一种制氟用碳阳极板制备方法与流程

本发明涉及碳阳极的制备方法，尤其是涉及一种制氟用碳阳极板制备方法。

背景技术：

单质氟是生产sf6、cf4和nf3等重要特种电子气体不可缺少的原材料，目前，工业生产中主要以中温电解工艺制备单质氟，强腐蚀工况使无定型碳材料成为成本低、寿命长的唯一可用阳极材料。

在电解过程中，碳阳极板连接端由于受到腐蚀，强度有所下降，再加之爆鸣冲击和液流冲击，极易在连接端断裂，而电解质液位下参与电解部分仍然完好，导致使用寿命大大降低理论寿命，因此，提高碳阳极强度非常重要。

中国专利cn100590229c公开了制氟碳阳极化学气相沉积热解碳抗极化涂层制备方法，采用c3h6和n2为碳源气对碳阳极进行化学气相沉积，获得热解碳涂层；采用硝酸镍水溶液作电镀液，对含热解碳涂层碳阳极电镀，电镀后超声清洗，烘干；真空下热处理，得到热解碳涂层与金属质点掺杂相结合的热解碳抗极化涂层。但是该专利并没有涉及到碳阳极板的制备工艺。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制氟用碳阳极板制备方法，该生产流程和周期短，产品结构致密、均匀性好、孔隙缺陷少、理化性能近似各向同性、强度高。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种制氟用碳阳极板制备方法，采用以下步骤：

(1)对经过预氧化处理的中间相碳微球粉进行预压，获得预压坯体；

(2)对预压件加压成型，制备符合尺寸和密度要求的生阳极,生阳极尺寸包括但不限于180mm×600mm×40mm、180mm×600mm×50mm、300mm×600mm×70mm，生阳极密度在1.70g/cm³～2.0g/cm³；

(3)在不添加附加粘结剂的情况下，采用阶梯升温，控制焙烧温度进行焙烧碳化，最后加工成为所需结构的碳阳极。

步骤(1)中所述中间相碳微球粉在空气或氧气气氛下，控制温度为200-300℃预氧化处理30-60min。预压处理的压力为40-50mpa，处理时间为5-20min。

步骤(2)利用等静压机或模压机对预压件加压成型。加压时，以1mpa/s的升压速度升至200-300mpa，随后保压力10-30min，完成加压成型后，再以1mpa/s的降压速度释放压力，脱模后制得生阳极。

步骤(3)阶梯升温，首先以10～20℃/min升到600℃，然后再以5℃/min升到1200℃，在1200℃下保温60h，后随炉冷却，焙烧过程中以氮气作为保护气体，控制上述工艺温度控制是为了防止焙烧过程中开裂和焙烧不充分，并可以随制品单件尺寸、焙烧数量不同调整。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明采用原料为中间相碳微球，其表面所含有一定量的β树脂，使其具有良好的自烧结性，而传统碳阳极以沥青或树脂为粘结剂，为达到所需密度的产品，生产过程中需要多道浸渍、焙烧处理，而本发明无需浸渍，仅需1次焙烧，因此碳阳极生产流程短，生产周期大大缩短。

(2)传统碳阳极生产过程中需要多次浸渍粘结剂，随着制品密度的提高，导致内部难以浸入粘结剂，使产品外表密度度高于内部，同时，传统碳阳极多以0.8mm～1mm尺寸的石油焦颗粒为骨料，制品孔隙大小不均，缺陷明显，本发明采用粒径小于50μm的中间相碳微球为骨粒，同时利用微球自烧结性，不存在明显孔隙和因浸渍不匀导致的密度不均，因此所制备碳阳极结构致密、均匀性好、孔隙缺陷少、理化性能近似各向同性，抗弯强度可达到100mpa甚至更高，而传统制氟用碳阳极多为40mpa以内，强度的提高有助于提高碳阳极板抵抗爆鸣冲击和液流冲击的能力。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

一种制氟用碳阳极板制备方法，其工艺流程如图1所示，采用以下步骤：

首先根据产品要求，将一定重量的中间相碳微球在260℃温度下处理40分钟，然后将处理过的中间相碳微球填装入模，在45mpa下加压10分钟，随后卸掉压力，脱模取出预压坯体。预压坯体经过检验无明显缺陷后，装入橡胶模具，抽真空后，放入等静压成型机中，以1mpa/s的升压速度升至250mpa，随后保压力20分钟，完成加压成型后，再以1mpa/s的降压速度释放压力，脱模后制得生阳极。

对生阳极进行焙烧碳化，温度控制方式采用阶梯升温方式，首先以15℃/min升到600℃，然后再以5℃/min升到1200℃，在1200℃下焙烧碳化，焙烧过程中以氮气作为保护气体，随后随炉冷却，取出碳阳极，表面抛光处理进行后加工即可。

所制得碳阳极体积密度为1.74g/cm³，抗折强度为100mpa，强度远高于国内现有制氟用碳阳极。

实施例2

一种制氟用碳阳极板制备方法，采用以下步骤：

(1)将中间相碳微球粉在空气气氛下，控制温度为200℃预氧化处理60min，然后将预氧化处理后的中间相碳微球粉在压力为40mpa的条件下预压处理20min；

(2)利用等静压机对预压件加压成型。加压时，以1mpa/s的升压速度升至200mpa，随后保压30min，完成加压成型后，再以1mpa/s的降压速度释放压力，脱模后制得符合尺寸和密度要求的生阳极，所制作得到的生阳极尺寸可以是180mm×600mm×40mm、180mm×600mm×50mm、300mm×600mm×70mm，生阳极密度在1.70g/cm³；

(3)在不添加附加粘结剂的情况下，采用阶梯升温，以10℃/min升到600℃，然后再以5℃/min升到1200℃，在1200℃下保温60h，进行碳化处理，并且在碳化过程中以氮气作为保护气体，然后随炉冷却，最后加工成为所需结构的碳阳极。所制备碳阳极结构致密、均匀性好、孔隙缺陷少、理化性能近似各向同性，抗弯强度可达到120mpa。

实施例3

一种制氟用碳阳极板制备方法，采用以下步骤：

(1)将中间相碳微球粉在空气气氛下，控制温度为300℃预氧化处理30min，然后将预氧化处理后的中间相碳微球粉在压力为50mpa的条件下预压处理5min；

(2)利用等静压机对预压件加压成型。加压时，以1mpa/s的升压速度升至300mpa，随后保压10min，完成加压成型后，再以1mpa/s的降压速度释放压力，脱模后制得符合尺寸和密度要求的生阳极，所制作得到的生阳极尺寸可以是180mm×600mm×40mm、180mm×600mm×50mm、300mm×600mm×70mm，生阳极密度在2.0g/cm³；

(3)在不添加附加粘结剂的情况下，采用阶梯升温，以20℃/min升到600℃，然后再以5℃/min升到1200℃，在1200℃下保温60h，进行碳化处理，并且在碳化过程中以氮气作为保护气体，然后随炉冷却，最后加工成为所需结构的碳阳极。所制备碳阳极结构致密、均匀性好、孔隙缺陷少、理化性能近似各向同性，抗弯强度可达到140mpa。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。