專利名稱：用于惰性陽極的燒結(jié)結(jié)合的直插腳連接的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在通過電解法生產(chǎn)金屬如鋁的過程中所用到的固體金屬插腳導(dǎo)體和陶瓷或金屬陶瓷惰性陽極內(nèi)部之間的低電阻電連接。
背景技術(shù)：
許多金屬包括鋁、鉛、鎂、鋅、鋯、鈦和硅能夠通過電解法生產(chǎn)。這些電解法中的每一種均在高度腐蝕的環(huán)境中使用電極。
用于金屬生產(chǎn)的電解法中的一個(gè)例子是眾所周知的生產(chǎn)鋁的Hall-Heroult法，在該方法中，溶解在熔融氟化物浴中的氧化鋁在大約960℃-1000℃的溫度下被電解。如現(xiàn)今通常實(shí)施的那樣，該方法依賴碳作為陽極以將氧化鋁還原為熔融鋁。碳電極被氧化主要形成CO2，其以氣體形式放出。盡管在該方法的實(shí)施中通常使用碳作為電極材料，但是它的使用存在許多缺點(diǎn)，并且因此試圖使用由如陶瓷、金屬-陶瓷“金屬陶瓷”或含金屬材料制成的惰性(不含碳)陽極電極來取代它們。
陶瓷和金屬陶瓷電極在電解池工作條件下是惰性的，無自耗的和尺寸穩(wěn)定的。用惰性陽極取代碳陽極允許采用高生產(chǎn)效能的電解池設(shè)計(jì)，從而降低了成本。由于惰性電極基本不產(chǎn)生CO2或氟碳化合物或碳?xì)浠衔锱欧盼?，從而獲得了重大的環(huán)境效益。惰性陽極組合物的一些實(shí)例可以在全部由轉(zhuǎn)讓給Alcoa Inc.的美國專利說明書No.4,374,761；5,279,715；6,126,799；6,372,119；6,416,649；6,423,204；和6,423,195中找到，并且通過參考并入本文。
盡管陶瓷和金屬陶瓷電極能夠生產(chǎn)具有能接受的低雜質(zhì)含量的鋁，但是它們在電解池啟動過程中，當(dāng)受到大約900℃-1000℃數(shù)量級的溫差時(shí)容易開裂。此外，陽極支撐結(jié)構(gòu)組裝件的陶瓷部件也在電解池啟動過程中因受到熱沖擊和在電解池工作過程中受到腐蝕而容易損壞。在美國專利申請公開文本2001/0035344 A1(D’Astolfo，Jr.等人)的圖3中顯示了鋁熔煉電解池的惰性陽極組裝件的一個(gè)實(shí)例，其中杯形陽極能夠被保護(hù)材料填充并被連接到絕緣蓋或板上。
在陶瓷或陶瓷-金屬電極和金屬導(dǎo)體之間進(jìn)行低電阻電連接一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。該連接必須在很寬的溫度和工作條件范圍內(nèi)保持完整性(低電阻)。使用銅焊、擴(kuò)散結(jié)合和機(jī)械連接的各種嘗試只取得了有限的成功。燒結(jié)螺紋和機(jī)電固定的例子在例如美國專利說明書4,626,333和6,264,810B1(分別地為Secrist等人，和Stol等人)中所顯示。同樣，在組裝和加工溫度范圍的插腳和陶瓷或金屬陶瓷之間的不同的熱生長能夠造成該惰性材料開裂和/或該電連接電阻增加，導(dǎo)致該組裝件不適合繼續(xù)使用。
需要一種插腳插入式惰性材料內(nèi)部連接，該連接是簡單的，不用花費(fèi)大量勞動進(jìn)行組裝，并且提供低電阻連接，其不會隨時(shí)間劣化或?qū)е略撽枠O的開裂。本發(fā)明的一個(gè)主要目的是提供插腳導(dǎo)體(pin conductor)和惰性陽極電極之間的低電阻連接。另一個(gè)目的是降低組裝成本并提供簡單的設(shè)計(jì)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
