TiB2/Al2O3复合阴极的制备工艺研究

论文摘要

基于惰性阳极和可湿润性阴极的炼铝新技术可望降低原铝生产成本和能耗,且环境友好,它的成功将给传统铝电解工业带来新的技术革命。惰性阴极是该工艺成功开发的关键。本文在“863”计划和国家科技支撑计划的资助下,以设计开发一种新的TiB2/Al2O3复合阴极材料为目标,研究了制备工艺与组成变化对复合阴极体积密度、孔隙率、抗压强度、抗弯强度、抗热震性能的影响,并通过骨料粒度级配设计,获得了TiB2/Al2O3复合阴极骨料的最佳粒度配方。主要研究内容及结果如下：（1）确定了碳纤维预分散与球磨相结合的混料工艺。与直接混料相比较,优化混料工艺后复合阴极的体积密度提高了9.5%,孔隙率降低了16.18%,抗压强度及抗弯强度分别提高了49.28%、162.18%。（2）确定了复合阴极原料配方。随着TiB2添加量的增加复合阴极的体积密度、孔隙率、抗压强度及抗弯强度逐步提高；随着氧化铝溶胶和碳纤维添加量的增加,复合阴极的体积密度、孔隙率、抗压强度、抗弯强度及残余抗弯强度呈先增加后降低的趋势,而复合阴极的孔隙率则先降低后增加。最佳配方为：Al2O3溶胶为50wt%,TiB2粉末为10wt%,刚玉粉为40wt%,碳纤维为1.5wt%,其复合阴极体积密度为2.72g/cm3,孔隙率为29.88%,抗压强度为38.75MPa,抗弯强度为21.39MPa,残余抗弯强度5.11MPa,强度保持率为23.89%。（3）确定了直径为50mm的TiB2/Al2O3复合阴极骨料最优粒度级配配方,并进一步优化复合阴极性能。大颗粒刚玉（0.6-0.7mm）为42wt%,二级刚玉颗粒为（R=5）18wt%,刚玉粉为20wt%, TiB2粉为20wt%；其粒度级配TiB2/Al2O3复合阴极体积密度2.92g/cm3,孔隙率24.16%,抗压强度42.33MPa,抗弯强度为24.78MPa。

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摘要

ABSTRACT

第一章前言

1.1 研究背景

1.2 铝电解用可润湿性阴极的研究进展

1.2.1 可润湿性阴极的性能要求

2基可润湿性阴极的研究进展'>1.2.2 铝电解用TiB₂基可润湿性阴极的研究进展

1.3 选题的目的与意义

第二章文献综述

2.1 陶瓷基复合材料的复合理论

2.2 陶瓷材料的抗热震性及研究进展

2.3 陶瓷材料的强韧化技术及研究进展

2.3.1 陶瓷材料强韧化技术

2.3.2 陶瓷材料纤维强韧化研究进展

2.4 粒度级配理论研究及应用

2.4.1 连续级配理论及应用

2.4.2 间断级配理论及应用

2.5 论文主要内容与方案

2/Al₂O₃复合阴极的制备与性能研究'>第三章 TiB₂/Al₂O₃复合阴极的制备与性能研究

3.1 引言

3.2 实验

3.2.1 实验原料与设备

2/Al₂O₃复合阴极的制备'>3.2.2 TiB₂/Al₂O₃复合阴极的制备

3.2.3 性能检测与分析

3.3 结果及讨论

3.3.1 物相组成与性能检测

2/Al₂O₃复合阴极性能的影响'>3.3.2 混合工艺对TiB₂/Al₂O₃复合阴极性能的影响

2/Al₂O₃复合阴极性能的影响'>3.3.3 原料组成对TiB₂/Al₂O₃复合阴极性能的影响

3.4 小结

2/Al₂O₃复合阴极的制备与性能研究'>第四章粒度级配TiB₂/Al₂O₃复合阴极的制备与性能研究

4.1 引言

4.2 实验

4.2.1 实验原料与设备

2/Al₂O₃复合阴极骨料粒度级配研究'>4.2.2 TiB₂/Al₂O₃复合阴极骨料粒度级配研究

2/Al₂O₃复合阴极的制备'>4.2.3 TiB₂/Al₂O₃复合阴极的制备

4.2.4 性能检测与分析

4.3 结果与讨论

2/Al₂O₃复合阴极骨料粒度级配'>4.3.1 TiB₂/Al₂O₃复合阴极骨料粒度级配

2/Al₂O₃复合阴极性能的影响'>4.3.2 粒度配方对TiB₂/Al₂O₃复合阴极性能的影响

2/Al₂O₃复合阴极探索'>4.3.3 振动成型粒度级配TiB₂/Al₂O₃复合阴极探索

4.4 小结

第五章结论与展望

5.1 总结与结论

5.2 展望与建议

参考文献

致谢

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