DE2548478A1

DE2548478A1 - Elektroden fuer elektrolytische prozesse

Info

Publication number: DE2548478A1
Application number: DE19752548478
Authority: DE
Inventors: Peter Charles Steele Hayfield
Original assignee: Marston Excelsior Ltd
Current assignee: De Nora Deutschland GmbH
Priority date: 1974-10-29
Filing date: 1975-10-29
Publication date: 1976-05-06
Also published as: DE2548478B2; JPS591795B2; JPS5167270A; SE425412B; FR2289632A1; FR2289632B1; DE2548478C3; NL7512593A; US4039400A; NL178429C; CA1058552A; SE7512048L

Description

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::.j r-i.. ι ν G. η f ι ν c κ ε O ! P L.- ί N G. H. BOHR i:.:F-_.-i.\,G. S. STAEGER

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KAlST(H EXCELSIOR LIMITED

Road,

Fordlicuses j V»ülverhamp-jon, Stafi'ord3hire ( 5-1OSSESIΤΑΚΙΪΙΞΙΙ }

"Elektroden für alektrolvtische I-rcües

Brit. /

V021 29. Oktober 1974 und Brit. Patentanm. JSr. 6;93/7 vom 14· JFebruar 1975

Die .Erfindung "bezieht sich auf Elektroden uni insbescruiex^e auf Elektroden, die sich für die Verwendung in elektrolytisclien Prozessen eignen. Beispiele für solche elektrclytiscjis Prozesse ζχτΛ die Chloralkalielektrolyse, die galvanisciie Abscheidung und der kathodische Schutz.

Die Erfindung betrifft insbesondere Elektroden, bei denen zucindost die Oberfläche einei* Elektrodenbasis, aus einem "film-

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r ; ; ιί r^vi(ii.-n Xotall" V. ergebt l'1 it ist, v/üoei zu,..ir_;c .-.•iriv.i Tu i I dieser ü:,erf Iä;.::.e ein elektrisch .!_;_· I. te:.n.-r, [■ι ei: t:-ol;;th::ütändig"r und elektrclyireproaa-vt.- r.·:, IMn;:: > £-r ;·.;>Ia;; au ί';·»¹ bracht ist. Der Ausdruck "filmbiidenüns Ketali ", der hier verv^ndet wird, bezieht sich auf Titan uru: Tita/iiegi erungc/., Tantal und 'Tantaiiegierungen, Zirkonium und Zirkcniunlegierungen, i»iob und liioblegierungen, Hafnium und Haini-.c:r.legierungen. Hit de.i „usdruck "Ketalle der Flatlngruppe" sind !latin, Iridium, Hhodiura, Csaiiua, Rutheniurü, Palladium XT.-1 legierungen daraus gemeint.

;··.· ίε-: bereits, s. berspieisv/eise 03-P3 925 06C, ein Verfah- r-'-i :-;ur Herstellung von Sieirtroden bekannt, die aus einem '/.1~ ankern und einem porösen Belag aus einea: Netall der Pia— ti:■;_··;uppc sucannnengesetst sind. Der Titankern wird dabei eure-;. Anodisierung oder durch Oxidation mit einer Sperr- ;c:il;-riC versehen, bevor der Belag aufgebracht wird. In der r-ry-.-'.nter. G-B-PS sind die Vorte_.ie dieses Verfahrens a'rge- ::;-.:-5r:it. Zs wird festgestellt, daß ein Vorteil darin liegt, da .5 es vox- den Beschichten rr.it ei;ie~ Xe tall der Platingruppe nicht nötig ist, den natürlich auf dem Titan vorkcni^eridsn Oxidfii" zu entfernen. V/eitere Vorteile, von denen dort gesprochen wird, sind die G-ewicheit, daß das üitan durch die Sperrschicht von Korrosion geschützt wird, auch unter- dem Belag aus dem Metall der Platingruppe, Vielehe Korrosion bei einer Beschädigung des Belags beträchtlich sein könnte, die Vermeidung der Notwendigkeit, die Sperrschicht zu entfernen, wenn ein frischer Belag aus dem Metall der Platingruppe aufgebracht wird, und die Leichtigkeit der Schaffung eines haftenden Belags aus dem Metall der Platingruppe.