通過提供燒結(jié)的電極組裝件來滿足上述需求和達(dá)到上述目的，該組裝件包括包含密封金屬導(dǎo)體的惰性電極，該導(dǎo)本具有輔助結(jié)合形成的表面特征，該導(dǎo)體被該惰性電極直接接觸并基本包圍。在本發(fā)明中不需要金屬泡沫或金屬粉末來獲得良好的連接。本發(fā)明還在于燒結(jié)的電極組裝件，其包括惰性電極，其具有帶頂部和內(nèi)部底部和側(cè)壁的空心內(nèi)部；具有底部和側(cè)表面的金屬插腳導(dǎo)體，其被設(shè)置在該空心電極內(nèi)部并且借助于輔助結(jié)合形成的在導(dǎo)體上的表面特征來直接接觸該電極內(nèi)壁。在電極的頂部不需要圍繞該金屬插腳導(dǎo)體的密封。該表面特征可以是織構(gòu)的、化學(xué)的/機(jī)械的(包括機(jī)械的/電學(xué)的)表面特征或內(nèi)部或外部的助熔特征，以及類似物并且該詞組“表面特征”在此處意味著包括上面所有這些。
該惰性電極優(yōu)選地從由陶瓷或金屬陶瓷惰性陽極組成的組中選擇，并且該金屬插腳導(dǎo)體從由鎳、鎳合金、因科內(nèi)爾合金、銅、銅合金或抗蝕鋼組成的組中選擇，優(yōu)選地具有圓形橫截面。該表面特征可以是添加劑/涂層，并且優(yōu)選地為從由鎳、鎳銅合金、銅、銅合金、錫合金、銀或銀合金組成的組中選擇的一層，其通過噴涂、浸涂、油漆涂布或包裹的方法預(yù)先施加到金屬插腳導(dǎo)體上。助熔材料的表面涂層，該助熔材料被預(yù)先涂布或者在燒結(jié)中遷移到導(dǎo)體和陽極之間的界面是可能的。該陽極組裝件可用于電解電池。
本發(fā)明還提供生產(chǎn)電極組裝件的方法，其包括(1)提供惰性陽極電極，其具有帶頂部和內(nèi)部底部和側(cè)壁的空心內(nèi)部；(2)提供金屬插腳導(dǎo)體，其在導(dǎo)體的表面上或內(nèi)部具有表面特征；(3)將所述導(dǎo)體插入到所述惰性陽極中，并且(4)燒結(jié)以獲得化學(xué)/機(jī)械連接，在燒結(jié)過程中，該表面特征輔助結(jié)合。
該優(yōu)選的金屬插腳導(dǎo)體能夠在室溫下被插入。該組裝件隨后被燒結(jié)并且當(dāng)該電極材料在該金屬插腳周圍收縮時(shí)可以形成機(jī)械-電學(xué)連接。
該優(yōu)選的連接設(shè)計(jì)減少了由于不同的熱生長而破裂的電極，提供了穩(wěn)定的導(dǎo)電接頭電阻，其不會隨時(shí)間而劣化，并且只需要在插腳和陶瓷或金屬陶瓷之間的涂層。這允許降低材料和組裝成本以及支持簡化的自動化組裝。


從上述內(nèi)容以及結(jié)合相應(yīng)的附圖閱讀下面的說明可以完全理解本發(fā)明，其中圖1為惰性陽極組裝件的一個(gè)實(shí)施例的橫截面視圖，其顯示了燒結(jié)前的陽極生坯10，金屬插腳導(dǎo)體20，其具有外表面添加劑，優(yōu)選地為在插腳表面上的粘合涂層30，其中插腳插入到電極中。在插腳外徑50和陽極生坯內(nèi)徑40之間具有間隙35；圖2為在燒結(jié)后圖1的致密化惰性陽極組裝件的橫截面視圖，顯示了在導(dǎo)體和燒結(jié)的陽極之間的界面45上的緊密結(jié)合；圖3為惰性陽極組裝件的另一實(shí)施例的橫截面視圖，顯示了燒結(jié)前的陽極生坯60，涂布了粘合劑的金屬插腳導(dǎo)體70被壓入到陽極生坯體60中；圖4為在燒結(jié)后圖3的致密化惰性陽極組裝件的橫截面視圖，顯示了在導(dǎo)體和燒結(jié)的陽極之間的界面45上的緊密結(jié)合；圖5為惰性陽極組裝件的另一實(shí)施例的橫截面視圖，顯示了燒結(jié)前具有頂部腔室85的陽極生坯80，并且優(yōu)選地涂布了粘合劑/助熔劑的金屬插腳導(dǎo)體90被插入到陽極80中；并且圖6為在燒結(jié)后圖5的致密化惰性陽極組裝件的橫截面視圖，其中，該插腳材料100已經(jīng)熔化進(jìn)入腔室85中并且以點(diǎn)120顯示的內(nèi)部遷移的助熔劑材料和/或外部助熔材料輔助在導(dǎo)體和燒結(jié)陽極之間的界面45上建立緊密結(jié)合。
