CN108151537B - 一种多层复合电极及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多层复合电极及制造方法，其中，多层复合电极包括：电极基体；所述电极基体包括炉体内段，所述炉体内段为圆柱形中空结构，所述炉体内段的侧壁呈微孔结构，在所述炉体内段的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属用于对所述炉体内段起到保护作用。本发明提供的一种多层复合电极及制造方法，通过在电极基体的炉体内段的侧壁设置微孔结构，可让耐腐蚀性金属与基体的结合更加紧密可靠；通过在炉体内段的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属，可使金属和炉体内段均匀结合起来；通过炉体内段和金属的结合，可形成致密界面层，从而可对基体起到封闭保护的作用，大大提高电极的耐腐蚀性。

Description

一种多层复合电极及制造方法

技术领域

本发明涉及真空炉电极技术领域，更具体地，涉及一种多层复合电极及制造方法。

背景技术

在真空炉中，电极用于将三相低压电源引入真空炉内部，在炉体内部，电极与高温的发热体直接连接，起着导电和承载发热元件重量的功能，是真空炉的核心部件之一。

由于电极连接炉内和炉外，需穿过金属炉体和保温层。首先，在真空气体稀薄的环境下，容易引起打弧短路，所以通常在其穿过的路径上常采取绝缘措施。其次炉体内的污染物会降低绝缘部件的绝缘性能，导致打弧短路。

随着科技发展和航空航天业对真空炉的需求，气相沉积炉和高纯石墨提纯炉使用越来越多。其中由于沉积炉的特殊性，会在绝缘部件上沉积可导电的碳，导致其绝缘性能下降，产生打弧失效。而高纯石墨提纯炉需通入氯气等高腐蚀性气体，而且其工艺过程又产生HCl、HF等强腐蚀性气体，对电极有着强烈的腐蚀作用。电极一旦穿孔漏水进入炉膛高温区会造成严重事故。此外，腐蚀产生的金属化合物持续污染炉膛，造成目前真空炉广泛使用的电极及其绝缘瓷件寿命短，维护间隔缩短，导致停炉时间增长，设备利用率低，抬高了社会成本，也影响了科研进度。

现有真空炉中的电极大多存在易腐蚀的问题。

发明内容

本发明提供一种克服现有真空炉中的电极大多存在易腐蚀的问题或者至少部分地解决上述问题的一种多层复合电极及制造方法。

根据本发明的第一方面，提供一种多层复合电极，该电极包括：电极基体；所述电极基体包括炉体内段，所述炉体内段为圆柱形中空结构，所述炉体内段的侧壁呈微孔结构，在所述炉体内段的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属用于对所述炉体内段起到保护作用。

在上述方案的基础上，在所述炉体内段的外表面设置陶瓷涂层。

在上述方案的基础上，所述电极基体还包括：炉体外段和螺纹段；所述炉体外段和所述螺纹段分别与所述炉体内段的两端相连，所述螺纹段的外表面设置螺纹。

在上述方案的基础上，所述炉体外段的侧壁呈微孔结构；在所述炉体外段的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属用于对所述炉体外段起到保护作用；在所述炉体外段的外表面设置陶瓷涂层。

在上述方案的基础上，所述螺纹段的侧壁呈微孔结构；在所述螺纹段的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属用于对所述螺纹段起到保护作用。

在上述方案的基础上，所述电极基体的材质包括：紫铜。

在上述方案的基础上，所述耐腐蚀性金属包括：镍或锌。

根据本发明的第二方面，提供一种多层复合电极制造方法，该方法包括：在电极基体的侧壁设置微孔结构；在所述电极基体的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属，用于对所述电极基体起到保护作用；在所述电极基体的外表面设置陶瓷涂层。

在上述方案的基础上，所述在电极基体的侧壁设置微孔结构具体包括：将所述电极基体的原材料与易挥发性有机物均匀混合后制成预制电极基体；对所述预制电极基体进行加热，所述易挥发性有机物从所述预制电极基体中挥发，获得所述电极基体。

