfuktbart element, saerlig en aluminiumreduksjonscelle-katodeoverflate - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av et aluminiumfuktbart element.

Særlig angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av en aluminiumfuktbar aluminiumreduksjonscellekatodeoverflate.

Nærmere bestemt angår foreliggende oppfinnelse fremstilling av katoder for elektrolytiske celler for fremstilling av aluminium, spesielt en fremgangsmåte for fremstilling av katodeplater eller fliser med øket kvalitet og øket levetid for bruk i slike celler. Katodeplatematerialene underkastes vakuumblanding under betingelser med lav skjærkraft, støping, herding og brenning for å danne aluminiumfuktbare ildfaste hårdmaterial/karbonelementer med høyere densitet, styrke og levetid enn det som tidligere var antatt mulig.

Aluminium fremstilles konvensjonelt ved en elektrolytisk reduksjonsprosess som gjennomføres i Hall-Heroult-celler der aluminiumoksyd oppløses i smeltet kryolitt og elektrolyseres ved temperaturer på 900 - 1.000°C. Disse celler omfatter karakteristisk et stålskall med en isolerende utforing av et egnet ildfast materiale som i sin tur et utstyrt med en utforing av karbon som ligger i kontakt med det smeltede bad, aluminium og/eller malm. En eller flere anoder, vanligvis fremstilt av karbon, innføres i den smeltede kryolitt og forbindes med den positive pol i en likestrøms-kilde. Denne negative pol til likestrømskilden forbindes med karbonutforingen i bunnen av cellen. Smeltet aluminium som stammer fra den elektrolytiske reduksjonsreaksjon samles på karbonbunnen av cellen i en smeltet dam som virker som en flytende metallkatode på hvilken ytterligere aluminium avsettes. En andel av denne flytende dam fjernes periodisk og samles som produkt fra elektrolyseprosessen.

Ved konstruksjonen av de fleste moderne kommersielle celler er karbonutforingen som danner toppsjiktet av katoden hensiktsmessig bygget opp av et mønster av på forhånd brente karbonblokker som dekker den del av cellen som skal utfores, hvorefter karbonblokkene forenes til en fast kontinuerlig enhet ved å pakke spaltene mellom blokkene med en blanding karakteristisk bestående av koks, kalsinert antrasitt, modifisert kulltjærebek og lignende. Denne struktur oppvarmes i løpet av celleoppstarting. Levetiden for slik karbonut-foring i forskjellige anlegg utgjør i middel 3 - 8 år, men under ugunstige betingelser kan levetiden være betydelig kortere. Forringelse inntrer på grunn av inntrengning av smeltede elektrolyttkomponenter og flytende aluminium i strukturen i karbonblokkene og pakkeblåndingen og forårsaker svelling og sprekkdannelse. Aluminiummetall-inntrengning forårsaker legeringsdannelse og langsom destruering av stål-strømkollektorskinnene som er innleiret i cellebunnen.

Dette forurenser aluminiumbadet og kan eventuelt føre til celleuttapping.

Andre problemer ved konvensjonell aluminiumreduksjonscelle-drift inkluderer akkumulering av uoppløst eller "frosset" bad og aluminiumoksyd som føres fra kryolittbadet, malmen og malmdekket, til katoden, og forårsaker så slam. Nærværet av dette slam under aluminiumbadet danner elektrisk isolerende arealer på cellebunnen som øker katodespenningstapet og avbryter den elektriske strømfordeling, noe som resulterer i for stor badturbulens og ødeleggelser på grunn av magnetiske krefter, noe som så reduserer cellestrømeffektiviteten. En ytterligere mangel ved karbon-katodeutforingen er at den ikke fuktes av smeltet aluminium, noe som nødvendiggjør drift med en dyp dam av aluminium for å sikre effektiv kontakt mellom smeltet aluminium og karbonutforingen eller overflaten. Den dype aluminiumdam underkastes magnetiske og elektriske virkninger som stående bølger, noe som øker muligheten for elektrisk kortslutning til anoden. For å redusere denne mulighet benyttes vanligvis større avstander mellom anode og katode, den såkalte ACD, noe som resulterer i ytterligere spenningsbehov.

For å redusere ACD og ledsagende spenningsfall er det nødvendig å gjennomføre justeringer i den magnetiske konstruksjon eller å arbeide uten aluminiumsdam. For å nå dette sistnevnte mål har det vært gjort forsøk på å benytte katodematerialer omfattende ildfaste hårdmaterialer, såkalte REM, slik som TiB2« Titandiborid er meget konduktivt og fuktes av flytende aluminium. Fuktbarhetsegenskapen muliggjør at en tynn film av smeltet aluminium avsettes direkte på katodekonstruksjonen fremstilt av RHM og eliminerer således behovet for en dam av metall fordi kontakten med den underliggende katodekonstruksjon er sikret.

Bruken av strømledende elementer av titandiborid i elektro-lyseceller for fremstilling av aluminium er beskrevet i de følgende som eksempler nevnte US-PS 2 915 442, 3 028 324,

3 215 615, 3 314 876, 3 330 756, 3 156 639, 3 274 093 og 3 400 061. På tross av de utstrakte forsøk som har vært gjort tidligere, antydet av disse og andre patenter, og de potensielle fordeler ved bruken av titandiborid som strøm-ledende element, synes slike sammensetninger ikke å ha vært kommersielt benyttet i vesentlig grad av aluminiumsindu-strien. Grunnen til at TiB2~ eller RHM strømledende elementer ikke har vært akseptert i forhold til den kjente teknikk skyldes deres mangel på varighet i drift i elektrolyse-cellene. Det er rapportert at slike strømledende elementer bryter sammen efter relativt korte driftsperioder. Slike sammenbrudd har vært forbundet med inntrenging i de selv-bundne RHM strukturer av elektrolytt og/eller aluminium, noe som har forårsaket kritisk svekking med derav følgende tap av kohesjon, sprekkdannelse og sammenbrudd. Det er velkjent at flytende faser som trenger inn i korngrensene for faststoffer kan ha uønskede virkninger. For eksempel er kjente RHM-fliser hvori oksygenurenheter ble funnet å segregere langs korn-grenseflåtene, ømfindtlige overfor hurtig angrep av aluminiummetall- og/eller kryolittbad. Tidligere kjente teknikker for å bekjempe TiB2~flis-disintegrering i alu-miniumceller har inkludert bruken av høyt raffinert TiB2~ pulver for å fremstille fliser inneholdende mindre enn 50 ppm oksygen. Imidlertid koster disse meget rene materialer tre eller fire ganger så mye som kommersielt rent T1B2-pulver (inneholdende ca. 3.000 ppm oksygen) og den nødvend-ige høytemperaturfabrikasjon øker ytterligere omkostningene ved TiB2-flisene i vesentlig grad. På tross av bruken av meget rene materialer er det til nu ikke kjent noen celle som benytter TiB2"fliser som har arbeidet med hell i lengre tidsrom uten tap av adhesjon mellom fliser og katode, eller disintegrering av flisene. Andre grunner som er forslått for sammenbruddet av RHM-fliser og belegg har vært oppløselig-heten av materialet i smeltet aluminium eller smeltet bad, mangelen på mekanisk styrke samt den dårlige motstnadsevne mot termisk sjokk.

I tillegg har forskjellige typer TiB2-materialer, påført på karbonsubstrater, feilet på grunn av forskjellig termisk ekspansjon mellom titandiboridmaterialet og karbonkatodeblokken. Såvidt vites har ingen tidligere kjente RHM holdige fliser eller flater, selv ikke med høy renhet, arbeidet med hell som kommersielt anvendt katodekonstruksjon eller overflatesjikt, på grunn av termisk ekspansjonsmisstil-pasning, bindeproblemer og så videre.

For eksempel beskriver TJS-PS 3 400 061 en cellekonstruksjon med en drenert og fuktet katode der RHM-katodeoverflaten består av en blanding av RHM, minst 5$ karbon hvorav 10 -20 vekt-5é er avledet fra bek, brent ved 900° C eller mer. Ifølge patentet har en slik komposittkatode en høyere grad av dimensjonsstabilitet når det elektrolyseres i en smeltet bad omgivelse enn det som tidligere kunne oppnås med karbon. Koposittkatodebelegningsmaterialet ifølge denne referanse kan stampes på plass i cellebunnen. Alternativt kan former bestående av komposittmaterialer fremstilles i et separat anlegg for senere plassering på en katodeblokk. Et slikt materiale er ikke tilpasset i vesentlig grad på grunn av ømfindtligheten overfor angrep av elektrolysebadet, slik det beskrives i US-PS 4 093 524.

Dette US-PS 4 093 524 krever en forbedret fremgangsmåte for binding av titandiborid og andre RHM i fravær av karbonholdige bindemiddel, til et ledende substrat som grafitt eller til silisiumkarbid. Katodeoverflaten fremstilles fra titandiboridfliser med tykkelse 0,30 - 2,50 cm. Det ble i dette patent erkjent at de store forskjeller i termiske ekspansjonskoeffisienter mellom slike RHM fliser og karbonet forhindrer dannelsen av en binding som vil være effektiv både ved romtemperatur og ved cellens driftstemperatur. Bindingen blir i henhold til dette dannet in situ på grenseflaten mellom RHM flisen og katoden ved en reaksjon mellom aluminium og karbonet under flisen for derved å danne aluminiumkarbid kun når cellen nærmer seg driftstemperatur. Fordi imidlertid bindingen ikke dannes før det nås høye temperaturer kan flisene lett forskyves under oppstart. Bindingen aksellereres ved å føre elektrisk strøm over grenseflaten, noe som resulterer i en meget tynn aluminium-karbidbinding. Imidlertid oppstår det elektrolyttangrep på bindingen hvis flisene er installert for langt fra hverandre eller hvis den beskyttende film av aluminium på overflaten er ufullstendig. Hvis alternativt flisene er installert for nær hverandre buler de ut ved driftstemperatur, noe som resulterer i hurtig foryngelse av celleutforingen og I forstyrrelser av celledriften. Ytterligere problemer ville sannsynligvis oppstå under fluktueringer i celletemperaturen og under avstengning og ny start av en celle som benytter slik binding, på grunn av at den termiske ekspansjonsmistilpasning ikke er eliminert, kun omgått ved høy temperatur. I henhold til dette har dette konsept ikke funnet vesentlig anvendelse.

US-PS 3 661 736 krever en dimensjonelt stabil komposittkatode for en drenert og fuktet celle omfattende partikler eller lignende av meget renset buesmeltet "RHM-legering" innleiret i en elektrisk ledende bindemiddel matriks som kan være karbonholdig. I dette spesielle tilfelle blir overflaten av matriksen beskyttet av et aluminiumkarbidsjikt. Ved drift av en slik celle angripe imidlertid elektrolytt og/eller aluminium-matriksmaterialet av hvilket store arealer er eksponert til kontakt, noe som fører til tidlig ødeleggelse av konstruksjonen. Videre lider de relativt store stykker av T1B2 av samme mangel uttrykt ved dårlig termisk sjokk-motstandsevne, sprøhet og så videre, som hel RHM- materialer.

US-PS 4 308 114 beskriver en konturert katodeoverflate bestående av RHM i en fullt ut grafittisk matriks. I dette tilfelle er RHM blandet med et bekbindemiddel og underkastet grafittering ved ca. 2350°C eller derover. Slike katoder er offer overfor tidlig feiling på grunn av relativt hurtig abrasjon, forårsaket av fysikalsk errosjon og aluminiumkarbiddannelse i grafittmatriksen.

I tillegg til de ovenfor angitte patenter har et antall andre referanser forbindelse med bruken av titandiborid i fliseform. Titandiboridfliser med høy renhet og densitet er prøvet, de viser imidlertid generelt dårlig termisk sjokk-og slagmotstandsevne og er vanskelige å binde til karbonsubstrater som benyttes i konvensjonelle celler. Avbindings-mekanismene antas å skyldes høye belastninger som dannes ved termisk ekspansjonsmistilpasning mellom titandiboridet og karbon, såvel som aluminiuminntrengning langs grenseflaten mellom flisene og adhesivet som holder flisene på plass, på grunn av fukting av bunnflaten av flisene med smeltet aluminium. I tillegg til denne bindingsløsning kan også desintegrering av sogar meget rene fliser inntre på grunn av aluminiuminntrengning ved korngrensene. Disse problemer forbundet med titandiboridf lisenes høye pris har ikke tjent til å oppmuntre utstrakt kommersiell anvendelse av titandiborid elementer i konvensjonelle elektrolytiske aluminium-smelteceller, og også begrenset deres bruk i nye cellekonstruksjoner. For å overvinne manglene ved de tidligere forsøk på å benytte RFH-materialer som overflateelement for karbonkatodeblokker er beleggsmaterlaler omfattende RHM 1 en karbonholdig matriks foreslått.