優(yōu)選實(shí)施方式在圖1-6中顯示的金屬插腳導(dǎo)體-惰性陽極連接能夠由至少三種方法制成在圖1-2中所顯示的第一個(gè)實(shí)施例中，通常地，一個(gè)孔在生產(chǎn)過程中通過鑄造或通過對生坯機(jī)械加工而形成在該陶瓷體10上。隨后，特殊設(shè)計(jì)的金屬導(dǎo)體20以計(jì)算的間隙被插入到該孔中。該孔的尺寸使得在燒結(jié)過程中，如圖2中所示，該陶瓷體將圍繞該導(dǎo)體棒收縮，在界面45上提供保護(hù)良好的強(qiáng)連接。圖1-6中所顯示的金屬導(dǎo)體可以構(gòu)造有“表面特征”30，其在該導(dǎo)體上被限定為非光滑表面特征如縱向槽或螺紋中的一個(gè)或其組合，以使陶瓷圍繞該部件具有更好的粘著力；或者如圖1-6中所示的情況，表面特征是形式為噴涂、浸漬涂布或油漆涂布的金屬合金材料，線或帶包裹，施加在導(dǎo)體棒的外側(cè)周圍，或者內(nèi)部或外部的助熔劑材料，在金屬和金屬陶瓷或陶瓷材料之間形成結(jié)合涂層/層以增強(qiáng)電連接。涂層對于所有顯示的附圖均適用。線或帶包裹對于圖3-4是最好的。在燒結(jié)之后的陽螺紋、涂層、線、帶或類似的“表面特征”的總厚度范圍在大約0.1至50密耳(0.00025至0.127厘米)，優(yōu)選地在10至30密耳(0.025至0.076厘米)之間。該材料優(yōu)選地為由銅、鎳、錫、銀、鈀、鉑或其合金組成的金屬，其在適當(dāng)?shù)臏囟认氯刍?，通常在燒結(jié)過程中在1050℃和1450℃之間，以實(shí)現(xiàn)界面的結(jié)合。
在圖3-4中所顯示的第二實(shí)施例中，通常地，帶表面添加劑30的有涂層的金屬導(dǎo)體70在燒結(jié)前被壓入到陶瓷體60內(nèi)。整個(gè)部分隨后如圖4中所顯示的被燒結(jié)在一起。在該情形下，在導(dǎo)體和陶瓷之間沒有間隙并且仍然在界面45上獲得強(qiáng)連接。使用了與在第一實(shí)施例中相似的表面處理。
在圖5-6中所顯示的第三實(shí)施例中，通常地，該陶瓷體以同樣的方法準(zhǔn)備，帶有過大的孔。這時(shí)，具有從大約1050℃至大約1450℃之間的熔點(diǎn)的固體低熔點(diǎn)金屬導(dǎo)體90，如純銅、鎳、或銅-鎳合金，在燒結(jié)之前被插入到該孔中。該導(dǎo)體棒可以在其表面上具有助熔劑的涂層120或者其在該棒內(nèi)并且可以遷移到表面上，有效增強(qiáng)與惰性陽極的陶瓷之間的接觸并以助熔劑120或類似物的形式提供表面添加劑，并且可以降低表面張力并且可以允許一些金屬顯微滲透/穿過進(jìn)入該陶瓷表面小孔中。在圖5-6中，助熔劑型120表面添加劑在該導(dǎo)體表面以點(diǎn)顯示或者重力吸引到該表面上。這也可以通過向?qū)w內(nèi)部提供助熔劑來實(shí)現(xiàn)，該助熔劑熔化時(shí)傾向于從該金屬中排出，從而在陶瓷上形成最初的涂層改善金屬滲透性。有用的助熔劑材料，其是能夠/可以促進(jìn)流動并熔化進(jìn)入該陶瓷中的材料，可包括，例如錫、銀或其它有效的助熔劑。導(dǎo)體棒在燒結(jié)過程中熔化，但是被容納在該孔中，在陶瓷體和導(dǎo)體之間的界面45提供連續(xù)的整合良好的接頭。