在上述方案的基础上，所述在所述电极基体的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属具体包括：在高压环境下，将耐腐蚀性金属以蒸汽形式渗入所述电极基体侧壁的微孔中，使所述电极基体和金属形成密闭复合整体。

本发明提供的一种多层复合电极及制造方法，通过在电极基体的炉体内段的侧壁设置微孔结构，可让耐腐蚀性金属与基体的结合更加紧密可靠；通过在炉体内段的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属，可使金属和炉体内段均匀结合起来；通过炉体内段和金属的结合，可形成致密界面层，从而可对基体起到封闭保护的作用，大大提高电极的耐腐蚀性。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种多层复合电极的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的一种多层复合电极的剖面示意图；

图3为根据本发明实施例的一种多层复合电极的结构示意图。

附图标记说明：

1—炉体外段； 2—炉体内段； 3—螺纹段。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例根据本发明提供一种多层复合电极，参考图1，该电极包括：电极基体；参考图2和图3，所述电极基体包括炉体内段2，所述炉体内段2为圆柱形中空结构，所述炉体内段2的侧壁呈微孔结构，在所述炉体内段2的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属用于对所述炉体内段2起到保护作用。

本实施例提供的一种多层复合电极，具有较好的耐腐蚀、抗污染的特性，主要适用于真空炉中。

参考图3，该电极的电极基体主要包括炉体内段2。在该电极用于真空炉中时，炉体内段2是位于真空炉炉膛内部的部分，炉体内段2为电极的关键部位，对该部位的性能要求较高。对于一般的电极，炉体内段2呈圆柱形中空结构。

将耐腐蚀性金属与电极基体的炉体内段2结合在一起是为了提高炉体内段2的耐腐蚀性。与现有将电极基体与金属结合在一起的方法不同，本电极先对电极基体的炉体内段2进行处理，在炉体内段2的侧壁形成微孔结构。

微孔结构就是在炉体内段2的侧壁中分布着无数个微孔，炉体内段2的侧壁是充满着微孔，微孔在炉体内段2的整个侧壁中均匀分布。炉体内段2的侧壁本身的内部和表面均分布有微孔结构。

然后在所述炉体内段2的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属。具体可为：对具有微孔结构的炉体内段2进行金属渗透处理。金属渗透处理就是将金属以蒸汽的形式，即在特定环境下生成金属蒸汽，然后在该环境下，将金属蒸汽均匀渗入炉体内段2侧壁上的无数个微孔中。

金属蒸汽将充满炉体内段2侧壁上的微孔，与炉体内段2形成结合紧密的整体，即第一复合整体。第一复合整体的侧壁上无孔。电极基体在炉体内段2和金属形成了既耐腐蚀又结合紧密的致密界面层，可以起到封闭保护基体的作用。

金属以蒸汽形式进行渗透处理，可使金属在炉体内段2的侧壁分布更加均匀，金属和电极基体的结合更加紧密。

通过设置微孔结构，金属是填充每个微孔，金属在炉体内段2的侧壁中是均匀分布，可使基体的炉体内段2与金属更好的结合为一体，且基体和金属均匀紧密结合起来形成致密界面层，从而可对基体起到封闭保护的作用，大大提高电极的耐腐蚀性。

本实施例提供的一种多层复合电极，通过在电极基体的炉体内段2的侧壁设置微孔结构，可让耐腐蚀性金属与基体的结合更加紧密可靠；通过在炉体内段2的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属，可使金属和炉体内段2均匀结合起来；通过炉体内段2和金属的结合，可形成致密界面层，从而可对基体起到封闭保护的作用，大大提高电极的耐腐蚀性。

在上述实施例的基础上，进一步地，在所述炉体内段2的外表面设置陶瓷涂层。

本实施例基于上述实施例，对电极的结构进行了进一步的说明。电极基体的炉体内段2通过与金属蒸汽的结合形成了第一复合整体。进一步地，在填充了金属的炉体内段2即第一复合整体的外表面设置陶瓷涂层。

在基体和金属所形成的第一复合整体的外表面设置陶瓷涂层。由于陶瓷本身就具有优异的绝缘性能，且其抗污染能力强，抗起弧能力强，使用寿命长。陶瓷较适合用于真空炉电极的绝缘部件。