NO-PS 169 727 samt NO-søknader 841 015 er det beskrevet formuleringer, påføringsmetoder og celler som benytter TiB2/karbonkatode-beleggsmaterialer. Denne teknikk tar sikte på å spre ut en blanding av RHM og karbonfaststoffer med termoherdende karbonholdig harpiks på overflaten av en katodeblokk, fulgt av herde- og brenningscykler. Forbedret celledrift og energiinnsparelser skal oppstå fra bruken av denne katodebelegningsprosess I konvensjonelt konstruerte kommersielle aluminiumreduksjons celler. Anleggsprøvedata antyder at energibesparelsene som oppnås og levetiden er tilstrekkelig til å gjøre denne teknologi til en kommersielt fordelaktig prosess.

Fordelene ved slike komposittbelegningsformuleringer i forhold til varmpressede RHM-fliser er lavere omkostninger, mindre sensitivitet overfor termisk sjokk, termisk ekspan-sjonskompatibilitet med katodeblokksubstratet samt mindre sprøhet. I tillegg er oksydurenheter intet problem og en god binding til karbonkatodeblokken kan oppnås, en binding som ikke er påvirket av temperaturfluktueringer og celledriftav-brudd og ny start. Pilotanlegg og driftscelledata indikerer at en beleggslevetid fra 4 til 6 år eller derover kan ventes, avhengig av beleggets tykkelse.

Problemer som følger med denne belegningsprosess inkluderer imidlertid det faktum at modifiseringer av beleggsformuler-ingen er nødvendig for å kompensere for endringer i de mekaniske egenskaper og de termiske ekspansjonskoeffisienter for forskjellige katodeblokker. Prosessen er arbeidskrevende og krever komplekse herde- og brenningsbehandlInger som kan være meget oppstykkende på anleggsdriften. Behovet for å opprettholde en god binding til katodeblokken under herding og brenning nødvendiggjør bruken av mindre enn optimale formuleringer og driftsbetingelser. Kvalitetskontrollen er også vanskelig å opprettholde i anleggsomgivelsene. Videre kan den variable elektriske resistivitet I belegget før brenningen resultere i alvorlige problemer under celleoppstart og til slutt er beleggstykkelsen begrenset til ca. 1,2 cm.

Forsøk har vært gjort på å bibeholde fordelene ved det nye komposittbelegningsmaterialet slik som formulert og testet, under samtidig minimalisering av de ovenfor detaljerte problemer. For eksempel beskrives i NO-PS 162 731 fremstilling av varmpressede fliser. Imidlertid er flisene som fremstilles i henhold til denne søknad (ved bruk av termoherdende harpiks, RHM og grafitt, formet under høyt trykk ved forhøyede temperaturer), mekanisk myke, spesielt efter eksponering til aluminiumscelleomgivelser, og er ømfindtlige overfor aluminiumkarbiddannelse og derav følgende forbruk.

I motsetning til dette bibeholdes ifølge oppfinnelsen fordelene ved det nye komposittbeleggsmateriale uten manglene ved de varmpressede fliser ved å fremstille strukturelle former som fabrikeres og varmebehandles før påføring på katoden istedet for å påføre materialet direkte på katodesub-stratet og så å oppvarme det. Spesielt inkluderer de oppnådde fordeler det faktum at når de er brent har platematerialet en termisk ekspansjonskoeffisient som i det vesentlige er lik karbon; således er det kun nødvendig med en enkel karbon— karbonbinding for å feste platen til karbonkatodeblokken. Fremstillingsprosessen kan lett automatiseres ved et sentralt fremstillingsanlegg. De brente plater kan limes til katodeblokkene enten av blokkprodusenten (eller en annen), eller i anlegget. Videre gir et sentralt platefremstillingsanlegg den beste kvalitetskontroll fordi kun en enkel limoperasjon er tilbake for de mindre kontrollerte smelteomgivelser. Fordi det ikke er noen substrat- komposittbinding å opprettholde under den første herde- og brennbehandling som ledsager materialfremstillingen, kan prosessen optimaliseres for å gi katodeplatematerialet med høyest mulilg kvalitet til de minste omkostninger. Først brent er platematerialet meget elektrisk konduktivt og påvirker derfor ikke celleoppstart. Flere plater kan limes sammen for å gi en hvilken som helst ønsket tykkelse. Mere effektive varmekilder slik som mikrobølgekilder kan benyttes for å herde platematerialet og komplekse former kan fremstilles ved denne prosess for å møte behovene for alle forutsigbare lavenergi cellekonstruksjoner.

I NO-søknad 853813 beskrives støpte alumlniumfuktbare plater av RHM i en karbonholdig matriks bundet av amorft karbon, avledet fra en termoherdende harpiks. Et slikt materiale er beskrevet i de ovenfor angitte referanser. Ifølge 853813 blir preparatet støpt eller presset I en form, så herdet og brent for derved å gi et stivt, elektrisk ledende element. Katodeplatene kan så sementeres til aluminiumsmeltecelle katodesubstrater ved å benytte konvensjonelle karbonsemen-teringsteknikker. Denne metode eliminerer behovet for kompromisser i forbindelse med beleggspreparatet for for eksempel å minimalisere differanser i ekspansjonsoppførsler mellom blokk og belegg under herding og varmebehandling før karbonisering. Efter varmebehandling og efterfølgende karbonisering har de støpte eller pressede plater en termisk ekspansjonskoeffisient meget nær den til karbon katodeblokken slik at det ikke er noe problem å opprettholde god festing over vide temperaturområder.

853813 viser katodeplateelementer og den letthet med hvilke de festes til katodeblokker eller andre tilsvarende karbon-legemer. Elektriske motstandsmålinger over grenseflaten mellom plate og substrat viser at den konvensjonelle oppstartingsprosedyre vil være fullt ut brukbar for celler utfort med katodeplatemateriale. Det er velkjent at forbedringer i kvaliteten av karbonbasert katodeutforings-materiale slik som øket densitet, redusert porøsitet og frihet fra sprekker, resulterer i forbedret ytelse I drift, videre også øket levetid. Porøsitet og sprekker er kjent å

øke ømfindtligheten overfor termisk, kjemisk og mekanisk skade i de meget aggresive omgivelser i en aluminiumcelle. Foreliggende oppfinnelse reflekterer utstrakt utvikling-arbeide som er gjennomført for å overføre det som er funnet ifølge den andre søknad til en helt ut brukbar prosess for fremstilling av et slikt høykvalitets platemateriale på produksjonsbas i s.

Oppfinnelsen angår utvikling av en forbedret fremgangsmåte for fremstilling av RHM/karbon-preformede formdeler og elementer som plate og fliser med ekstremt høy kvalitet og forbedret ytelse og levetid. Prosessen er basert på støping, herding og brenning av formuleringer som tidligere er beskevet for bruk i den ovenfor beskrevne katodebelegnings prosess. Spesielt angår oppfinnelsen bruken av vakuumblanding under lave skjærbetingelser i den hensikt å avgasse og å redusere væskeinnholdet i Tåblandingen.

I henhold til dette angår oppfinnelsen som nevnt innlednings-vis en fremgangsmåte for fremstilling av et aluminiumfuktbart element, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at den omfatter: a) fremstilling ved forblanding under oppvarming av en homogen støpeblanding omfattende 10-90 vekt-# ildfast hårdt materiale, 1-60 vekt-# karbonholdig fyllstoff, opptil 30 vekt-# karbonholdig additiv og termoherdende bindemiddelsystem omfattende 1-40 vekt-% termoherdende harpiksholdig bindemiddel idet bindemiddelsystemet har et forkullingsutbytte på over 25 %; b) vakuumblanding av blandingen under oppvarming i et tidsrom tilstrekkelig til å gi en penetreringsdybde fra 25-50 mm,

målt i henhold til ASTM-standard C 360-63; og

c) å støpe og oppvarme blandingen til form av et monolitisk element omfattende ildfast hårdt materiale i en høy-dens! tets karbonholdig matriks bundet av amorft karbon. Som nevnt ovenfor angår oppfinnelsen også en fremgangsmåte for fremstilling av en aluminiumfuktbar aluminiumreduksjonscellekatodeoverflate, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at den i tillegg til trinnene a) og b) ovenfor omfatter: c) å støpe og oppvarme blandingen til form av et monolitisk element omfattende ildfast hårdt materiale i en høy-densitets karbonholdig matriks blindet av amorft karbon; og

d) adhering av elementet til et katodesubstrat.

Metoden som angis ifølge oppfinnelsen er ikke bare pålitelig

og konsistent men muliggjør overraskende en reduksjon av væskeinnholdet i støpeblandingen før støping mens man oppnår øket densitet og kvalitet i de støpte, herdede og brente elementer.

Oppfinnelsen skal beskrives under henvisning til den ledsagende tegning der fig. 1 viser et typisk tid-tempera-turforhold som er egnet for en herdecyklus benyttet ved fremstilling av titandiborid/karbonplater som fremstilles ifølge oppfinnelsen.

Det er således nu funnet at plater, former eller fliser kan fremstilles ved å anvende RHM kombinert med spesifikke termoherdende bindemidler og andre stoffer for å danne strukturer som forbedrer driften av konvensjonelle alumini-umreduksjonsceller. Slike forbedringer i forhold til konvensjonelle karbonkatodeceller inkluderer katoder som er fuktbare av smeltet aluminium, som har lav oppløselighet i smeltet aluminium og kryolitt, som har god elektrisk konduktivitet og redusert slamvedhefting.

I henhold til det som beskrives i den paralleltløpende søknad er det klart at den direkte påføring av belegnings-materialene kan gjennomføres med hell i former uten større justering av formuleringer og blandeparametre. Den klare og umiddelbare fordel ved denne prosess er at mesteparten av bearbeidingsteknologien kan fjernes fra aluminiumanlegget og overføres til et separat anlegg. Det typiske aluminiumanlegg er ikke begeistret for å bygge opp aktiviteter utenfor hovedvirksomheten med celledrift og -vedlikehold. Bedre kvalitetskontroll, større hensiktsmessighet og lettere drift av utstyr og lignende, kan oppnås i høyere grad i et anlegg ment til fremstilling av RHM-holdige katodeelementer som det som gjøres mulig via den ovenfor nevnte prosess.

De forbedringer som er oppnådd i 853813 inkluderte imidlertid ikke forbedringer i kvalitet, levetid eller ytelse for materialene som ble benyttet ut over de som er inherente i utspredte beleggsmaterialer. Foreliggende oppfinnelse åpner veien til mange ytterligere forbedringer i det ferdige produkt og i bearbeidingsteknikkene. Tre forskjellige områder for slike forbedringer er oppnådd ifølge oppfinnelsen og de skal nedenfor oppsummeres kort og derefter illustreres fullt 1 de ledsagende eksempler. 1. Forbedringer i den monolittiske kvalitet: Avlufting av den våte beleggsblanding gir redusert porøsitet i sluttproduktet. Dette trekk er spesielt viktig i aluminiumssmelte-celler da inntrengning av smeltet aluminium og bad med ledsagende avbruddsreaksjoner vil reduseres på grunn av redusert porøsitet. Imidlertid er den drastiske økning i densitet, frihet for sprekker slik som lateraloppsprekking, og forbedringer i overflatekvaliteten efter herding som oppnås ifølge oppfinnelsen kun mulig som et resultat av vakuumblanding i et tidsrom lenge nok til å redusere væskeinnholdet I blandingen. Densiteten som nu er mulig for elementer ifølge oppfinnelsen kan kun sammenlignes med densiteten til elementer tidligere oppnådd ved varmpressing, (se for eksempel N0-PS162 731). Den økede densitet ved herding bekreftes for eksempel av en reduksjon i størrelsen av den tilformede gjenstand med ca. 10 - 1556 i tykkelse og ca. 1 - 2% i laterale dimensjoner i en typisk støpt plate. 2. Økning i materialtykkelsen: I 853813 beskrives det at relativt tykke tverrsnitt av beleggsmaterialet kan dannes ved sentrifugering av en vanlig katodebelegningsformulering og avdekantering av utskilt væske. Imidlertid så man en viss oppsprekking av prøven efter herding. Den foreliggende teknikk ved anvendelse av vakuum i et fiksert tidsrom efter forblanding tillater enklere behandling og lettere kontroll av væsketapet. Videre er den skadelige oppsprekking man observerte ved den kjente teknikk helt fjernet ifølge oppfinnelsen ved anvendelse av en ny tankegang sammen med et nøyaktig valg av bearbeidingsparametre og metoder. Tykke tverrsnitt på opptil 1,9 cm er nu fremstilt, herdet og brent med kvaliteter sammenlignbare konstruksjoner kun med halv tykkelse. Kombinasjonen av forbedret kvalitet og øket tykkelse er en stor og et meget viktig trinn ved optimali-sering av katodemateriale for øket levetid og varighet i aluminiumcelleomgivelser. 3. Overføring av teknologien med platefremstilling fra laboratoriet til en multienhetsproduksjon: For å eksploa-tere fordelene ved forfremstilling av platekonstruksjoner og spesielt høykvalitets vakuumblandede plater, er apparaturer og prosesser nu tilgjengelige som tillater lett og repetitiv behandling av enhetlige høykvalitetselementer. Den monolitiske kvalitet sikres ved vakuumblandIng. Et herdet produkt fritt for kast oppnås ved fukting av den våte overflate av den støpte blanding mens støpekast forhindres ved å benytte relativt tykt stål. Formslippevnen oppnås ved hjelp av grundig rensede former belagt med en PTFE-basert maling og frigivelse av stålnedtyngningsplaten oppnås ved å belegge den med den samme maling eller med en folie av PTFE, limt til den underste vekt. Vakuumutstyret beskyttes fra partikkelformig og flytende forurensning ved installering av en kold felle og et partikkelfilter før vakuumpumpen.