導(dǎo)體的頂部和陽極頂部的腔室85內(nèi)的金屬池可以被加工為接受擴(kuò)展部分以將電流從電源引到該陽極。在上述實(shí)施例中，希望設(shè)計(jì)金屬導(dǎo)體使用由強(qiáng)度較大的材料制成的外管，例如因科內(nèi)爾合金或鋼以提供結(jié)構(gòu)的完整性和抗氧化性，并用導(dǎo)電性更強(qiáng)的材料如銅填充在其內(nèi)部。在該建議的連接技術(shù)中，在燒結(jié)過程中獲得連接，并且需要很少或不需要后加工處理。該連接還能夠提供電接觸和機(jī)械支承。
為了方便起見，將參考通過電解法生產(chǎn)鋁的電極組裝件，比上面進(jìn)行更具體的說明本發(fā)明。如此處使用的術(shù)語“惰性陽極”指基本無自耗環(huán)含碳的陽極，在金屬生產(chǎn)過程中具有令人滿意的耐腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性。這可以是陶瓷或金屬陶瓷(陶瓷/金屬)材料，兩者在現(xiàn)有技術(shù)中都為已知。在可能圍繞心軸或類似物進(jìn)行等靜壓或其它壓制/成型以形成“生坯”陽極之后，惰性陽極粉末的初始孔隙率降低到40體積％孔隙率(理論密度的60體積％)。在大約1150℃至1500℃，優(yōu)選地1200℃至1400℃之間的燒結(jié)之后，陶瓷粉末致密化至大約1體積％至10體積％孔隙率(理論密度的90體積％至99體積％)。
金屬導(dǎo)體經(jīng)常為具有圓橫截面的插腳/棒設(shè)計(jì)，如圖1中所示。此處，導(dǎo)體棒被制成比燒結(jié)前的生坯陽極上的孔小。該間隙的尺寸經(jīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)使得在燒結(jié)過程中，所述間隙閉合并且陽極材料與金屬導(dǎo)體插腳和表面添加劑30相接觸。在插腳上的添加劑結(jié)合層或包裹在燒結(jié)過程中達(dá)到的溫度下軟化或熔化，使得其變成圖2中所顯示的金屬導(dǎo)體和陽極之間在界面45處的粘合劑。惰性陽極和金屬插腳導(dǎo)體之間的間隙35被選擇以在燒結(jié)之后提供完全干涉配合。因?yàn)樵跓Y(jié)溫度下陽極材料的柔性和延性，所以該陽極材料不會受從該金屬插腳所施加的應(yīng)力而開裂。惰性陽極和金屬導(dǎo)體插腳之間的間隙35可以在從幾乎為零到30毫米的范圍內(nèi)。一旦在最高燒結(jié)溫度大約1200℃至1500℃之間某個(gè)溫度下獲得連接，在冷卻過程中金屬插腳和陽極收縮在一起以提供縮小的高度致密化的陽極，如圖2，還有圖4和6中所示。在所有情況下，選擇比該燒結(jié)的陽極材料具有更高熱膨脹系數(shù)(CTE)的金屬插腳材料，大約高2％到50％。非常普遍地，惰性陽極材料的通常的膨脹系數(shù)為從8到30×10-6每攝氏度(℃)。這樣，非常重要地，在冷卻過程中該陽極材料上不承受應(yīng)力。在冷卻中可能在插腳和陽極之間發(fā)生一些較小的脫離，但是已經(jīng)顯示這不會影響連接的質(zhì)量。該脫離在熱膨脹系數(shù)差超過50％時(shí)可能成為一個(gè)問題。無論如何，在處于高溫下的電解池中的陽極的工作過程中，該間隙重新基本上閉合。
在圖3-4所示的第二實(shí)施例中，帶表面添加劑30的金屬導(dǎo)體插腳70在燒結(jié)前被直接加壓壓入生坯陽極60中。在該情形下，在插腳和陽極之間沒有間隙。陽極材料的柔度和延性隨著它燒結(jié)而在收縮過程中完全吸收與插腳干涉的能量，使得陽極不會開裂。