通过在炉体内段2的侧壁设置微孔结构，先在微孔中填充耐腐蚀性金属，然后在炉体内段2的外表面设置陶瓷涂层，陶瓷涂层也可部分渗入炉体内段2侧壁表面的微孔中，这样，通过微孔结构可使炉体内段2、金属和陶瓷涂层结合的更加紧密。

通过在炉体内段2的侧壁设置微孔结构，使炉体内段2、金属以及陶瓷之间存在一定的可伸缩膨胀的间隙，这样，炉体内段2、金属以及陶瓷不会因为热膨胀系数不同而破坏热应力，可提高电极的结构稳定性。

通过在炉体内段2的侧壁设置微孔结构，可避免基体、金属以及陶瓷因热膨胀系数不同而导致的热应力破坏；由于陶瓷的熔点远高于电极基体，复合陶瓷电极的使用温度大大提高；另外，通过在复合整体的外表面设置陶瓷涂层，可使电极的外表面具有优异的绝缘性能，且可提高电极的抗污染能力、抗起弧能力，提高电极的使用寿命，且陶瓷能很好地适应高温腐蚀性环境。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图3，所述电极基体还包括：炉体外段1和螺纹段3；所述炉体外段1和所述螺纹段3分别与所述炉体内段2的两端相连，所述螺纹段3的外表面设置螺纹。

本实施例基于上述实施例，对电极基体的结构进行了进一步的说明。本实施例所提供的一种多层复合电极主要用于真空炉中。对于真空炉电极，一端位于炉体的外侧，另一端位于炉体的内侧，且另一端穿过整个炉体后与石墨电极固连。

根据此，将本实施例提供的一种多层复合电极的电极基体划分为三段。分别为：炉体外段1、炉体内段2和螺纹段3。炉体外段1、炉体内段2和螺纹段3沿电极基体的轴向方向依次相接。炉体外段1和螺纹段3分别位于电极基体的两端，炉体内段2位于炉体外段1和螺纹段3之间、位于电极基体的中间部位。

炉体外段1即位于炉体外部的一端。炉体内段2是位于炉体内部、穿过整个炉膛的部位。螺纹段3是与石墨电极相连的一端。螺纹段3的外表面设置螺纹，该段伸入石墨电极的内部，且通过螺纹与石墨电极固连。

炉体内段2是位于炉体内部，主要与高温发热体直接接触，容易被污染以及腐蚀的主要部位。

因为电极基体的炉体内段2是主要被污染且被腐蚀的部位。炉体内段2暴露在高温和腐蚀性气氛中，产生打弧失效也发生在炉体内段2，故炉体内段2是整个水冷电极的关键部位。

而炉体外段1因为处于炉体的外部，使用环境相对较好，一般的电极结构即可满足长期稳定的使用。螺纹段3与石墨电极相连，旋入到石墨电极里边之后，也不与恶劣的环境接触，螺纹段3所处的环境相对较为密封和安全。

因此，可针对性的对电极基体的不同部位进行不同的处理。可只对炉体内段2进行微孔结构处理，这样，既能使电极满足使用要求，同时又能减少没必要的劳动量，节约成本。

同样，可只对炉体内段2的侧壁中填充耐腐蚀性金属，从而只在炉体内段2和金属形成第一复合整体。

同样，可只在炉体内段2的外表面设置陶瓷涂层，陶瓷涂层在炉体内段2的外表面起到绝缘以及抗污染的作用。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述炉体外段1的侧壁呈微孔结构；在所述炉体外段1的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属用于对所述炉体外段1起到保护作用；在所述炉体外段1的外表面设置陶瓷涂层。

在电极基体的炉体外段1也可分别进行微孔结构处理、金属渗透处理以及设置陶瓷涂层，以提高炉体外段1的结构稳定性和耐腐蚀性。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述螺纹段3的侧壁呈微孔结构；在所述螺纹段3的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属用于对所述螺纹段3起到保护作用。