In der GB-PS 1 32? 760 ist ein verbessertes Verfahren sum Aufbringen einer Sperrschicht auf das filmbildende Metall beschrieben. G-rundlegend besteht dieses Verfahren darin, daß man eine Oberfläche eines filmbildenden Metalls in eine

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ORiQINAL

Lösung von Titan einxaueht und ein Titanoxid au?.' axe Oberfläche dea f Umbildenden Metalls abscheidet. Hierauf wird eine elektrisch-leitende und elektrolytbestcindige Schicht auf die Titanoxidoberflache aufgebracht.

Ss wurde nunmehr gefunden, äai eine wesentliche Verbesserung des Verfahrens zur Herstellung einer SLektrcae- erhielt vorder, kann, wenn nan nshr als eir.e Oxicschicht auc einer Lösung aufbringt und jede Oxidschicht auf eine über der Raunxeaperatur liegende Temperatur erhitzt, u.:. de Schicht 30r.3iU.ltig zu trocknen, bevor eine weitere C:ridßchichx auf die Oberfläche aufgebracht wird. Diese Änderung in der Hersxellung führt zu einer beträchtlichen Erhöhung der Dauerhaftigkeit des Belags.

Ohne da3 die vorliegende Erfindung dadurch irgendwie beeinträchtigt werden soll, wird ang enormen, daß bei einer Jui t.itzung der Oxidschicht auf eine Temperatur über iia'on- ~;c:.'-p-iratur Risse gebildet werden, während die in der Schicht enthaltene Feuchtigkeit abgetrieben wird. Alle nachiolgen-αΓ_:·:ι Schichten, die aufgebracht und erhitzt v/erden, reissen eben;'u 1.1 s. Da jedoch die RiBbildun^; willkürlich eriolgx, besieht die Möglichkeit, da2 die Risse nicht zusammenfallen, xliex'durch werden die direkten V.'ege zwischen der äusceren Oberfläche der hergestel it&n Elektrode und dem Subei,r.at aus dem filabiidenden Ket;„xl verringert, ^ierjr. raehr als zwei Schichten verwendet werden, darm wird die V,^rahr-ECheinlich^ceit eines direkten \vegs noch wei'cei· verringert.

die Cxidschichten nicht bei einer über der Ha-uctemperatur liegenden Temperatur gexrccknex werden, cavin v.'ird die Feuchtigkeit fectgehalten, und die Oxidschicht reißt nur etwas an. Dies bedeutet, da3 jede spater aufgebrachte Oxidschicht in der Tat zunächst sich kontinuierlich auf der ersten Schicht erstreckt. Venn dann eine 3rhitzung

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BAD ORIGINAL

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über Eaumtemperatur vorgenommen wird, dann reissen beide Schichten als einzige Einheit.

Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für elektrolytische Prozesse, welches dadurch ausgeführt wird, daß man in eine Lösung, die Titankationen enthält, einen Körper, der mindestens eine Oberfläche aus einem filmbildenden Metall, Nickel oder Blei aufweist, eintaucht, den Körper als Anode schaltet und auf die Oberfläche eine Schicht aus einem Titanoxid aufbringt, den Körper aus der Lösung entnimmt und die Schicht auf eine Temperatur von mehr als 100⁰C, jedoch weniger als 800⁰C erhitzt, den Körper erneut in eine Titankationen enthaltende Lösung eintaucht, den Körper als Anode schaltet und eine weitere Schicht aus einem Titanoxid auf die Oberfläche abscheidet und auf die Oberfläche eine elektrisch-leitende, elektrolytbeständige und elektrolyseproduktbeständige Schicht, die ein Metall der Platingruppe oder ein Oxid eines Metalls der Platingruppe enthält, aufbringt.