在圖5-6所示的第三實(shí)施例中，金屬插腳材料90被選擇成具有的熔化溫度低于陽極80的最終燒結(jié)溫度。在該情形中，在燒結(jié)過程中根本沒有應(yīng)力作用在陽極上。陽極中初始孔的尺寸被設(shè)計(jì)為在收縮完成之后，所提供的金屬完全填滿包括頂部腔室85在內(nèi)的腔室。該金屬的頂表面可以被加工成光滑表面110以便連接所希望長度的擴(kuò)展件。如先前所提到的，助熔劑材料120從該金屬的內(nèi)部或者作為該插腳90的表面上的初始涂層以在界面45上提供表面添加劑。
實(shí)例1使用空心惰性陽極、包含因科內(nèi)爾合金600的金屬導(dǎo)體以及由銅-鎳合金制成的導(dǎo)體上的涂層來制備電極組裝件。陽極由粉末等靜壓形成，具有直徑為0.813英寸(2.06厘米)的中空開口。陽極在壓制之后的孔隙率為大約40體積％。插腳直徑為0.75英寸(1.9厘米)并且該表面添加劑涂層以火焰噴涂的方法被涂成厚度為0.030英寸(0.076厘米)圍繞在插腳周圍。涂層成分為重量比67.8％的銅，重量比30.6％的鎳以及作量鐵、錳、鈦和其它雜質(zhì)。在氬氣環(huán)境中，陽極在1250℃下被燒結(jié)直到獲得真密度，大約1％到5％體積比的孔隙率。共同的收縮允許被燒結(jié)的陽極材料與插腳和涂層相接觸并在界面上形成連續(xù)的密合(coherent)電接觸。該結(jié)合足夠牢固可以作為機(jī)械支承。最終的陽極尺寸為6英寸(15.24厘米)長且直徑為3英寸(7.62厘米)，帶有半球形底面。
一組12個(gè)這樣的陽極被放置在由中心距4.2英寸(10.6厘米)的方陣列組成的組裝件中。該陽極被設(shè)置在帶有石墨坩鍋以及氧化鋁內(nèi)壁襯里的外部加熱的電解池內(nèi)。電解液和鋁金屬作為固體材料被預(yù)先加入，并且陽極組裝件被安裝在電解液上方。電解池和陽極被同時(shí)預(yù)加熱到大約為960℃的工作溫度。一旦該電解液和金屬熔化，陽極以沉浸深度為3.25英寸(8.2厘米)降低進(jìn)入到電解液中，并且施加直流電流?？偣彩┘哟蠹s1086安培，或者90.5安培每陽極的電流。該電解池被持續(xù)地供應(yīng)氧化鋁以保持氧化鋁濃度大約為6％。該電解池在穩(wěn)定條件下工作334小時(shí)。平均電解池電壓為4.77伏特，并且在整個(gè)試驗(yàn)中穩(wěn)定緩慢地降低，范圍從5.3到4.5伏特。試驗(yàn)之后，陽極和電解池被緩慢冷卻。隨后的檢查顯示它們都狀態(tài)良好無開裂和具有最小程度的磨損。
實(shí)例2一系列24個(gè)陽極被制造并在統(tǒng)計(jì)學(xué)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)矩陣中被測試。使用空心惰性陽極、金屬導(dǎo)體和該導(dǎo)體上的添加劑涂層來制備各電極組裝件。導(dǎo)體包括銅-鎳合金。該陽極由粉末等靜壓而成，具有不同直徑的中空開口。該涂層成分為重量比67.8％的銅，重量比30.6％的鎳以及余量鐵、錳、鈦和其它雜質(zhì)。在氬氣環(huán)境中，陽極在1250℃下被燒結(jié)直到獲得真密度，大約1％到5％體積比的孔隙率。共同收縮允許被燒結(jié)的陽極材料與插腳和涂層相接觸并在它們的界面上形成連續(xù)的密合電接觸。該結(jié)合足夠牢固可以作為機(jī)械支承。最終的陽極尺寸為6英寸(15.24厘米)長且直徑為3英寸(7.62厘米)，帶有半球形底面。
該陽極由粉末等靜壓而成，具有中空開口。不同之處包括插腳和生坯陽極之間的間隙、插腳材料、插腳直徑以及涂層厚度。制造三種級別的間隙，使得最終計(jì)算的徑向干涉為10、20和30密耳(分別地為0.025、0.050和0.15厘米)。插腳材料在因科內(nèi)爾合金600和鎳之間變化。插腳直徑在0.75和1.5英寸(分別地為1.9和3.8厘米)之間變化。涂層是通過火焰噴涂方法噴涂的銅-鎳合金，并且在5和30密耳(分別地為0.013和0.15厘米)之間變化。