在电极基体的螺纹段3也可进行微孔结构处理和金属渗透处理，以提高螺纹段3的耐腐蚀性。因为螺纹段3需要与石墨电极相连，起到导电的作用，因此在螺纹段3不用设置陶瓷涂层。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述电机基体的材质包括：紫铜。

本实施例基于上述实施例，对电极基体的材质进行了说明。该电极采用紫铜作为基体材质，紫铜具有优良的导热性﹑延展性和耐蚀性。通过采用紫铜基体，使电极具有良好的导热性，延展性以及可提高电极的耐腐蚀性。

进一步地，电极基体的材质也可为其他，以能提高电极的耐腐蚀性以及适合用作电极基体为目的，对此不作限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述耐腐蚀性金属包括：镍或锌。

本实施例基于上述实施例，对所采用的耐腐蚀性金属的材质进行了说明。镍和锌具有良好的可塑性及耐腐蚀性。可作为填充金属填充在电极基体侧壁的微孔中，用于对电极基体起到保护作用以及提高电极基体的耐腐蚀性。

所采用的耐腐蚀性金属也可为其他，以具有较好的耐腐蚀性为目的，对此不作限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例根据本发明提供一种多层复合电极制造方法，该方法包括：在电极基体的侧壁设置微孔结构；在所述电极基体的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属，用于对所述电极基体起到保护作用；在所述电极基体的外表面设置陶瓷涂层。

本实施例基于上述实施例，提供一种多层复合电极的制造方法。

首先在电极基体的侧壁设置微孔结构。使电极基体的侧壁充满均匀分布的微孔。然后在电极基体侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属，使电极基体和金属结合为致密界面层，对电极基体起到保护作用以及提高电极基体的耐腐蚀性。最后在填充了金属的电极基体的外表面设置陶瓷涂层，从而获得上述实施例中所提供的多层复合电极。

本实施例提供的一种多层复合电极制造方法，通过在电极基体的侧壁设置微孔结构，可让金属与基体以及陶瓷结合紧密可靠，同时又可避免基体、金属以及陶瓷因热膨胀系数不同而导致的热应力破坏，此外由于陶瓷的熔点远高于铜，复合陶瓷电极的使用温度大大提高；通过在复合整体的外表面设置陶瓷涂层，可使电极的外表面具有优异的绝缘性能，且提高电极的抗污染能力、抗起弧能力，提高电极的使用寿命，且陶瓷能很好地适应高温腐蚀性环境。

在上述实施例的基础上，进一步地，在所述电极基体的侧壁设置微孔结构的过程包括：将所述电极基体的原材料与易挥发性有机物均匀混合后制成预制电极基体；对所述预制电极基体进行加热，所述易挥发性有机物从所述预制电极基体中挥发，获得所述电极基体。

本实施例基于上述实施例，对电极基体侧壁微孔结构的设置方法进行了说明。微孔结构的设置过程如下：在电极基体的制造前，将电极基体的原材料与易挥发性有机物均匀混合。电极基体的原材料和易挥发性有机物均为固体粉末状。

均为固体粉末状的电极基体的原材料和易挥发性有机物可较好较均匀的混合在一起。之后将混合物一起进行烧制或其他工艺，制成预制电极基体。此处获得的预制电极基体是由本来所需的电极基体的原材料和易挥发性有机物的混合物，直接制成的预制电极基体的表面是没有孔结构的。

易挥发性有机物是指相对电极基体所需的原材料，更易挥发、比较不耐热的物质。一般来说，电极基体的原材料为金属，而对于金属，一般的有机物均较容易挥发。

获得预制电极基体之后，对其进行加热处理，在高温环境下，预制电极基体中的易挥发性有机物较容易受热挥发。在易挥发性有机物从预制电极基体中全部挥发之后，便可获得表面均匀分布了无数个微孔的电极基体。

具有微孔结构的电极基体的表面上的微孔的大小与最初所采用的易挥发性有机物的固体粉末的颗粒大小相近。

该微孔结构的设置加工方法，巧妙地利用了电极基体的原材料与易挥发性有机物的挥发难易程度的不同，从而可以获得表面均匀分布无数个微孔的电极基体，该方法操作简单，成本较低，成功率较高，且获得的电极基体表面的微孔分布致密且均匀，是其他方法不容易实现的。