Ifølge oppfinnelsen oppnås det høy enhetlig homogenitet og blanding under betingelser med lav skjærkraft i en dobbelt planet blander av typen "Ross LDM 2" eller en tilsvarende blander. En ikke-forutsett fordel ble funnet idet at anvendelsen av vakuum under slike blandebetingelser tillot at store friske arealer av råblanding kontinuerlig ble eksponert til vakuum, noe som ga utmerket avlufting og væskefjerning.

Videre er det utviklet en forbedret teknikk for grundig forblanding av blandingen mens man sørger for en mild forvarming, fulgt av pålegging av vakuum i et på forhånd bestemt tidsrom sammenfallende med ytterligere blanding. Denne metode er spesielt fordelaktig fordi man oppnår hittil uoppnåelige resultater ved å starte blandeprosessen med et relativt høyt væskeinnhold (typisk for sammensetningen som benyttes for direkte belegning av katodeblokker). Dette tillater relativt lett om enn grundig og enhetlig homogeni-sering og tørrkomponentene blir grundig fuktet og heftet sammen slik at det i det vesentlige ikke trekkes over faststoffer til vakuumsysternet. Det er så mulig å redusere trykket i blandekammeret og langsomt trekke av væsken fra blandingen som er i overskudd over det minimum som er nødvendig for akkurat å fukte og binde de faste partikler. Det minimale væskeinnhold i grønnblandingen var tidligere diktert i sterk grad av begrensninger på blandeutstyret for å sikre total fukting og enhetlig dispergering av bestand-delene i relativt fluid blanding. Den foreliggende metode overvinner denne vanskelighet ved forblanding og foroppvarm-ing med tilstrekkelig væske for disse formål, og kun fjerning av overskuddet når fuktingen er fullstendig. Kapillarvirkningen mellom ved siden av hverandre liggende fuktede partikler forhinder tap av "brukbar" bindevæske på overflaten av partiklene og mellom disse, under de tidlige trinn av vakuumbehandlingen. "Fri væske" passerer Imidlertid lett over til vakuumsys ternet. Det antas at overskuddet av fri væske er ansvarlig for storskala belegningsdefekter slik man har oppnådd dette efter herding og brenning av monolitten i tidligere platefremstillingsteknikker. I de kjente katodebe-legningsmetoder var overskytende fri væske ønskelig og/eller nødvendig for å tillate inntrengning og adhesjon til overflaten av karbonblokksubstratet.

Ved fremstilling av platematerialet er det spesielt viktig at væsken!våer minimaliseres i størst mulig grad fordi de eksterne bevegelsesveler for gassfrigjøring alvorlig begrenses når materialet inneholdes i stålformer under stålvekter. Grensen som tidligere har vært retningsgivende (uttrykt ved tørr bistand) angår ikke bare tillfredsstillende blanding men også utspredbarhet fordi de tørreste blandinger har en tendens til å bibeholde sin form for lett og er derfor vanskelig å tvinge inn i hjørnene av formen, og vil brekke heller enn å flyte plastisk. Det er nokså vesentlig å bibeholde nok væske for tilstrekkelig selvbinding i sluttproduktet. Det beste kompromiss mellom disse kriterier for maksimalisering av tørrheten mens man bebeholder tilstrekkelig væske, er nå påvist empirisk. Det er uventet funnet at støpeblandingene kan tilpasses for best mulig å passe inn i oppfinnelsen ved bruk av målte ASTM-inntrengnings dybde-verdier (slik det skal diskuteres nedenfor).

Den generelle kunnskap hos den vanlige fagmann er at oppførselen og resultatet som kan oppnås med en harpiksbund-et masse primært dikteres av det absolutte væske- og harpiksinnhold i massen. Til nu har "prøv og feil", kombinert med udefinerte operatørerfåring og kunnskap, vært avgjørende ved bedømmelse av egnede harpiksblandinger. Det er nu funnet at inntregningsdybden som et mål for viskositeten er den egnede kvalifiserende faktor eller parameter, fordi den tar med i betraktning begge styrende faktorer, nemlig temperatur og harpiksinnhold.

Således vil en støpesammensetning underkastet en reduksjon av væskeinnholdet tilstrekkelig til å gi en reduksjon av inntregningsdybden som ligger innefor et spesifisert område som angitt nedenfor, kvalifiseres som akseptabelt for den nu krevede standard for produktkvaliteten. Resultater har bekreftet utmerkede herdeegenskaper, utmerkede strukturelle egenskaper og densitet, og blandingen forblir utspredbar med en viss vibrasjonsassistanse. Mens en slik tilnærming kan ha visse fordeler ved egnede viskositetsnivåer for direkte påførte belegg, kan de dårlige utspredningskarakteristika og lave bindemiddel væskenivåer som oppstår fra utstrakt vakuumblanding ikke tolereres.

Det herværende arbeid har resultert i fremstilling av tykkere monolitiske snitt enn det som tidligere har vært mulig. Selv sett i lys av de plater som er beskrevet i den tidligere nevnte paralleltløpende søknad, har de foreliggende modifikasjoner den ufagmessige og uventede fordel at man oppnår meget tykkere platematerial. Til nu har katodebelegg og katodeplatematerialer vært begrenset til tykkelser mellom 0,9 og 1,3 cm på grunn av gassutviklingsproblemer ved tykkere tverrsnitt. Slik det skal beskrives spesifikt kan det nu oppnås plater med tykkelse på 1,9 cm, og større formdybder enn dette synes å være mulig.

Som en oppsummering omfatter foreliggende beskrivelse alle de fordeler som er angitt for platematerialer i motsetning til belegg mens oppfinnelsen lærer en fremgangsmåte som resulterer i tidligere uoppnåelige forbedringer i produkt-kvalitet, større tykkelse og lett tilpasning til behandling-en av store antall plater på produksjonsbasis.

For å forstå oppfinnelsens konsept er det viktig at visse distinksjoner og definisjoner observeres. I henhold til dette skal følgende definisjoner gis i forbindelse med oppfinnelsen.

Uttrykkene "støping" eller "forming" er ment å omfatte tilforming av en masse av et materiale generelt innenfor et rom eller et hulrom. Ekstrudering og sprøytestøping ligger innenfor rammen av disse uttrykk mens varmpressing ikke gjør det. Mens sammensetninger som benyttes for støping eller forming inneholder minst en tilstrekkelig blanding av blandevæske for å sikre total og grundig fukting av over-flatene av de partikkelformige faststoffer og for å under-støtte blandingen, gjør varmepressingssammensetninger ikke dette.

"Støpesammensetning" ifølge oppfinnelsen omfattes av RHM, karbonholdig additiv, karbonholdig fyllstoff og bindemiddelsystem. Som brukt heri skal uttrykkene "støpesammensetning", "støpemateriale", "formingsblanding" og "formingsmateriale" benyttes synonymt for å omfatte kombinasjonen av disse materialer.

"Ildfaste hårde materialer", (Refractory Hard Materials) såkalte RHM, defineres her som borider, karbider, silisider og nitrider av overgangsmetallene i den fjerde til sjette gruppe i det periodiske system, og blandinger og legeringer derav.

"Harpiksholdig bindemiddel" skal benyttes for å angi en polymeriserbar og/eller kryssbindbar termoherdende karbonholdig substans.

"Blandevæske" ifølge oppfinnelsen virker på et antall måter i støpeblandingen som benyttes ifølge oppfinnelsen, avhengig av den spesifikke sammensetning. Den kan være tilstede for å tillate lett og enhetlig blanding av de faste komponenter i blandingen og for å gi en lett formbar masse. Visse blandevæsker som furfural tillater også en økning i mengden karbonholdig fyllstoff som kan innarbeides i blandingen. Blandevæsken tillater også oppsuging av harpiksen i indre hulrom mellom partikler i støpeblandingen på grunn av kapillarvirkningen. Blandevæsken kan virke kun som opp-løsningsmiddel for det harpiksholdige bindemiddel (som allerede kan vær tilstede som faststoff) slik som metyletyl keton (som kan oppløse en fast novolakkharpiks), og fordampes under herding og karbonisering. Hvis på den annen side

blandevæsken er tilstede kun som inert bærevæske kan den også fordampes under herding og karbonisering. Ellers kan blandevæsken virke som kombinert oppløsningsmiddel og harpiks i seg selv, for eksempel som en blanding av furfurylalkohol og furfural der en del forflyktiges under oppvarmingen mens resten innarbeides i det harpiksholdige bindemiddel. I et annet tilfelle kan blandevæsken være det harpiksholdige bindemiddel per se slik som der det harpiksholdige bindemiddel er en væske som furfural (generelt i kombinasjon med fenol eller furfuryl/alkohol), furfurylalkohol eller lavpolymerer av disse, eller en resol. Blandevæsken kan også omfatte det harpiksholdige bindemiddel når det gjelder en fast harpiks, slik som en novolakk, oppløst i et oppløsnings-middel (der oppløsningsmiddelandelen kan forflyktiges under oppvarmingen), eller en høyviskositetsharpiks som en partielt polymersert resol fortynnet med et oppløsningsmiddel. Blandevæsken kan også inneholde et gassfrigjøringsmiddel, modifiseringsmidler og herdemidler.

"Bindemiddelsystem" skal benyttes for å Indikere det harpiksholdige bindemiddel og blandevæsken og hvis nødvendig gassfrigjøringsmidler, modifiseringsmidler og herdemidler.

"Gassfrigjørlngsmiddel" skal bety midler som er tilstede som danner væskefaser som siger gjennom støpeblandingen og så fordamper for å danne små kanaler for å tillate frigjøring av flyktige stoffer.

"Modifiseringsmidler" er ment å bety stoffer som tilsettes til det harpiksholdige bindemiddel for for eksempel å modifisere herde-, elektriske, eller fysikalske egenskaper som bøyestyrke og/eller slagstyrke før karbonisering.

"Herdemidler" er ment å bety midler som er nødvendige for enten kopolymerisering med harpiksen eller for å aktivere harpiksen til en tilstand der denne kan polymerisere eller

kopolymerisere. Kryssbindings- eller aktiveringsmidler faller innenfor denne kategori på samme måte som katalysa-torer som er nødvendig for de fleste polymeriserings- og kryssbindingsreaksjoner.

"Karbonholdig fyllstoff" er ment å bety de karbonholdige materialer som er tilstede, enten som komponent i en kjent karbonsement eller som en del av et karbonsystem med et C:H molforhold på over 2:1, som er mindre enn 100 mesh i størrelse. Mens det karbonholdige fyllstoff kan ha reaktive grupper og ikke behøver å være fullt ut karbonisert, polymeriserer slike materialer ikke karakterstisk med seg selv slik harpiksholdige bindemidler vanligvis gjør. Videre er det karbonholdige fyllstoff i det vesentlige uoppløselige i de vanligvis benyttede oppløsningsmidler som metyletylketon ellar kinolin, mens harpiksholdige bindemiddel (i ufullstendig herdet tilstand) vanligvis er oppløselig i disse.

"Karbonholdige additiver" skal antyde de karbonholdige materialer som er tilstede, enten som en komponent av en kjent karbonsement eller som en del av et annet karbonsystem med et CH-molforhold på over 2:1, omfattende partikkelformige karbonaggregat med et partikkelstørrelsesområde mellom

-4 og +100 mesh, og/eller karbonfibre.

I det følgende angir tegnet "-" i forbindelse med maskevidden på i og for seg kjent måte "mindre enn" eller "under" mens "+" tilsvarende angir "større enn" eller "over".

Uttrykket "karbonsystem" skal omfatte bindemiddelsystemet pluss karbonholdig additiv og karbonholdig fyllstoff.

"Karbonmatriks" henviser til det karboniserte produkt av karbonsystemet og er således bundet av amorft karbon dannet ved karbonisering av bindemiddelsystemet.

"Karbonsement" skal bety en kommersielt tilgjengelig karbonholdig sement eller et adhisiv, generelt omfattende en harpiksholdig binder, blandevæske, karbonholdig fyllstoff og herdemiddel, idet de faste og flytende andeler kan være pakket separat for å øke lagringstiden, eller være kombinert som en på forhånd blandet sement. Gassfrigivelsesmidler og/eller modifiseringsmidler kan være tilstede i et slikt system eller kan tilsettes dertil for anvendelse ifølge oppfinnelsen. Karbonholdige additiver tilsettes generelt til slike systemer for bruk ifølge oppfinnelsen da de vanligvis ikke er tilstede i kommersielt tilgjengelige formuleringer.

