简介概要

TiB2复合阴极涂层的高温电阻率

来源期刊:中南大学学报(自然科学版)2005年第3期

论文作者:李庆余 叶波 李劼 戴学儒 赖延清 刘业翔

文章页码:417 - 421

关键词:TiB2阴极涂层;电阻率;铝;电解

Key words:TiB2 cathode coating; electrical resistivity; aluminum; electrolysis

摘    要:采用自行研制的高温电阻测试仪,分别测定电极石墨和不同TA含量形稳粒子增强剂的TiB2复合涂层的电阻率。研究结果表明:在960℃时,不添加TA的TiB2复合涂层的电阻率为30.3μΩ·m,比国家标准对铝电解用半石墨阴极碳块的电阻率的要求值低,可以用于实际生产;添加TA会使TiB2复合阴极涂层的高温电阻率增大, TA最大添加量不能超过6%。

Abstract: The electrical resistivity of the graphite and TiB2 cathode coating with different TA (a metaloxide )content was measured with the self-made apparatus for electrical resistivity test at high temperature. The results show that the electrical resistivity of TiB2 cathode coating without TA containing is30.3μΩ·m, which is lower than that required by the national standard for the semi-graphitic cathodic carbon block. The high temperature electrical resistivity of the TiB2cathode coating increases with TA content increasing, and the maximum of TA content cannot exceed 6%.

基金信息:国家高技术研究发展计划(863计划)项目



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TiB2复合阴极涂层的高温电阻率

李庆余1, 2, 叶 波1, 李 劼1, 戴学儒3,赖延清1, 刘业翔1

(1.中南大学 冶金科学与工程学院, 湖南 长沙, 410083;
2.广西师范大学 化学化工学院, 广西 桂林, 541004;
3.长沙有色冶金设计研究院,湖南 长沙,410011)

摘要: 采用自行研制的高温电阻测试仪,分别测定电极石墨和不同TA含量形稳粒子增强剂的TiB2复合涂层的电阻率。 研究结果表明: 在960 ℃时, 不添加TA的TiB2复合涂层的电阻率为30.3 μΩ·m, 比国家标准对铝电解用半石墨阴极碳块的电阻率的要求值低,可以用于实际生产; 添加TA会使TiB2复合阴极涂层的高温电阻率增大, TA最大添加量不能超过6%。
关键词: TiB2阴极涂层; 电阻率; 铝; 电解
中图分类号: TF821 文献标识码: A 文章编号: 1672-7207(2005)03-0417-05


High temperature electrical resistivity of TiB2 cathode coating


LI Qing-yu1,2, YE Bo1, LI Jie1, DAI Xue-ru3, LAI Yan-qing1, LIU Ye-xiang1

(1.School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;
2.School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China;
3.Changsha Engineering & Research Institute of Nonferrous Metallurgy, Changsha 410011, China)

Abstract: The electrical resistivity of the graphite and TiB2 cathode coating with different TA (a metal-oxide )content was measured with the self-made apparatus for electrical resistivity test at high temperature. The results show that the electrical resistivity of TiB2 cathode coating without TA containing is 30.3 μΩ·m, which is lower than that required by the national standard for the semi-graphitic cathodic carbon block. The high temperature electrical resistivity of the TiB2 cathode coating increases with TA content increasing, and the maximum of TA content cannot exceed 6%.
Key words: TiB2 cathode coating; electrical resistivity; aluminum; electrolysis 


                        

TiB2材料具有优良的导电性和与铝液润湿性能, 并具有较强的耐金属铝液和氟化盐熔体腐蚀性[1,2]。 多年来, 铝业界一直以TiB2为基材, 发展各类可润湿性惰性阴极材料[3]。 TiB2阴极涂层是TiB2材料应用于现行铝电解槽中最主要的方式[4], 也是最有希望成为用于基于惰性电极系统的新型铝电解槽的惰性可润湿性阴极材料。 在现行槽上应用TiB2阴极涂层, 可以改善铝电解槽的工作状况, 降低炉底压降、 电流效率,延长槽寿命[5-9]。 电阻率尤其是高温电阻率是TiB2阴极涂层重要的性能指标之一, 与TiB2阴极涂层的应用效果密切相关。

1 实 验

1.1 涂层糊料的制备

配方为: TiB2粉末含量(质量分数, 下同)为30%~65%; 形稳粒子增强剂TA含量为3%~30%;纤维增强剂含量为2%~8%; 呋喃树脂含量为6%~15%; 其他树脂含量为5%~15%; 混合有机溶剂含量为10%~30%; 复合固化剂含量为0.5%~4.0%。按照以上配方, 将各种物料混合均匀, 制备成TiB2复合阴极涂层糊料。
1.2 试样的制备

将电极石墨材料机械加工成直径×长度为20 mm×20 mm的圆柱体。 用涂层糊料粘接2个石墨圆柱体, 于常温下固化24 h, 制备成测试样品。 试样实物见图1, 涂层厚度为2~4 mm。


图 1   TiB2涂层试样
Fig. 1   Sample of TiB2 coating

1.3 阴极涂层电阻率测试

用自行研制的以伏安法为基本原理的四端引线结构高温电阻测试仪测定不同温度下TiB2涂层样品的电阻率, 测试装置示意图见图2。 在Ar气氛中进行测试, 测试温度范围为室温至960 ℃。


 1—管式气氛炉; 2—电极石墨; 3—TiB2涂层;
4—石墨件; 5—高温不锈钢
图 2   电阻率测试装置示意图
Fig. 2   Apparatus for electrical resistivity
measurement


2 结果与讨论

图3所示为用伏安法测定TiB2涂层电阻率的原理图。 根据欧姆定理, 图3中a和b 2点之间的电阻Rab等于a和b 2点间的电压Vab除以通过Rab的电流I, 即:



图 3   伏安法测定TiB2涂层电阻率的原理图
Fig. 3   Scheme of electrical resistivity testing
of TiB2 coating by voltammetry

测定出电流I和电压Vab就能算出Rab。 为了减小测量误差, 提高测量精度, 测定不同电流下所对应的a和b 2点之间的电压, 作电流、 电压曲线, 取其斜率为Rab的测定值。 由图3可知, 如果不考虑界面的影响, 电极石墨的电阻R2和R3与TiB2涂层的电阻R1之和等于Rab, 即:


Rab=R1+R2+R3。(2)

其电阻率为:


式中: ρ为导体的电阻率; R为导体的电阻; S为导体的截面积; L为导体的长度。

测定出电极石墨的电阻率、 试样中石墨圆柱体的截面积和各部分的长度(L1, L2, L3), 可由式(3)计算出R2和R3, 通过式(2)计算出TiB2涂层的电阻R1, 再利用式(3)可计算出TiB2阴极涂层样品的电阻率。

表1所示为所测定的不同温度下电极石墨和不同TA 含量的TiB2复合涂层的电阻率。 可见,电极石墨的电阻率与文献[10]中石墨电阻率基本一致, 说明用所研制的高温电阻测试仪测定的结果是可靠的。

表 1   不同温度下TiB2复合涂层样品的电阻率
Table 1   Effect of temperature on electrical resistivity of TiB2 coating sample μΩ·m 

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