每個(gè)電極組裝件均在電解條件下進(jìn)行測試以確定所得電阻。各電極組裝件被逐個(gè)測試。每個(gè)電極組裝件均被設(shè)置在帶有石墨坩鍋以及氧化鋁內(nèi)壁襯里的外部加熱的電解池內(nèi)。電解液和鋁金屬作為固體材料被預(yù)先加入，并且陽極組裝件被安裝在該電解液上方。電解池和陽極被同時(shí)預(yù)加熱到大約為960℃的工作溫度。一旦電解液和金屬被熔化，陽極下降進(jìn)入電解液中并且施加直流電流。電流從0到120安培變化以便能夠計(jì)算電阻，如下表1中所示。

數(shù)據(jù)顯示在因科內(nèi)爾合金600和鎳插腳材料之間差別很小。類似地，插腳直徑在0.75和1.5英寸(分別地為1.9和3.8厘米)之間變化也幾乎沒有效果。添加劑涂層厚度也能在5到30密耳(分別地為0.013和0.15厘米)之間變化而在幾乎所有的試驗(yàn)里都沒有有害的效果除了在具有因科內(nèi)爾合金、高干涉和厚添加劑涂層的試驗(yàn)21中不同。然而，與10到20密耳(0.025到0.05厘米)相比，當(dāng)計(jì)算出的徑向干涉為20到30密耳(0.05厘米到0.15厘米)時(shí)，電解池電阻稍微有所降低。
已經(jīng)描述了當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例，應(yīng)該理解本發(fā)明在附后的權(quán)利要求范圍內(nèi)可以有其他的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)的電極組裝件，包括含有密封金屬導(dǎo)體的惰性電極，該導(dǎo)體具有輔助結(jié)合形成的表面特征，其中導(dǎo)體與惰性電極直接接觸并被其基本包圍。
2.如權(quán)利要求1所述的電極組裝件，其中該惰性陽極是從由含有惰性陽極的陶瓷、金屬陶瓷和金屬組成的組中選出的。
3.如權(quán)利要求1所述的電極組裝件，其中該金屬導(dǎo)體是從由鎳、鎳合金、因科內(nèi)爾合金、銅、銅合金以及抗蝕鋼組成的組中選出的。
4.如權(quán)利要求1所述的電極組裝件，其中該金屬導(dǎo)體具有圓形橫截面并且該導(dǎo)體的膨脹系數(shù)比該惰性陽極的膨脹系數(shù)高大約2％到50％。
5.如權(quán)利要求1所述的電極組裝件，其中該表面特征為化學(xué)/機(jī)械材料，其包括從由鎳、鎳-銅合金、銅、銅合金、錫合金、銀及銀合金組成的組中選出的合金，其作為涂層或包裹被預(yù)先施加到金屬導(dǎo)體并且在大約1050℃和大約1450℃之間熔化。
6.如權(quán)利要求1所述的電極組裝件，其中該表面特征為化學(xué)/機(jī)械材料，其基本上由助熔劑材料層組成，其被預(yù)先施加到或者在燒結(jié)過程中上升到該導(dǎo)體的接觸表面上。
7.如權(quán)利要求1所述的電極組裝件，其中該表面特征為非光滑表面。
8.一種燒結(jié)的電極組裝件，包括具有帶頂部、內(nèi)底部及側(cè)壁的空心內(nèi)部的惰性電極；具有底部和側(cè)表面的金屬插腳導(dǎo)體，其被設(shè)置在該空心電極內(nèi)部并且在位于導(dǎo)體用于輔助結(jié)合形成的表面特征的幫助下與該電極內(nèi)壁直接接觸。
9.如權(quán)利要求8所述的電極組裝件，其中該惰性陽極是從由含有惰性陽極的陶瓷、金屬陶瓷和金屬組成的組中選出的。
10.如權(quán)利要求8所述的電極組裝件，其中該金屬導(dǎo)體是從由鎳、鎳合金、因科內(nèi)爾合金、銅、銅合金以及抗蝕鋼組成的組中選出的。