Bek kan være tilstede som en del av det harpiksholdige bindemiddel, som et modifiseringsmiddel men krever nærvær av et egnet herdemiddel som heksametylentetramin. Et slikt herdemiddel kan allerede være tilstede som en komponent i det harpiksholdige bindemiddel eller kan tilsettes til dette for å lette kryssbinding mellom harpiksholdig bindemiddel og beken, eller bindingen mellom bek og karbonholdig fyllstoff, eller autobinding mellom de polynukleære aromater som utgjør mesteparten av beken. Selv om bek er kjent å utgjøre en grafittforløper, er grafittering ikke ønskelig ifølge oppfinnelsen. Således blir grafittforløperen dispergert i det harpiksholdige bindemiddel som er en amorf karbonfor-løper. Dette kryssbinder effektivt bindemiddelfasen, noe som forhindrer sjiktplaninnretning i grafittforløperen, forhindrer grafittering og gir samtidig tredimensjonal styrke.

Bek kan sive gjennom støpeblandingen og gi gassfrigivnings-kanaler og kan, i nærvær av egnede herdemidler, kryssbinde med harpiksholdig bindemiddel og/eller karbonholdig fyllstoff.

Det er ønskelig at krympemengden som det herdede bindemiddelsystem undergår under karboniseringen er så liten som mulig. Dette kan gjennomføres ved valg av en karbonholdig harpiks som når den benyttes i henhold til oppfinnelsén og underkastes karbonisering viser en krymping mindre enn den som ville indusere dannelse av store sprekker eller hulrom. Fin vertikal oppsprekking i den karboniserte plate er foretrukket fremfor horisontal sprekking som en belastnings-avlastende mekanisme. Imidlertid er det foretrukket med en plate som i det vesentlige Ikke har sprekker. Nærværet av karbonholdig additiv og/eller fyllstoff er fordelaktig i denne henseende.

Det er funnet vesentlig å benytte et bindemiddelsystem som, når det underkastes karbonisering, har et kullutbytte på over ca. 25#. "Forkullingsutbytte" er her definert som massen av stabil karbonholdig rest som dannes ved termisk dekomponer-ing av masseenheten av bindemiddelsystemet, innen et formulert karbonsystem, i en inert atmosfære. Termogravi-metriske analyser av forskjellige bindemiddelsystemer har vist at mengden av forkullingsutbytte er en funksjon av aromatiseringsgraden av harpiksstrukturen. Generelt vil karbonringer som er bundet i to eller flere seter vanligvis bli igjen som forkullingsrest. Stigepolymerer er de mest stabile, de mister kun hydrogen og gir et meget høyt karbonf orkul1ingsutbytte.

"Forkullingsutbytte" for et bindemiddelsystem slik uttrykket heri benyttes, bestemmes ved å herde et foreslått karbonsystem (for eksempel bindemiddelsystem + karbonholdig additiv og fyllstoff) i en 24-timers periode for å oppnå polymerisering og/eller kryssbinding, fulgt av oppvarming til 250°C i et tidsrom tilstrekkelig til å oppnå konstant vekt for å sikre full herding og å eliminere flyktige stoffer, polymeriseringsprodukter og/eller ikke omsatt væske. Prøven brennes så ved 1.000°C i en ikke-oksyderende atmosfære og den gjenværende forkullingsvekt bestemmes. På tilsvarende måte bestemmes forkullingsvekten for karbonholdig additiv og fyllstoff som er tilstede i karbonsystemet, og trekkes fra forkullingsvekten for karbonsystemet for å bestemme for-kull ingsvekten av bindemiddelsystemet alene. Fra vekten av

karbonsystemet ved 250°C og den kjente vekt av karbonholdig additiv og fyllstoff ved 250°C, kan man beregne vekten av bindemiddelsystem ved 250°C. Forkullingsutbyttet for bindemiddelsystemet beregnes så som en prosentandel ut fra forkullingsvekten av bindemiddelsystemet efter brenning til 1.000°C og vekten av bindemiddelsystemet ved 250°C. Det er observert at bindemiddelsystemer som viser et forkullingsutbytte på mer enn ca. 2556 gir aksepterbare katodematerialer ved herding og karbonisering mens et bindemiddelsystem som viser 856 forkullingsutbytte ga en uakseptabel karbonmatriks ved karbonisering. Forkullingsutbytter ut over ca. 5056 er foretrukket. For å oppnå en lengelevende plate eller flis i omgivelsene ifølge en aluminiumscelle er det ønskelig at den effektive forbrukshastighet for herdet og karbonisert karbonsystem i komposittmaterialet er nær den kombinerte hastighet for slitasje og oppløsning av RHM i slike omgivelser. Efterhvert som RHM fjernes fra platen eller flisen ved eksponering til aluminiumscelleomgivelsene fjernes karbon-matriksen tilsvarende eller noe større hastighet og ekspone-rer således ytterligere RHM til celleomgivelsen. På denne måte forblir katodeoverflaten i det vesentlige konstant, uttrykt både når det gjelder innholdet av karbon og RHM, hvorved man forbedrer celledriften målt ved ytelsens enhetlighet. I tidligere forsøk på å tilveiebringe katoder inneholdende RHM har forbruks- og/eller intergranulært angrep resultert i hurtig overflateforringelse på grunn av utarming enten av RHM eller bindematriksen i en hastighet noe større enn den andre, noe som har resultert i perioder når det er lokaliserte områder enten med en RHM rik over-flatesammensetning med utilstrekkelig bindingsevne, eller en karbonrik overflate med utilstrekkelig RHM. Foreliggende oppfinnelse overvinner disse feil ved å tilveiebringe et element der RHM og karbonmatriks oppløses eller utarmes med omtrent lik hastighet.

Det er viktig å klargjøre eller skille mellom karbonisering og graffitering slik dette gjelder oppvarmingen av karbonholdige legemer i oppfinnelsens kontekst. "Karbonisering" skjer vanligvis ved oppvarming av et karbonholdig legeme, enten i enhetlig eller partikkelform, i den hensikt å drive av flyktige stoffer og progressivt å øke forholdet mellom karbon og hydrogen ved progressivt å eliminere hydrogen fra legemet. I karboniseringsprosessen blir temperaturen gradvis øket for å tillate langsom utvikling av flyktige stoffer som dekomponeringsprodukter for derved å unngå blaeredannelse, og å tillate volumetrisk krymping (som vil inntre på et eller annet tidspunkt under driften) og skje gradvis, for derved å unngå dannelse av store sprekker. Mens herding ansees å skje ved temperaturer opp til 250°C ligger karboniseringstempera-turene vanligvis fra ca. 250 til ca. 1.000'C selv omhøyere temperaturer opp til 1.450'C også kan benyttes. Mens karboniseringen kan fortsettes til ca. 1.000oC og høyere er karboniseringen av karbonholdig materiale tilstede ifølge oppfinnelsen i det vesentlige ferdig ved ca. 800°C, og det harpiksholdige bindemiddel er karbonisert for å binde karbonholdig fyllstoff og karbonholdig additivmaterialer og RHM i en hård struktur.

Grafittering krever på den annen side betydelig høyere temperatur og lenger tidsrom og gir drastiske og lett påvisbare endringer i atom- og sjiktplan-arrangementet. Ved grafittering ligger de benyttede temperaturer fra noe over 2.000 og opptil 3.000°C med typiske temperaturer innen området fra ca. 2.400 til ca. 3.000°C. Disse temperaturer er vanligvis forbundet med de høyere kvaliteter av grafitt. Denne oppvarming er typisk for et tidsrom på ca. 2 uker i en ikke-oksyderende atmosfære. En slik oppvarming skjer vanligvis ved å føre en elektrisk strøm direkte gjennom karbonet for derved å oppvarme dette direkte på grunn av den iboende elektriske motstand, i motsetning til den indirekte ovnsoppvarming som konvensjonelt benyttes for karbonisering. Generelt er grafittering kun praktiserbar med velkjente grafittforløpermaterialer med høyt innhold av aromater og neglisjerbar kryssbinding, for eksempel bek. Det skal her henvises til R.E. Franklin, "Proceedings of the Royal Society of London", vol. A 209, side 196 (1951).

En akseptertar praksis ved fremstilling av karbonholdige plater er å benytte partikkelformig grafitt som fyllmateriale som tilsettes til bindemidlet og andre komponenter. Blandingen dannes, herdes og karboniseres. Mens dette karbonholdige materiale således kan inneholde noe partikkelformig grafitt er det ikke bundet av grafitten men inneholder heller både grafittpartikler fra fyllstoffet og/eller additivet, og amorft karbon fra bindemidlet og/eller komponenter i det karbonholdige fyllstoff og additiv. Ved gjennomføring av oppfinnelsen er det viktig at den karboniserte katodeplate består av ikke-grafittert bindemiddel for å sikre en riktig kombinasjon av elektrisk og termisk konduktivitet, forbrukshastighet og stabilitetsegenskaper i karbon-REM overflaten.

Mens borider, karbider, silisider og nitrider av elementene i gruppene IV til VI i det periodiske system generelt alle har høye smeltepunkter og hårdhetsgrader, god elektrisk og termisk konduktivitet og fuktes av smeltet aluminium, samt er motstandsdyktig overfor aluminium- og aluminiumoksyd--kryolitt smelter, er TiB2 det foretrukne RHM på grunn av de relativt lave omkostninger, den relativt lette tilgjengelig-het og høye motstandsevne overfor oksyfluoridsmelter og smeltet aluminium. Hensiktsmessig kan RHM-partikkelstørrel-sene ligge fra submikronstørrelse til ca. 10 mesh,fortrinnsvis ca. -100 mesh og aller helst ca. -125 mesh.

Det TIB2 som er fortrukket for bruk ifølge oppfinnelsen er karakteristisk spesifisert som -325 mesh selv om -100 mesh kan benyttes. Hvis TiB2-materialet er laget ved karbotermisk reduksjon av titan og boroksyder og -karbider, vil de Individuelle partikler vanligvis passe til den ønskede kategori for enkeltkrystaller. Dette gjelder også for T1B2 fremstilt ved plasmametoden som beskrevet i US-PS 4 282 195. TiB2~part J.klene bør fortrinnsvis være enkeltkrystaller, sprukne enkeltkrystaller eller ha minimale korngrenser slik at alle TiB2-krystaller er i kontakt med bindemidlet. Andre RHM-materialer kan med hell benyttes i stedet for TiB2 når egnede endringer i sammensetningen gjøres for å ta i betraktning differanse i fuktbarhet, overflateareal, partikkelstørrelse, porøsitet og oppløselighet av RHM. Tilstrekkelig RHM innarbeides i støpeblandingen for å sikre aluminiumfukting, mens termiske ekspansjonsmistilpasnings-virkninger minimaliseres og det oppnås en oppløsningshastig-het for RHM på mindre enn tapshastigheten for karbonmatriks i belegget. Mens diskusjonene av oppfinnelsen vil fokuseres på bruken av TiB2 som det fortrukne RHM skal det være klart at en hvilken som helst egnet RHM som ZrB2 samt blandinger eller legeringer av RHM, kan benyttes. Generelt kan RHM omfatte fra ca. 20 til ca. 90 vekt-56 av blandingen og fortrinnsvis fra ca. 25 til ca. 8056. Det er funnet at aluminiumfuktbarheten kan oppnås ved konsentrasjoner helt ned til ca. 1056 men det oppnås bedre resultater fra 2056 og oppover mens ca. 35 til ca. 7056 er det mest foretrukne område.

De harpiksholdige bindemidler som benyttes ifølge oppfinnelsen kan omfatte hvilke som helst som møter de ovenfor angitte kriteria. Typiske harpikser som kan benyttes er fenoliske, furan-, polyfenylen-, heterocykliske harpikser, hepoksy-, silikon-, alkyd-, polyimidharpikser og blandinger eller kopolymerer derav. Eksempler på fenoliske harpikser som kan benyttes er fenolformaldehyd-, fenolacetaldehyd-, fenol-furfural-, m-kresolformaldehyd- og resorcinolform-aldehydharpikser. Epoksyharpikser som kan benyttes er diglycidyleteren av blsfenol A, diglycidyleteren av tetra-klorbisfenol A, diglycidyleteren av resorcinol og lignende, og spesielt epoksynovolakkene.

Foretrukne epoksyforbindelser er glycidyletere som glycidyl-eteren av fenolene, og spesielt de som fremstilles ved omsetning av en dihydroksyfenol med epiklorhydrin, for eksempel diglycidyleteren av bisfenol A og epoksynovo1akker. Silikonpolymerene som kan benyttes er metylsiloksanpolymerer og blandede metylfenyl siloksanpolymerer, for eksempel polymerer av dimetylsiloksan, polymerer av fenylmetyl siloksan, kopolymerer av fenylmetyl siloksan og dimetylsiloksan, og kopolymerer av difenylsiloksan og dimetylsiloksan. Eksempler på heterocykliske harpikser er polybenzimidasoler, polykinoksaliner og pyroner. En hvilken som helst av de velkjente spesifikke alkydforbindelser og spesielt de som er modifisert med fenolformaldehyd, og polyimidharpikser kan benyttes. De fenoliske forbindelser og furanene er derfor en fortrukken klasse harpikser, spesielt i lys av de relativt lave omkostninger. Furanharpikser er meget fordelaktig benyttet som harpiksholdig bindemiddel.