因为该方法获得的电极基体表面微孔的致密且均匀，从而能使电极基体与其他金属更好的结合在一起，形成耐腐蚀的致密界面层，从而提高电极的性能和耐腐蚀性。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述在所述电极基体的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属具体包括：在高压环境下，将耐腐蚀性金属以蒸汽形式渗入所述电极基体侧壁的微孔中，使所述电极基体和金属形成密闭复合整体。

本实施例基于上述实施例，对耐腐蚀性金属在电极基体侧壁微孔中的填充进行了说明。可对电极基体进行金属渗透处理，即将金属以蒸汽形式渗入电极基体表面微孔中。

金属渗透处理需要在高压环境下进行，在高压环境下，可较好地使金属蒸汽渗入电极基体表面的微孔中，可加速该过程的进行。金属以蒸汽形式进行渗透处理，可使金属在电极基体的表面分布更加均匀，金属和电极基体的结合更加紧密。

进一步地，所述耐腐蚀性金属包括：镍或锌。

本实施例基于上述实施例，对所采用的金属进行了说明。电极基体的材质可选用紫铜，紫铜具有优良的导热性﹑延展性和耐蚀性。镍或锌具有良好的可塑性及耐腐蚀性。采用紫铜基体以及镍或锌均可提高电极的耐腐蚀性。将镍或锌与紫铜基体结合在一起可进一步提高电极基体的耐腐蚀性。

进一步地，电极基体的材质也可为其他，以性能优良、适合用于电极且具有较好的耐腐蚀性为目的。与电机基体结合形成一体的金属也可为其他，以能提高电极整体耐腐蚀性和结构稳定性为目的。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多层复合电极，其特征在于，包括：电极基体；所述电极基体包括炉体内段，所述炉体内段为圆柱形中空结构，所述炉体内段的侧壁呈微孔结构，在所述炉体内段的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属用于对所述炉体内段起到保护作用。

2.根据权利要求1所述的多层复合电极，其特征在于，在所述炉体内段的外表面设置陶瓷涂层。

3.根据权利要求1或2所述的多层复合电极，其特征在于，所述电极基体还包括：炉体外段和螺纹段；所述炉体外段和所述螺纹段分别与所述炉体内段的两端相连，所述螺纹段的外表面设置螺纹。

4.根据权利要求3所述的多层复合电极，其特征在于，所述炉体外段的侧壁呈微孔结构；在所述炉体外段的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属用于对所述炉体外段起到保护作用；在所述炉体外段的外表面设置陶瓷涂层。

5.根据权利要求3所述的多层复合电极，其特征在于，所述螺纹段的侧壁呈微孔结构；在所述螺纹段的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属用于对所述螺纹段起到保护作用。

6.根据权利要求1或4或5所述的多层复合电极，其特征在于，所述电极基体的材质包括：紫铜。

7.根据权利要求1或4或5所述的多层复合电极，其特征在于，所述耐腐蚀性金属包括：镍或锌。

8.一种多层复合电极制造方法，其特征在于，包括：

在电极基体的侧壁设置微孔结构；

在所述电极基体的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属，用于对所述电极基体起到保护作用；

在所述电极基体的外表面设置陶瓷涂层。

9.根据权利要求8所述的多层复合电极制造方法，其特征在于，所述在电极基体的侧壁设置微孔结构具体包括：

将所述电极基体的原材料与易挥发性有机物均匀混合后制成预制电极基体；

对所述预制电极基体进行加热，所述易挥发性有机物从所述预制电极基体中挥发，获得所述电极基体。

10.根据权利要求8或9所述的多层复合电极制造方法，其特征在于，所述在所述电极基体的侧壁的微孔中填充耐腐蚀性金属具体包括：

在高压环境下，将耐腐蚀性金属以蒸汽形式渗入所述电极基体侧壁的微孔中，使所述电极基体和金属形成密闭复合整体。