Способ изготовления порошковых материалов для электродов химических источников тока
Владельцы патента RU 2351436:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)", ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) (RU)
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению порошковых материалов для электродов химических источников тока. Шихту, содержащую порошки никеля и железа, связующее и 18-36 мас.% порообразователя, готовят путем механохимической активации в шаровой планетарной мельнице в течение 0,4-1,6 ч. После чего формируют заготовку, спекают, удаляют порообразователь отмывкой в горячей воде и проводят дополнительное спекание. Способ позволяет получить материал с высокой пористостью и равномерным распределением пор по объему. 1 табл.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способу изготовления порошкового материала для электрода химического источника тока.
Известен способ изготовления порошковых материалов для водородных элементов с двухскелетными электродами с катализатором на основе никеля (Юсти Э., Винзель А. Топливные элементы. - М.: Мир, 1964. - 480 с.) с добавками железа (до 50 мас.%) путем приготовления сплава Ренея, измельчения его, рассева и сортировки порошка, смешивания порошка сплава Ренея с порошком железа и карбонильного никеля, горячего прессования, позволяющего предотвратить саморазрушения материала и спекания.
Данный способ характеризуется сложностью технологии по сравнению с традиционным способом смешивания - прессования - спекания ввиду необходимости дополнительных операций - приготовления сплава Ренея, последующего его измельчения и горячего прессования.
Наиболее близким техническим решением является способ изготовления пористой основы порошкового материала для водородного электрода химического источника тока (Патент 2127475 РФ. Способ изготовления рельефной пористой основы водородного электрода химического источника тока / В.В.Галкин, В.П.Кулыга, С.Д.Лихоносов и т.д. // Открытое акционерное общество "Сатурн". - 1999. - №6.). Способ включает подготовку шихты - отжиг в лабораторной печи (430°С, 20 мин) и размол порошка никеля в шаровой барабанной мельнице с последующим смешиванием его с порообразователем (NaCl) 18 мас.% и связующим (ПВС-поливиниловый спирт) в среде этилового спирта при частоте вращения барабана ν=8 мин-1 в течение 1 ч, формование, спекание (600°С, 1 ч), удаление порообразователя отмывкой в горячей воде, нанесение рельефа на поверхность и дополнительное спекание (820-830°С, 1 ч).
Однако известный способ характеризуется сочетанием неоднородности пористой структуры ввиду операции смешивания и относительно невысокой пористости основы 55% за счет использования малого количества порообразователя.
Решаемая задача - повышение эффективности технологии получения порошковых материалов для электродов химических источников тока с развитой поверхностью за счет повышения пористости до 57-68% и равномерного распределения пор по всему объему материала.
Задача решается путем подготовки шихты, содержащей порошок никеля, порообразователь и связующее, формования, спекания, удаления порообразователя отмывкой в горячей воде и дополнительного спекания, причем шихта содержит 18-36 мас.% порообразователя и дополнительно - порошок железа, а подготовку шихты проводят механохимической активацией в шаровой планетарной мельнице в течение 0,4-1,6 ч.
Пример 1. Изготовление порошкового материала производят по следующей технологии: подготовка шихты механохимической активацией в шаровой планетарной мельнице "САНД-1” (частота вращения ротора ν=290 мин-1) в течение
(τМХА) 0,4 ч при соотношении S=Mш:mш=10:1 мас., размалывающих шаров Мш (dш=10 мм) и шихты mш, в качестве исходных материалов используют порошки ПЖВ 3.160.26 25 мас.%, ПНК-1Л5 15 мас.%, поваренную соль с содержанием NaCl 99,9% 29% от массы шихты, ПВС 3% от массы шихты и 95%-ный раствор этилового спирта 10% от массы шихты; засыпка порошковой смеси в пресс-форму (5 г) и ее прессование (рхп=300 МПа); спекание формовки в среде диссоциированного аммиака (τ=1 ч) при температуре (T) 600°С; удаление порообразователя отмывкой в горячей воде (T=100°С, τ=1 ч); дополнительное спекание заготовки (T=820-830°С; τ=1 ч). Порошковый материал после дополнительного спекания имел остаточную пористость 65-70%.
Пример 2. Технология изготовления порошкового материала проводится в соответствии с примером 1, за исключением того, что при приготовлении шихты концентрация порообразователя снижается до 18%, а подготовку шихты проводят в течение τМХА=1,6 ч. Порошковый материал после дополнительного спекания имел остаточную пористость 55-57%.
Пример 3. Порошковый материал изготавливают по примеру 1, однако количество железного порошка, вводимого в шихту, составляло 10 мас.%, а порообразователя 36 мас.% обработку шихты проводят в течение τМХА=1 ч. Порошковый материал после дополнительного спекания имел остаточную пористость 64-67%.
Использование предложенного способа обеспечивает получение качественных (без трещин, расслоений, разрушений и т.д.) порошковых материалов для электродов химических источников тока с развитой поверхностью позволяет повысить эффективность технологии их получения при оптимальном использовании порообразователя и достижении пористости 57-68%.
| № примера | Время обработки шихты, ч | Содержание ПЖВ 3.160.26, мас.% | Содержание порообразователя, мас.% | Пористость, % |
| 1 | 0,4 | 25 | 29 | 65-70 |
| 2 | 1,6 | 18 | 55-57 | |
| 3 | 1 | 10 | 36 | 64-67 |
Способ изготовления порошковых материалов для электродов химических источников тока, включающий подготовку шихты, содержащей порошок никеля, порообразователь и связующее, формование, спекание, удаление порообарзователя отмывкой в горячей воде и дополнительное спекание, отличающийся тем, что шихта содержит 18-36 мас.% порообразователя и дополнительно порошок железа, а подготовку шихты проводят механохимической активацией в шаровой планетарной мельнице в течение 0,4-1,6 ч.