I tillegg til de som er angitt som komponenter for de kommersielt tilgjengelige karbonsementer som "UCAR C-34", diskutert nærmere nedenfor, kan et vidt spektrum av novolak-harpikser benyttes som basisharpiksbindemiddel. Uttrykket novolak angir et kondensasjonsprodukt av en fenolisk forbindelse med et aldehyd idet kondensasjonen gjennomføres i nærvær av en sur katalysator og generelt med et molart overskudd av fenolisk forbindelse for å danne en novolak-harpiks der det i det vesentlige ikke er metylolgrupper slik de er tilstede i resoler, og der molekylene I den fenoliske forbindelse er bundet sammen via en metylengruppe. Denne fenoliske forbindelse kan være fenol eller fenol der et eller flere hydrogenatomer er erstattet av en hvilken som helst av forskjellige substituenter bundet til benzenringen, enkelte eksempler er kresoler, fenylfenoler, 3,5-dialkydfenoler, klorfenoler, resorcinol, hydrokinon, xylenoler og lignende. Den fenoliske forbindelse kan istedet være naftyl eller hydroksyfenantren eller

et annet hydroksyldervat av en forbindelse med et kondensert ringsystem. Det skal påpekes at novolakharpiksen ikke er varmeherdbar per se. Novolakkharpikser herdes I nærvær av

herdemidler som formaldehyd med en basisk katalysator, heksametylen tetramin, paraformaldehyd med en basisk katalysator, etylendiamin formaldehyd og lignende.

For oppfinnelsens formål kan enhver smeltbar novolak som er istand til ytterligere polymerisering med et egnet aldehyd benyttes. Sagt på en annen måte bør novolakmolekylene ha to eller flere tilgjengelige seter for ytterligere polymerisering og/eller kryssbinding. Bortsett fra denne begrensning kan en hvilken som helst novolak benyttes inkludert modifi-serte novolaker, det vil si de hvori en ikke fenolisk forbindelse også er inkludert i molekylet, slik som difenyl-oksyd- eller beifenol-Å modifisert fenolformaldehyd novolak. Blandinger av novolaker kan benyttes eller novolaker inneholdende mer enn en type fenolisk forbindelse kan benyttes.

Furfurylalkohol kan med fordel benyttes som blandevæske med et fenolisk karbonholdig bindemiddel, og er antatt å reagere med den fenoliske harpiks når den herder og tjener som modifiseringsmiddel for harpiksen. Bruken av furfuryl alkohol er foretrukket idet det er funnet at bindinger med den høye styrke som oppnås ved bruken av denne blandevæske ikke kan oppnås når andre blandevæsker benyttes istedet for furfurylakohol.

Fordi den siste slutteffekt som ønskes er å oppnå en plate bestående i det vesentlige av RHM og karbon, bør bindemidlet være et dekomponerbart i høyt utbytte til en karbonrest. Det harpiksholdige bindemiddel bør omfatte fra 1 til ca. 4056 av sammensetningen, enten som en del av karbonsementen eller som et karbonsystem. Selv om høyere harpikskonsentrasjoner er mulige oppnås det liten fordel og utstrakt herding og karbonisering kan vær nødvendig. Karbonsystemet bør omfatte ca. 10 til ca. 8056 av formingsblandingen, fortrinnsvis fra ca. 20 til ca. 755É og aller helst fra ca. 30 til ca. 65 vekt-56 av formingsblandingen.

Man kan benytte egende blandinger av karbon og fenolisk harpiks eller andre termoherdende harpiksholdige bindemidler, eller alternative kommersielle blandinger. Blandevæske komponenten i støpeblandingen kan variere fra ca. 0 til ca. 40 vekt-56 for gunstig fordampning- og herdehastigheter mens ca. 10 til ca. 2056 er foretrukket for å oppnå bearbeidbar konsistens. Utilstrekkelig væske vil gjøre blandingen tørr og vanskelig å forme mens for mye væske resulterer i vanskeligheter ved herding og brenning.

Forskjellige modifiseringsmidler kan være tilstede for å modifisere arten av det harpiksholdige bindemiddel under blanding, herding og karbonisering av støpeblandingen. Disse kan karakteristisk utgjøre fra 0 til ca. 10 vekt-56 av støpeblandingen. Egnede modifiseringsmidler for fenolformaldehyd harpikser er for eksempel bek, kolofonium, anilin, kopolymerer, harplks"legeringer" og så videre.

Noe partikkelformig karbon, enten amorft eller grafittisk, er hyppig tilstede i de kommersielt tilgjengelige sementer som er nevnt tidligere. Ytterligere partikkelformig karbon kan tilsettes, enten som finfordelt pulver eller grovt aggregat, eller blandinger derav, i form av amorft karbon eller grafittisk karbon.

Det er spesielt meget ønskelig å ha tilstede et karbonholdig fyllstoffmateriale, enten som en komponent av et spesielt karbonsystem eller tilstede i en kommersiell sement, eller som tilsetning til en slik. Slikt karbonholdig fyllstoff har dimensjoner på -100 mesh og fortrinnsvis -325 mesh og kan omfatte fint karbonholdig pulver, grafittpulver, knust koks, knust grafitt, sot og lignende. Nærværet av slike fine pulvere gir forbedret pakkingsdensitet for den benyttede granulometri, noe som suger opp harpikser og andre væskefaser for å utvikle en tett, sterkt bundet karbonmatriks ved karbonisering.

Karbonholdig fyllstoff som fint pulver bør omfatte fra ca. 1 til ca. 60 vekt-56 av støpeblandingen med ca. 10 til ca. 4056 som foretrukket område. Det karbonholdige additiv eller aggregatmateriale hvis dette er tilstede kan ligge fra -4 til +100 mesh og fortrinnsvis fra -8 til +20 mesh. Slikt grovt aggregat tillater åpenbart mikrosprekking, understøtt-er frigivelse av flyktige stoffer, reduseer krymping og bidrar til det høye karbonutbytte. Karbonholdig additiv som aggregat og/eller fibre bør omfatte fra ca. 0 til ca. 3056 av støpeblandingen der ca. 5 til ca. 1556 er foretrukket.

Som angitt tidligere er det foretrukket at karbonfibre tilsettes til støpeblandingen i den hensikt å stanse sprekkdannelse under primærvarmebehandlingen. Når slik fiber benyttes er det funnet visse variasjoner i sammensetningsom-rådene. Når karbonfibre benyttes kan de fortrinnsvis fremstilles fra bekforløpere, organiske fiberforløpere som polyakrylnitril eller rayon. Bekfibre er betydelig billigere og i henhold til dette foretrukket. Fibervekten kan ligge fra 0 til ca. 30 vekt-56 av blandingen og fortrinnsvis fra ca. 0,05 til ca. 1 , 056 og aller helst fra 0,10 til ca. 0,556. Imidlertid blir konsentrasjoner ut over ca. 1056 sammen-ligningsvis kostbart med liten ytterligere fordel. Karbonfibre med lengder fra ca. 0,15 cm til 1,25 cm er foretrukket. Korte fibre tillater lettere blanding og kan benyttes i høyere konsentrasjon. Limte fibre bestående av parallelle fiberstrenger bundet sammen av et materiale oppløselig i blandevæsken er spesielt foretrukket fordi de blander seg lettest med bindemiddelsystemet. Fiberorlenteringen kan variere og fibrene kan blandes som en integral del av blandingen.

Gassfrigjøringsmidler innarbeides fortrinnsvis i støpebland-ingen for å unngå blærer og/eller for store sprekker. Egnede gassfrigjøringsmidler er høytkokende væsker slik som brennbare oljer, seper og voks. Et foretrukket bindemiddelsystem er det som er kommersielt tilgjengelig under beteg-nelsen "UCAR C-34". Denne sammensetning er antatt å være et kompromiss av en blanding av en olje, en såpe, finoppdelte karbonholdige partikler, furfurylalkohol, en fenolisk harpiks av novolakktypen, og et herdemiddel for den fenoliske harpiks. Små mengder bek kan være tilstede i enkelte batcher "UCAR C-34". Blandingen av olje, finoppdelt karbonholdige partikler, fenolisk harpiks og fenolisk harpiksherder kan fremstilles ved å blande karbonholdige partikler, fenolisk harpiks og fenolisk harpiksherder sammen på en hvilken som helst konvensjonell måte, for eksempel i en tumlesylinder, sprøyting av olje inn i den resulterende blanding og ytterligere blanding av blandingen inn til oljen er innarbeidet i denne og det er dannet en I det vesentlige homogen blanding. Blandingen av såpe og furfurylalkohol kan fremstilles ved oppvarming av sepen opptil en temperatur innen området 50 til 100° C for å gjøre den flytende og oppløse den smeltede såpe i furfurylalkohol. Ved avkjøling forblir såpen oppløst i furfurylalkoholen som en stabil oppløsning som kan lagres inntil den er ferdig til blanding med blandingen av olje, findelte karbonholdige partikler, fenolisk harpiks og fenolisk harpiksherder. De to blandinger, en flytende og en i det vesentlige fast, kan lett blandes ved romtemperatur, enten manuelt eller mekanisk.

TiB2-karbonformuleringen kan formes til ønsket form eller plater med forskjellige metoder. Den type form som benyttes kan variere fra en enkel metall-, plast- eller en annen stiv form til en engangsform eller en formforing bestående av papir, styrenskum eller tilsvarende materiale. For automati-seringsformål kan formen være mere kompleks, tilsvarende det som benyttes for sprøytestøping i plastindustrien. Et formslipemiddel som "FREKOTE" eller en formutforing kan benyttes for å understøtte slipp av den støpte form fra støpeformen.

TiB2-karbonformuleringen kan blandes konvensjonelt men fortrinnsvis under vakuum. Blandetidene i begge tilfeller kan ligge fra 5 til 60 minutter der 5 til 30 minutter er fortrukket. Når blanding gjennomføres under vakuum er det å foretrekke på forhånd å blande og å varme råpastaen i et tidsrom på 5 til 30 minutter før man reduserer trykket i blandekammeret. Denne periode tillater enhetlig homogen blanding og temperaturlikevekts dannelse i blandingen, og man sikrer at alle faststof fpartikler er helt ut fuktet. Vakuum legges så på i ytterligere 5 til 30 minutter mens man kontinuerlig blander som før. Tiden i begge trinn for blanding vil selvfølgelig avhenge av konstruksjonen av blanderen, videre også badets størrelse. Forblanding og forvarming blir fortrinnsvis gjennomført imellom 7 og 20 minutter og vakuumblanding bør anvendes i mellom 5 og 15 minutter ved bruk av en "Ross LDM-2" dobbelplanet blander. Reduksjon av trykket for kortere tidsrom enn dette resulterer i lite væsketap og fordelene ved vakuumblanding sees Ikke i sluttplatekvaliteten. Å legge på vakuum 1 for lange tidsrom kan forårsake at blandingen blir tørr og ubearbeid-bar, blandingen kan sogar pelletisere til små tørre kuler i blanderen. Det er fortrukket at væskeinnholdet i blandingen ifølge oppfinnelsen reduseres fra ca. 556 til ca. 1556, basert på blandevæskevekten, og fortrinnsvis ved fra ca. 756 til ca. 1056. Således reduseres væskeinnholdet for støpeblandingen fra et foretrukket nivå (for blanding eller bearbeiding) på ca. 1556 av den totale blanding til et redusert nivå på ca.

13 til 1456 av den totale blandingsvekt uten tap av Integritet av herdet og brent produkt. Mens forskjellene i væskeinnhold synes minimale når de uttrykkes i prosentandeler oppnår man uventede og meget signifikante differanser i viskositeten. Disse viskos!tetsdifferanser kan måles som angitt nedenfor og benyttes som en kontrollfaktor ved vakuumblandingsdrift. Under forvarmingen, forblandings-trinnet, settes den nedre tidsgrense ved det tidsrom som er nødvendig for å oppnå enhetlig temperatur i massen av blandet materiale, og den øvre grense dikteres kun av forsøket på å unngå for tidlig herding av bindemidlet i blandingen.

Forvarming er spesielt viktig når man benytter vakuumblandede formuleringer fordi de karakteristisk er relativt stive og ubearbeidbare, og mild varme reduserer viskositeten i bindemidlet slik at utsprednirigen fremdeles er mulig. Av samme grunn bør formene forvarmes for å unngå avkjøling og fortykning av blandingen når den tilføres. Hvis disse to trinn utelates vil sluttproduktet karakteristisk vise "formfyllingsrelaterte" defekter som vertikale sprekker og skalldannelse der Tåblandingen ble trukket ut under utspredning.