11.如權(quán)利要求8所述的電極組裝件，其中該金屬導(dǎo)體具有圓形橫截面。
12.如權(quán)利要求8所述的電極組裝件，其中該表面特征為化學(xué)/機(jī)械材料，其包括從由鎳、鎳-銅合金、銅、銅合金、錫合金、銀及銀合金組成的組中選出的合金，其作為涂層或包裹被預(yù)先施加到金屬導(dǎo)體并且在大約1050℃和大約1450℃之間熔化。
13.如權(quán)利要求8所述的電極組裝件，其中該表面特征為化學(xué)/機(jī)械材料，其基本上由助熔劑材料層組成，其被預(yù)先施加到或者在燒結(jié)過程中上升到該導(dǎo)體的接觸表面上。
14.如權(quán)利要求8所述的電極組裝件，其中該表面特征為非光滑表面。
15.如權(quán)利要求8所述的電極組裝件，其中當(dāng)該惰性電極材料在所述導(dǎo)體周圍收縮時(shí)，機(jī)械-電子結(jié)合作為該導(dǎo)體與惰性電極的界面而形成。
16.如權(quán)利要求8所述的電極組裝件，其中該導(dǎo)體的膨脹系數(shù)比該惰性電極的膨脹系數(shù)高大約2％到50％。
17.一種制造電極組裝件的方法，包括(1)提供惰性陽極電極，其具有帶頂部、內(nèi)底部及側(cè)壁的空心內(nèi)部；(2)提供金屬插腳導(dǎo)體，其具有在所述導(dǎo)體的表面上或內(nèi)部的表面特征；(3)將所述導(dǎo)體插入到所述惰性電極中，并且(4)燒結(jié)以獲得化學(xué)/機(jī)械連接，在燒結(jié)過程中該表面特征輔助結(jié)合。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該表面特征是從由鎳、鎳-銅合金、銅、銅合金、錫合金、銀及銀合金組成的組中選出的，其作為涂層或包裹被預(yù)先施加到該金屬導(dǎo)體。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該表面特征為助熔劑材料層，其被預(yù)先施加到或在燒結(jié)過程中遷移到該導(dǎo)體的接觸表面上。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該表面特征為非光滑表面。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，在步驟(3)中，該導(dǎo)體與電極之間存在間隙。
22.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，在步驟(3)中，在該導(dǎo)體和電極之間存在緊密壓縮配合。
23.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該導(dǎo)體在其主體或其表面上包含助熔劑材料，并且具有低于燒結(jié)溫度的熔化溫度，并且在步驟(4)過程中熔化使得該助熔劑材料促進(jìn)金屬流動以及該金屬熔合到該惰性陽極材料。
全文摘要
燒結(jié)的電極組裝件由含有密封金屬導(dǎo)體(20)的惰性電極(15)制成，該導(dǎo)體具有表面特征(30)如涂層或包裹，其輔助該導(dǎo)體與惰性電極(15)在它們的界面(45)上的結(jié)合的形成，在該界面上，該金屬導(dǎo)體(20)與該惰性電極(15)直接接觸并被其基本包圍而不需要使用金屬泡沫或金屬粉末。
文檔編號C25B7/00GK1795073SQ200480008702
公開日2006年6月28日 申請日期2004年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月2日
發(fā)明者L·E·小達(dá)斯托爾福 申請人:阿爾科公司