Fordi viskositeten i en støpeblanding er direkte relatert til væskeinnholdet, temperaturen og blandemetoden, er den også en pålitelig indikator for den resulterende platekval-itet. En ASTM prosedyre, forklart i Eksmepel 11, ble benyttet for å kvantifisere viskositetsverdiene for flere typer støpepreparater som beskrevet i andre eksempler. Disse verdier er uttrykt ved inntrengningsdybde, der høyere verdier gir lavere viskositeter. Resultatene kan oppsummeres som følger.

Blandinger som er blandet konvensjonelt ved romtemperatur har karakteristiske inntregningsdybder innen området ca. 50 til 55 mm, målt i henhold til ASTM metode C360-63. Når disse blandinger støpes og herdes viser de resulterende herdede støp en viss grad av porøsitet og lateral stripedannelse over platen. I tillegg er en støpeblanding av denne type vanskelig å spre ved romtemperatur og defekter i forbindelse med formfyllingen som små, vertikale og "fiskeskjell" sprekker resulterer ved herding. Disse defekter forårsakes av riving og folding av den viskøse blanding under støping.

Man ser forbedringer når en konvensjonelt blandet støpeblan-ding oppvarmes under blandingen og støpes i en oppvarmet form. Dette øker inntrengningsdybden av blandingen til området ca. 55 til 50 mm og eleminerer enhver formfyllingsrelatert defekt. På den annen side vil herdedefekter slik som porøsitet og horisontal sprekkdannelse forbli.

En del porøsitet og horisontal sprekkdannelse kan reduseres ved vakuumblanding i mindre enn det optimale tidsrom som karakterstisk reduserer væskeinnholdet til ca. 14 - 15% av den totale (konvensjonelt blandede) blanding. Videre reduserer dette inntregningsdybden til området ca. 50 til 55 mm og resulterer i de tidligere nevnte formfyllingsrelaterte defekter.

Herdedefektene forhindres helt ved bruk av en nøye spesifisert adekvat mengde vakuumblanding. Vakuumblanding reduserer det endelige væskeinnhold og øker densiteten både for støpeblandingen og de resulterende herdede plater. Når vakuumblanding benyttes ved romtemperatur fjernes væske og den resulterende blanding er stiv, klebrig og hård å bre ut.

Inntrengningsdybden ligger fra ca. 25 til ca. 36 mm og formfyllingsrelaterte overflatedefekter slik som de som er beskrevet ovenfor er synlige efter herding. Imidlertid er den indre porøsitet og stripedannelsen eliminert.

Som tidligere kan formfyllingsrelaterte defekter elimineres ved vakuumblanding ved forhøyede temperaturer av 30 til 50° C og støping i varm form. Dette øker inntrengningsdybden til et foretrukket område på ca. 36 til ca. 45 mm og den varme blanding kan spres uten oppriving, noe som resulterer i en defektfri plate med høy densitet efter herding.

Man skal passe på ikke å gjennomføre vakuumb land ingen i et tidsrom som er for langt fordi det vil oppstå en utilfreds-stillende blanding. Støpeblandinger som er vakuumblandet i 20 til 30 minutter ved 40°C vil pelletisere på grunn av det store væsketap, noe som resulterer i inntrengningsdybde verdier på 1 til 25. Dette gjør blandingene ubrukbare for støping fordi det er utilstrekkelig flytende bindemiddelfas-er til å fukte og binde alle de partikkelformige bestanddeler .

For mye væske er også ugunstig for den herdede støpekvali-tet. Støpeblandinger som inneholder mer enn ca. 18% slutt-væskeinnhold har inntrengningsdybde verdier på over 60 og er tilbøyelig til sterk blæredannelse og oppsprekking under herdingen. Disse defekter dannes ved frigivelse av flyktige stoffer og forsterkes når en fast gjenstand som en stålplate benyttes for å tynge ned støpen under herding og således hindrer primærveien for gassfrigjøring gjennom overflaten. Selv med blandinger som har høyere inntrengingsdybder enn 50 mm er defekter forbundet med frigivelse av flyktige stoffer åpenbare i mindre målestokk. I tillegg kan et for stort væskeinnhold under visse omstendigheter resultere i en defektfri men ufullstendig herdet plate som viser blæredannelse og sprekking under høytemperaturvarmebehandling, det vil si brenning.

Fylling av formen kan gjennomføres for hånd, ved hjelp av mekaniske midler, innsprøyting eller ved hjelp av trykk eller vakuum. Pressing for å eliminere hulrom og maksimalisere platedensiteten kan fremmes ved vibrering, ultralyd, sentrifugalkrefter, trykk eller andre tilsvarende midler. En spesielt effektiv teknikk er å fylle den varme form med en murskje og så å avrette overflaten med en stålstav til hvilken det er forbundet en vibrasjonsmotor. Trykk legges så på under herdingen ved å anbringe stålvekter på den våte blanding.

Slike teknikker eller kombinasjoner av teknikker, for eksempel ved å anvende trykk under vibrasjonen av støpe-blandingen, kan vise seg spesielt effektiv idet tilfelle der sterkt viskøse blandinger slik som de hvis inntrengnings-dybder ligger mellom den til en romtemperatur vakuumblandet blanding og en blanding som er vakuumb landet i et så langt tidsrom at den har mistet den generelle kohesjon. I dette området, karakteristisk 25 til 30 mm inntrengningsdybde, målt ved den ASTM-måleprosedyre som er beskrevet i Eksempel 11, kan bruken av disse spesielle teknikker muliggjøre at man med hell kan påføre støpeblandingen og oppnå en plate med akseptabel kvalitet.

Det blandede materiale kan spres på et fleksibelt substrat som en aluminiumfolie og så foldes eller bøyes til ønsket form. Dette er en ideell metode når det er ønskelig å tilpasse platematerialet over en overflate med sterke konturer.

En varmebehandlingscyklus tilsvarende den som er vist i figur 1 kan benyttes for å herde de væskeholdige formuleringer. Aksellererte herdecykler er mulige når et oppvarm-ingssystem slik som mikrobølger benyttes for å oppvarme det støpte materiale innenfra istedet for fra det ytre som i en varmluftovn. Med mikrobølgeherding er det mulig å redusere all oppvarmingstiden i figur 1 med en faktor helt opp til 8. Når man herder store flate plater kan det vær nødvendig å holde et utflatingstrykk på platematerialet under herdepro-sessen (for eksempel ved å anbringe en tung flat plate på det støpte materiale).

For disse anvendelser behøver det ikke være nødvendig ytterligere å oppvarme de herdede plater. Hvis imidlertid karbonisering er nødvendig er det foretrukne temperaturom-råde for brenning av platematerialet 800 til 1.000'C. Temperaturer over 1.000°C er ikke foretrukket og grafit-teringstemperaturer må unngås. Brenningsprosessen bør gjennomføres i en inert atmosfære, kokssjikt eller lignende beskyttende omgivelse for å forhindre for stor luftforbrenn-ing. En høyere grad av plateflathet kan oppnås ved å presse platen mellom to flate overflater under brenningen. Oppvarmings- og nedkjølingsperiodene kan være så korte som 1 time mens 24 timer er foretrukket.

Platene kan festes til katodeblokkene 1) før blokkene sendes til smelterene, 2) på smelteren men før katoden settes sammen, eller 3) efter at katoden er montert. I hvert tilfelle kan en enkelt kommeriselt tilgjengelig karbonsement benyttes som adhesiv. "UCAR C-34" sement er en foretrukket karbonsement for festing av platene til karbonkatodesubstra-tet. Denne foretrukne prosess omfatter å anbringe en vekt på hver plate for å opprettholde kompresjonen av limskjøten under herdingen av sementen, og oppvarming av blokken og platen til en temperatur fra ca. 30 til ca. 40°C før påføring av adhesivet og fullføring av prosessen. Efter herding av sementen ved den foreskrevne temperatur (ca. 125 til ca. 135°C anbefales karakteristisk for "UCAR C-34" sement), kan alle konvensjonelle cellekonstruksjons- og startprosedyrer følges uten modifisering. Det areal som er dekket med platemateriale kan ligge fra hele den indre overflate av katodehulrommet til mindre enn 1056 av katodeoverflaten under anoden eller anodene. Det foretrukne areal som skal dekkes ligger fra hele katodeoverflaten direkte under anoden eller anodene til 5056 av dette mens det ideelt ligger fra 90 til 10056 av arealet. Det kan være nødvendig å efterlate små gap eller spalter for å tillate katodestav-avgassing og tilpasse katodeblokkbevegelser under cellestart og oppvarming.

Platematerialet behøver ikke være kontinuerlig over hele katodeoverflaten. Når det gjelder TiB2~plater kan små gap mellom ved siden av hverandre liggende plater på 1 til 5 mm bli forbundet av smeltet metall. På tilsvarende måte vil TiB2-partikler I en karbonoverflate med egnet densitet gi en pseudokontinuerlig aluminium-fuktefilm ved å slå bro mellom ved siden av hverandre liggende TiB2~partikler. Når det gjelder TiB2-karbonblandingen vil ca. 20 vekt-56 T1B2 i overflaten gi pseudoaluminiumfuktet-overflate med et foretrukket totalt TiB2-innhold i overflatesjiktet på 35 til 70 vekt-56 for å maksimalisere fukting og å tillate bland-ingsuhomogeniteter og et langt beleggsliv. Modifisering av TiB2~partikkelegenskapene og/eller endring av plateformuler-ingene eller TiB2~formuleringen i belegget kan således muliggjøre bruken av mindre mengder T1B2» Gap mellom platene bør vær 5 mm eller mindre i bredde der det foretrukne er 1 mm eller mindre.

Det finnes ingen minimal eller maksimal platetykkelse. Generelt sies det at jo tykkere platen er jo lengre levetid har den. Jo større tykkelsen er jo større er imidlertid omkostningene. Den foretrukne platetykkelse er fra 0,8 til 1,75 cm for å minimalisere tendensen til blæredannelse eller kast i platen. Maksimal platetykkelse bør være konsistent med den forventede cellelevetid, det vil si at det ikke er noe behov å ha en platetykkelse som skal vare ti år hvis cellelevetiden er antatt å være kun syv år. Videre kan plater "legges i sjikt" for å oppnå tykkere overflater efter behov.

De følgende eksempler viser den forbedrede prosess for fremstilling av de aluminiumfuktbare RHM holdige plater. For klarhetens skyld gis det ved demonstrering av de oppnådde forbedringer også sammenlignende eksempler i henhold til eksemplene 1 til 4 i NO-søknad 853813. Eksemplene 5 til 10 viser virkningene som oppstår ved variasjoner i væskeinnholdet, temperatur og blandemetode på viskositeten og bearbeidbarheten for støpeblandingen, og til slutt på kvaliteten av de fremstilte katodeplater. Eksempel 11 angir måleteknikken som ble benyttet for å bestemme inntrengningsdybden i henhold til ASTM metode C 360-63. I tillegg viser eksemplene 12 til 17 målingen av inntrengnings-dybdeverdier for støpeblandinger og illustrerer egnede verdier og disses betydning.

Eksempel 1 (sammenligning)

Den følgende formulering ble med hell støpt og herdet ved bruk av et antall støpematerialer.

Formulerin<g> (utgangsvekt som vekt-Sé)

Herdecyklusen slik den er vist i figur 1 ble benyttet for å herde fire testprøvestykker. De herdede testprøvestykker ble skåret i to halvdeler og en del av hvert testprøvestykke inkludert formmaterialet ble brent ved 1.000°C i en argon atmosfære i 24 timer. Efter avkjøling ble det observert at styrenskummet var omdannet til et ikke-adherende støv, polypropylenet var i det vesentlige forsvunnet mens det voksede papir og pappen var forkullet. Den resulterende prøvekatodeplate syntes å være identisk med de overflatesjikt som var dannet ved tidligere kjente teknikker for direkte belegning på karbonkatodeblokker.

Eksempel 2 (sammenligning)

Vedheftingsprosessen til katoden ble prøvet ved å lime gjenværende brent del av styrenskumform-prøvestykket til et stykke av SK-katodeblokk ved bruk av "UCAR C-34" sement. Denne sement ble blandet, påført og herdet over en tempera-turcyklus opptil 135"C efter produsentens instruksjoner. Efter avkjøling kunne prøvestykket ikke fjernes fra SK-blokken ved håndtrykk.

Et spenningsfall på 0,1 V ble målt når en liketrøm på 0,7 A/cm<2> ble ført over den herdede limte skjøt efter avkjøling til romtemperatur. Efter oppvarming av limt konstruksjon til 1.000°C i en argonatmosfaere i løpet av 24 timer og så avkjøling til romtemperatur, var spenningsfallet over den limte skjøt mindre enn 0,001 Volt. Strømdensiteten på 0,7 A/cm<2> over den limte skjøt er omtrent det maksimale man ville få i en konvensjonell koksbrenning og ved vanlig drift av en kommersiell celle. Selv det opprinnelige spenningsfall 0,1 V på over den herdede limskjøt vil ikke ugunstig påvirke koksbrenningsprosedyren som benyttes for å starte opp en ny celle.

Prøven kunne kun fraktureres fra SK-blokken ved å slå prøven sterkt fire ganger med en hammer for å forårsake en skjærkraft på den brente limte skjøt. Hammerslag loddrett på limskjøten hadde ingen observerbar virkning på den limte konstruksjons integritet. Store horisontale skjærkrefter vil vanligvis ikke oppstå ved drift av en celle. Sammenbruddet som oppsto skjedde i den limte skjøt, ikke på noen av de bindende overflater. Å legge trykk på under herding av sementskjøten reduserer tykkelsen til limsjiktet og øker dettes styrke. I praksis kan en vekt anbringes på hver av de limte plater under limherdecyklusen for å oppnå optimal limt skjøt.

Eksempel 3 (sammenligning)

En stålform med dimensjoner 30,5 cm x 30,5 cm x 0,95 cm med en dybde på 0,95 cm ble fremstilt og "FREKOTE"-formslipemiddel ble påført i formen. Ca. 2.000 g av preparatet beskrevet i Eksempel 1 ble anbragt i formen, spredd ut og avrettet. Formen ble anbragt på et vibrasjonsbord og rystet i 5 min. Vibrasjonen syntes å ha liten virkning på støpen bortsett fra ved kantene, der væske syntes å skille seg ut og ligge på overflaten. Den støpte overflate ble glattet ut ved hjelp av en murskje under vibrering, noe som var betydelig mere effektivt enn murskjeutjevning i en statisk form.

Flisen ble herdet i henhold til den cyklus som er vist i fig. 1. Ingen vesentlige defekter var synlige efter herdingen bortsett fra mindre kast. Hvert hjørne av flisen var ca. 3 mm høyere enn sentrum, målt mot en flat overflate. Denne kasting skjedde under trinnet 150°C i herdecyklusen. Ingen blærer eller sprekker kunne sees men fllsporøsiteten var ca. det samme man ser ved sammenlignbare direkte utspredte katodebelegg ifølge kjent teknikk. Bunnen av den vibrerte flis var heller glatt i motsetning til den irregulære toppflate som bibeholdt utseendet til våtblandingen slik det ble utjevnet.

Eksempel 4 (sammenligning)

2.000 g av materialet som beskrevet i Eksempel 1 ble anbragt i en stålform med dimensjoner 30,5 cm x 30,5 cm med en dybde på 0,95 cm og spredd ut uten å benytte vibrasjonsbordet ifølge Eksempel 3. Den støpte overflate ble jevnet ut med en avrettlngsbjelke. Et stykke kraftpaplr i nivå med toppen av formen ble benyttet for å dekke det støpte materiale og to stålplater med dimensjoner 30,3 cm x 30,3 cm x 0,65 cm og med en totalvekt på 10 kg ble plassert på toppen. Prøven ble herdet på vanlig måte, så avkjølt og inspisert. Kraftpapiret hadde adhert til flisoverflaten men stålplatene kunne lett fjernes uten klebing.

Vektene hadde begrenset kast i stor grad fordi flishjørnene ikke var mer enn 1,0 mm høyere enn flissenteret. Dette kast oppveies lett av den limte skjøt ved sementering til katodeblokken. Ingen defekter som blærer eller sprekker var synlige og den vanlige porøsitetsmengde og den lille laterale stripedannelse ble observert. Flisen ble varmebehandlet til ca. l.OOCC i løpet av en 24 timers periode i en argon atmosfære. Ingen defekter ble bemerket og papiret som adherte til flisen hadde absorbert harpiks og var karbonisert til et sprøtt flakmateriale som kunne børstes vekk fra flisoverflaten.

Eksempel 5

6.500 g av det materiale som er beskrevet i Eksempel 1 ble blandet i en Ross LDM-2 dobbeltplanet blander i omtrent 20 min. under et vakuum på 29,5 mm Hg. Materialet ble støpt i to stålformer, den ene målte 30,5 cm x 30,5 cm x 0,95 cm. Begge formene ble behandlet med "PEN" formslipemiddel. Det vakuumblandede preparat hadde en noe mere smørlignende og mindre klebrig konsistens enn den konvensjonelt blandede sammensetning. En styrenskumfolie ble anbragt over hver av prøvene og ca. 10 kg stålvekt ble anbragt på toppen av dette for 0,95 cm formen. En porøs ildfast alumlniumoksydfritte på toppen av styrenskummet ble benyttet for å tynge ned 1,9 cm prøven. Begge fliser ble herdet ved bruk av den vanlige herdecyklus. Ved undersøkelse så man at styroskumfolien hadde smeltet, noe som forårsaket at stålplatene og fritten adherte til den støpte flisoverflate. I motsetning til dette kunne begge fliser slippes rene ut fra formhulrommene. 0,95 cm flisen ville ikke skille seg fra stålplaten og måtte brekkes av i stykker. Når disse stykker ble valgt, renset og undersøkt var det klart at porøsiteten hadde sunket drastisk fra det nivået man finner I belegg blandet under atmosfærisk trykk. Så og si alle små hulrom og sprekker som karakteristisk finnes i kjente katodebelegg eller i konvensjonelt blandede støpte plater var fernet ved vakuumavgassing.

1,9 cm flisen ble skilt intakt fra fritten og ble undersøkt. Ingen overflatedefekter eller kast kunne bemerkes. Denne flis ble så varmebehandlet til ca. 850°C i løpet av en 10 timers periode i en argon atmosfære, ovnsavkjølt, skåret over på tvers og undersøkt. Noen små og hule "fiskeskjell" sprekker ble funnet på topp- og bunnflatene, noe som syntes å ha forbindelse med formfyllingsprosedyren. På den annen side var den varmebehandlede flis fri for makroskopisk porøsitet som er karakteristisk for støpte fliser og

katodebelegg som er fremstilt fra materialer som blandes ved atmosfærisk trykk. Efter brenning var en liten sprekk til stede men det "foldede" utseende av defekten tydet på at også den var formfyllingsrelatert og derfor kunne bøtes på.

Den høye viskositet for støpepreparatet efter vakuumblanding kan forhindre grundig utspredning og utglatting av blandingen. Oppvarming av formen og/eller preparatet har vist seg å være en effektiv teknikk for å redusere viskositeten i preparatet, noe som omgår dette problem. Oppvarming av preparatet under blanding kan også øke virkningen av vakuumb1and i ng.

Eksempel 6

5.000 g av det materialet som er beskrevet i Eksempel 1 ble blandet i Ross LDM-2 blanderen i ca. 10 minutter. Blande-skålene var forvarmet til ca. 40°C før blanding. Preparatet ble undersøkt og bearbeidet med en mur skje og det var tydelig at viskositeten hadde sunket fra de nivåer man forbinder med blanding fra romtemperatur. Materialet ble så blandet i ca. 11 min. under et vakuum på ca. 29,5 mm Hg.

Det vakuumblandede preparatet hadde utviklet en noe høyere viskositet men ikke så høy som konvensjonelt blandede preparater med sammenlignbare reduserte blandevæskeinnhold.

Innholdet i blanderen ble veiet og det ble funnet at det var tilbake 4.933 g. Dette antydet et væsketap på 67 g eller 8, 7% av det opprinnelige væskeinnhold. Konvensjonelt blandede preparater viste neglisjerbart væsketap under blandingen.

Eksempel 7

6.500 g av materialet som beskrevet i Eksempel 1 ble oppvarmet og vakuumblandet som beskrevet i Eksempel 6. En mengde av materialet ble anbragt i en stålform med dimensjoner 28,8 cm x 28,8 cm x 1,0 cm som var forvarmet til ca. 40°C. Den varme form forhindret at støpeblandingen ble avkjølt og dette resulterte i en relativt lett påføring.

Materialet ble spredt ut og bearbeidet uten vanskelighet. Når formene ved romtemperatur benyttes med tilsvarende oppvarmede preparater avkjøles materialet hurtig av formen og det oppstår en høyere viskositet. Materialet blir så klebrig og vanskelig å bearbeide. Støpeblandingen rives og foldes så i posisjon istedet for at den i en viss grad flyter inn i formen. Disse feil som utvikles under formfyllingen manifesterer seg selv som små vertikale sprekket og "fiskeskjell" sprekker efter herding.

Eksempel 8

Efter at blandingen som beskrevet i Eksempel 7 var støpt og utspredt i formen ble den utjevnet med en vibrerende avrettingsbjelke. Avrettingsbjelken som ble fremstilt for dette formålet var en strimmel av en teflonbelagt stålplate med dimensjoner 7,60 cm x 76,0 cm x 0,64 cm, med en liten dertil festet vibrasjonsmotor. Avrettingsbjelken ble beveget over overflaten av formen for utjevning av blandingen og å fjerne overskytende materiale. Vibreringsvirkningen forhindret "oppriving" av blandingen og lettet skyvingen over overflaten. Når det ble benyttet en konvensjonell avrettingsbjelke uten vibrasjonsmotor hadde støpematerialet en tendens til fastklebing, noe som dannet hulrom, depresjoner og andre overflatedefekter, og også løftet støpematerialet fra formen. Under herding kan overflatedefekter, oppriving og så videre utvikles til oppsprekking.

Eksempel 9

Den støpte plate som beskrevet i Eksempel 8 ble veiet under herdecyklusen med to 0,65 cm tykke stålplater med en totalvekt på ca. 10 kg. Et stykke av 0,5 cm teflonark ble limt til bunnstålplaten der den kom i kontakt med støpeblan-dingen. Efter herding ble nedtyngingsplatene fjernet uten vanskelighet og den teflondekkede plate efterlot en glatt, flat finish på overflaten av platen.

I de forgående eksempler var nedtynging av flisene med et løst stykke teflonark mellom støpen og stålvektene mindre vellykket fordi teflonarket i seg selv ga kast under herdingen og dannet bølger og depresjoner i overflaten av flisen. Styrenskumplaten var ikke helt tilfredsstillende som separasjonsmedium på grunn av den klebrige polymerrest som forble på overflaten av platen efter herding, noe som gjorde flisutstøtingen vanskelig og ga en rest på overflaten som var vanskelig å fjerne, selv efter høytemperaturvarmebehand-ling.

Stålnedtyngingsplater behandlet med et formslippmiddel som "FREKOTE" eller "MOLD WIZ F-57" har vært brukt med hell. En stålplate belagt med formslippmiddel ble benyttet for å tynge ned en støp fremstilt på den måte som er beskrevet i Eksempel 8. Efter herding ble platen fjernet fra den støpte flis på meget enkel måte. Stålplatene som ikke var behandlet med slippmiddel adherte kraftig til den støpte flis og måtte hugges av, noe som hyppig ødela flisen.

Eksempel 10

Krymping kan kontrolleres ved å variere bindemiddel- og aggregatinnholdet i støpeblandingen. Dimensjonene for den støpte flis som beskrevet i Eksempel 8 ble målt efter herding og brenning. Disse målinger antydet en krymping på 1 - 256 i lateral retning (plateplanet) og 8 - 1256 i vertikal retning. Ved bruk av slike eksprimentelt bestemt prosentandeler kan man lage en form for å fremstille en hvilken som helst ønsket flis.

Følgende sammensetning ble blandet:

44,656 TiB2-pudder

13,856 "UCAR C-34" faststoffer

15 ,556 "UCAR C-34" væske

25,856 "UCAR BB-6" graf i ttpartikler

0 ,356 "Great Lakes Fortafil 2" karbonfiber,

limt for "UCAR C-34", 0,32 cm lang.

Materialet ble blandet konvensjonelt og støpt i en form med dimensjonene 30,5 cm x 30,5 cm x 0,95 cm. Støpemetoden som beskrevet i Eksempel 3 ble benyttet og det ble funnet at materialet var vanskelig å spre ut og bearbeide. Efter herding var det tydelig at det ikke var inntrådt noen vesentlig krymping og flisen hadde adhert til formsidene og bunnen. Flisen måtte hugges ut av formen med hammer og meisel. I henhold til dette er en viss mengde krymping ansett ønskelig for å motvirke adhesjon til formen og å tillate flisutstøting. En sammensetning inneholdende mindre BB-6 karbonadditiv og mere "UCAR C-34"-faststoffer ble fremstilt og er beskrevet nedenfor.

44,6* TiB2 pudder

20,6* "UCAR C-34" faststoffer

15,5* "UCAR C-34" væske

19,0* "UCAR BB-6" grafittpartikler

0,3* "Great Lakes Fortafil 3" karbonfiber,

limt for "UCAR C-34", 0,32 cm lang

Blandingen ble blandet konvensjonelt og støpt i en form med dimensjoner 30 cm x 30,5 cm x 0,95 cm. Blandingens konsistens og viskositet var i stor grad som den formulering som er beskrevet i Eksempel 1.

Efter herding var det klart at fliskrympingen fremdeles var lett. Krympingen var marginalt større enn den til det foregående eksempel men ikke så stor som blandingen som beskrevet i Eksempel 1. Flisen ble støtt ut fra formen intakt men ved en viss anstrengelse.

Det er derfor åpenbart at økede prosentandeler C-34-faststoffer sammen med redusert aggregatinnhold fører til større fliskrymping. Dette gir en fin innstillingsmekanisme der man kan kontrollere dimensjonsendringer under herding.

Eksempel 11

Blandingen som beskrevet i Eksempel 7 ble vakuumblandet ved bruk av en koldfelle for å samle opp skadelige damper og å beskytte vakuumpumper. Koldfellene omfattet en beholder fyllt med tørris omgitt av et koaksialt vakuumkammer med noe større diameter, forbundet mellom vakuumpumpen og Rossbland-eren. Når blandebeholderen evakueres går furfurylalkohol (blandevæske) dampen over til fellen og kondenseres på overflaten av det Indre tørriskammer av koldfellen og avsettes derefter til bunnen av det ytre kammer efter at tørrisen har smeltet og vakuum er avlastet. På denne måte kan skadelige stoffer forhindes fra å nå vakuumpumpen og forårsake skade på grunn av forurensning av vakuumolje, angrep på pakninger, forårsake avsetning på ventilseter og så videre. Dette er viktig for kontinuerlig bruk av vakuumutstyr fordi vakuumpumpegjenoppbygning eller erstatning kan forårsake forsinkelser og unødvendige omkostninger. Før oppstart av den neste sats avlastes undertrykket, det undre kammer tillates oppvarming til romtemperatur og væsken i bunnen av koldfellen trekkes av før det innføres ytterligere tørris. Som antydet ovenfor er blandingens viskositet en kritisk faktor og kontroll av vakuumbehandlingen og væskefjerning under blanding ved inntrengningsdybde kriterier gir en hensiktsmessig og nøyaktig metode for å oppnå optimale resultater.

Bearbeidbarheten, herde- og brenneegenskapene for en støpt plateblanding har sammenheng med blandevæskeinnholdet, temperaturen og blandemetoden og således også viskositeten i støpeblandingen. Hvis blandingen er for viskøs (lavt væskeinnhold) vil det være vanskelig å spre ut støpeblandin-gen og dette resulterer i påføringsrelaterte defekter slik som vertikale sprekker eller skalldannelse, dette vil så opptre der blandingen trekkes ut under utspredningen.

En ekstrem situasjon nås når væskeinnholdet blir så lavt at det er utilstrekkelig bindemiddel til å holde de faste partikler sammen i det herdede eller brente produkt. Hvis støpeblandingen er for fluid (høyt væskeinnhold, lav viskositet) vil alle de flyktige stoffer som dannes under herdingen ikke kunne slippes ut og det oppstår defekter som stor oppsprekking og blæredannelse.

Dette kan oppstå partielt fra overskytende harpiks som tetter strukturen under herding, stenger gassutslippskanal-ene og forårsaker at det bygges opp et indre trykk. Videre underkastes harpiksdelen av blandingen det største massetap under herding. Således vil ethvert overskudd over det kritiske maksimale harpiksinnhold gi volumetrisk krymping såvel som store gåssvolumer.

Viskositeten kan også reduseres uten å endre væskeinnholdet ved oppvarming av støpeblandingen. Dette kan eliminere påføringsrelaterte defekter i forbindelse med den høyviskøse kolde blanding og på denne måte gi tilfredsstillende herding og brenning. Den relative viskositet for den ferdig blandede blanding ved støping er derfor en nøkkelparameter for bestemmelse av muligheten for vellykket behandling og forming av blandingen. Målinger av viskositeten i beleggsblandingene som her benyttes er meget vanskelig på grunn av den meget viskøse art. I henhold til dette har man forsøkt en alterna-tiv tilnærming. Anvendelse av det nye inntrengningsdyb-dekriterium ifølge oppfinnelsen har den uventede og ufor-utsigbare fordel at man definerer den ideelle balanse mellom utsprednings- og bindeegenskaper på den ene side og brukbare behandlingsparametre på den andre. Den nye anvendelse av inntrengningsdybdemålingen er nu funnet eksprimentert og korrelerer ikke bare med formstrømnings

egenskapene med gassfrigivelse under varmebehandling, selvbinding av det støpbare materiale, formfyllingsrelaterte defekter og produktdensitet og -kvalitet. Viskositetene for flere forskjellige katodeplatestøpeblandinger ble evaluert ved bruk av en ASTM standard test prosedyre. Denne metode,

ASTM 360-63 ble utviklet for å bestemme inntregningsdybden for en stålvekt i fersk betong, et materiale med viskositets karakteristika tilsvarende de til støpeblandingen ifølge oppfinnelsen. Forskjellige karbon- TiB2~støpeblandinger ble benyttet istedet for betong og prøvene gjennomført i henhold til ASTM-spesifikasjoner med tilfredsstillende resultater. Prøveapparaturen består av en stålsylinder med en halv-sfærisk tilformet bunn og et håndtak med en totalvekt på 14 kg. Radien er 76 cm og en rustfri stålbøyle benyttes for å føre innretningen og å tjene som referanse for måling av inntrengningsdybden.

En mengde av hvert materiale, tilstrekkelig til å fylle en beholder med diameter 610 mm og dybde 200 mm ble blandet. Støpeblandingen ble anbragt i beholderen og jevnet ut med en håndmurskje. Måleapparaturen og bøylen ble anbragt på overflaten av blandingen og det graderte håndtak justert slik at nullpunktet fallt sammen med toppkanten av bøylen når vekten akkurat berørte støpematerialet. Vekten ble frigitt og inntrengningsdybden notert efter at den var kommet til ro. Tre målinger ble gjennomført og en midlere dybde for hver blanding er angitt i Tabell 1 såvel som en oppsummering av defekter funnet i plater fremstilt fra hver blanding.

Eksempel 12

Blandingen ifølge Eksempel 1 ble prøvet:

44,6* TlB2-pudder

27,5* "UCAR C-34" faststoffer

15,5* "UCAR C-34" væske

12,1* "UCAR BB-6" grafittpartikler

0,3* "Great Lakes Fortafil 3" karbonfiber,

limt for "UCAR C-34", 0,32 cm lengde.

Komponentene ble blandet i en Ross LDM 2 dobbeltplanetblander i 10 min. ved romtemperatur. Inntrengningsdybden ble også målt ved romtemperatur, 20°C.

Eksempel 13

Blandingen som ble prøvet er den samme men komponentene ble blandet og prøvet ved 40"C.

Eksempel 14

Blandingen inneholdt de samme komponenter som eksemplene 1 og 2 men ble forblandet konvensjonelt i 10 min. i dobbelt planetblanderen og så blandet under vakuum i ytterligere 8 minutter. All blanding og inntrengning ble gjennomført ved romtemperatur.

Eksempel 15

Preparatet Inneholdt de samme bestanddeler og ble blandet på en måte tilsvarende Eksempel 14 bortsett fra at blanding og prøving ble gjennomført ved 40°C.

Eksempel 16

Blandingen var igjen den samme og ble blandet på samme måte som i Eksempel 15 ved hjelp av varme og vakuum, bortsett fra at den ble blandet under vakuum i 30 min. istedet for 8 minutter.

Det resulterende materiale omfattet en agglomerering av små, tørre klumper totalt uegnet for utspredning men som kunne pakkes med hell for å danne en plate.

Eksempel 17

Blandingen inneholdt følgende bestanddeler:

44,6* TiB2-pudder

24,1* "UCAR C-34" faststoffer

21,0* "UCAR C-34" væske

10,0* "UCAR BB-6" grafittpartikler

0,3* "Great Lakes Fortafil 3" karbonfiber, limt for "UCAR C-34", 0,32 cm lang.

Komponentene ble blandet i dobbeltplanetblanderen i 10 min. ved romtemperatur. Materialet ble også prøvet ved romtempe-råtur. Viskositeten for hver blanding er reflektert ved inntrengnignsdybden. Større inntrengningsdybde antyder reduserte viskositeter og/eller høyere væskeinnhold. Tabell 1 angir resultatene av eksemplene 12 - 17.

På den skala som er definert av ASTM-standarden kan inn-trengningsverdier for støpbare blandinger som gir akseptable sluttplatestrukturer ligge fra ca. 25 til ca. 50 mm. Ved lavere verdier er blandingene tilbøyelig til pellitisering, noe som forhindrer efektiv utspredning, mens de resulterende herdede plater ved høyere verdier viser små horisontale striper og en viss grad av indre porøsitet.

Et område fra ca. 30 til ca. 45 er foretrukket fordi støpeblandinger innen dette område gir tettere fliser med færre og mindre defekter. Det mest fortrukne inntrengnings-område for kvalitetskontroll og som i det vesentlige garanterer god utspredning, høy densitet og defektfritt produkt er fra ca. 36 til ca. 40 mm. Blandinger med verdier ved de øvre grenser av dette område vil vise forbedrede utspredningsegenskaper mens en ekstra "sikkerhetsmargin" kan oppnås ved å ofre en viss bearbeidbarhet og å benytte blandinger mot den lavere ende.

Claims (22)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et aluminiumfuktbart element, karakterisert ved at den omfatter: a) fremstilling ved forblanding under oppvarming av en homogen støpeblanding omfattende 10-90 vekt-* ildfast hårdt materialejRHM, 1-60 vekt-* karbonholdig fyllstoff, opptil 30 vekt-* karbonholdig additiv og termoherdende bindemiddelsystem omfattende 1-40 vekt-* termoherdende harpiksholdig bindemiddel idet bindemiddelsystemet har et forkullingsutbytte på over 25 *; b) vakuumblanding av blandingen under oppvarming i et tidsrom tilstrekkelig til å gi en penetreringsdybde fra 25-50 mm, målt i henhold til ASTM-standard C 360-63; og c) å støpe og oppvarme blandingen til form av et monolitlsk element omfattende ildfast hårdt materiale i en høy-dens! tets karbonholdig matriks bundet av amorft karbon.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forblandingen av støpeblandingen gjennomføres I et tidsrom tilstrekkelig til å oppnå i det vesentlige total fukting av alle faststoffer og enhetlig dispergering av disse før påbegynnelse av vakuumblandingen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at formen oppvarmes før støping av støpeblandingen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at inntrengningsdybden av støpeblandingen har en verdi fra 30 til 45 mm.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at dybden er fra 36 til 40 mm.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte RHM er valgt blant gruppen bestående av borider, karbider, silicider og nitrider av elementer i gruppene IV til VI i det periodiske system.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at nevnte RHM er valgt blant titandiborid, titankar-bid, zirkondlborid, zirkonkarbid og blandinger og legeringer derav.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at det som RHM benyttes titandiborid.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte titandiborid benyttes i en mengde fra 20 til 70 vekt-* av støpeblandingen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte titandiborid benyttes i en mengde fra 30 til 60 vekt-* av støpeblandingen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at bindemidlet er valgt blant fenoliske, furan-polyfenylen-, heterocykliske, epoksy-, silikon-, alkyd- og polyimidharpikser og blandinger og kopolymerer derav.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at bindemiddelsystemet har et forkullingsutbytte på mer enn 50*.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at man benytter en støpeblanding som består av fra 20 til 70 vekt-* titandiborid, fra 1 til 60 vekt-* karbonholdig fyllstoff og additiv og fra 20 til 60 vekt-* termoherdende bindemiddelsystem med et forkullingsutbytte på mer enn 25*.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte vakuumblanding reduserer væskeinnholdet i preparatet med fra 5 til 10*, beregnet på opprinnelig væskeinnhold.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at formen forvarmes før blandingen anbringes i den.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert ved at formen underkastes vibrering.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert ved at dimensjonsstabiliteten for det monolitiske element opprettholdes under herding og brenning ved nedtynging av overflaten.

18. Fremgangsmåte for fremstilling av en aluminiumfuktbar aluminiumreduksjonscellekatodeoverflate, karakterisert ved at den omfatter a) fremstilling ved forblanding under oppvarming av en homogen støpeblanding omfattende 10-90 vekt-* ildfast hårdt materiale, 1-60 vekt-* karbonholdig fyllstoff, opptil 30 vekt-* karbonholdig additiv og termoherdende bindemiddelsystem omfattende 1-40 vekt-* termoherdende harpiksholdig bindemiddel idet bindemiddelsystemet har et forkullingsutbytte på over 25 *; b) vakuumblanding under oppvarming av blandingen i et tidsrom tilstrekkelig til å gi en penetreringsdybde fra 25-50 mm, målt i henhold til ASTM-standard C 360-63; og c) å støpe og oppvarme blandingen til form av et monolitisk element omfattende ildfast hårdt materiale i en høy-densitets karbonholdig matriks bundet av amorft karbon; og d) adhering av elementet til et katodesubstrat.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved at forblandingen gjennomføres i et tidsrom tilstrekkelig til å oppnå i det vesentlig total fukting av alle faste stoffer og enhetlig dispergering av disse før man påbegynner vakuumblandingen.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved at den omfatter oppvarming av formen før støping av støpeblandingen.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved at inntrengningsdybden er fra 30 til 45 mm.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert ved at inntrengningsdybden er fra 36 til 40 mm.