Das Erhitzen wird vorzugsweise in der oxidierenden Atmosphäre, wie z.B. Luft, vorgenommen. Der Temperaturbereich kann 100 bis 800⁰C betragen. Die Dauer der Erhitzung kann von 1 bis 2 Min. bis zu 100 Std. betragen, liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 20 Min. bis zu 2 Std. Der Temperaturbereich kann 200 bis 800 oder 300 bis 700 und vorzugsweise 350 bis 55O⁰C betragen, wobei der normalerweise verwendete Bereich zwischen 450 und 500⁰C liegt. Die elektrisch leitende Schicht kann zwischen den Oxidschichten vorgesehen oder auf die Oberseite der zweiten Oxidschicht oder alternativ zu Beginn auf die Oberfläche des filmbildenden Metalls aufgebracht werden.

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Es können drei oder mehr Oxidschichten auf die Oberfläche abgeschieden werden und die elektrisch-leitende Schicht kann zwischen einem oder Jedem Paar von Oxidschichten vorgesehen oder nur auf die äußere Schicht oder nur auf die innere Oxidschicht aufgebracht werden. Die elektrisch-leitende Schicht kann dadurch hergestellt werden, daß man eine lösung einer Verbindung eines Platingruppenmetalles auf die Oberfläche des filmbildenden Metalls oder auf die Oxidschicht aufbringt und die Verbindung zur Herstellung eines Platingruppenmetalls oder -oxids erhitzt. Mehr als eine Schicht eines Platingruppenmetalls oder -oxids können gegebenenfalls aufgebracht werden. Spezielle Beispiele für elektrisch-leitende Schichten sind Platin/ Iridium-Legierungen und Rutheniumdioxid.

Die elektrisch-leitende, elektrolytbeständige und elektrolyseproduktbeständige Schicht kann ein Gemisch aus einem Platingruppenmetall oder -metallen oder aus einem Oxid eines Metalls der Platingruppe mit einem Oxid eines filmbildenden Metalls enthalten. Die Schicht kann durch gemeinsame Abscheidung eines Gemische aus dem Oxid eines filmbildenden Metalls oder aus einer Verbindung, die beim Erhitzen ein Oxid des filmbildenden Metalls ergibt, und aus einem Platingruppenmetall oder aus Platingruppenmetallen oder einem Oxid eines Platingruppenmetalls oder einer Verbindung, die beim Erhitzen ein Oxid eines Platingruppenmetalls ergibt, aufgebracht werden.

Das Oxid des Platingruppenmetalls kann Rutheniumoxid sein.

Es kann eine äußere Schicht eines Oxids eines filmbildenden Metalls auf der äußeren elektrisch leitenden Schicht vorhanden sein. Die äußere Schicht kann Tantaloxid sein und kann durch Beschichten der äußeren Schicht mit einer Lösung einer

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Verbindung, die Tantal in einem geeigneten Lösungsmittel enthält, und anschließendes Erhitzen der Oberfläche zwecks Oxidation der Verbindung in Tantaloxid aufgebracht werden.

Es kann ein Primer-Belag auf der Ausgangsoberfläche des filabildenden Metalls vorliegen. Der Primer-Belag kann ein teilchenförmiges Material, wie z.B. faserförmiges Zirkoniumoxid, enthalten. Das teilchenförmige Material wird normalerweise in einer Lösung suspendiert, die eine Edelnetallverbindung oder eine Verbindung, welche ein Oxid eines filmbildenden Metalls erzeugt, das das teilchenförmige Material mit der Oberfläche verbindet, enthält. Jede Kombination von Oxidschichten und Platingruppenmetallbelägen kann dann auf den Primer-Belag aufgebracht werden.

Vor oder nach jeder gemäß obiger Vorschrift aufgebrachten Schicht kann eine Schicht aufgebracht werden, die eine Dispersion von kleinen Teilchen von Titandioxid mit einer Teilchengröße im Bereich von 0,01 bis 10/U enthält, wobei diese Schicht erhitzt wird, um das Trägermedium für die Dispersion abzutreiben, wobei eine feine Schicht von kleinen Titanaioxidteilchen zurückbleibt.

Als Alternative zur Titandioxiddispersion können andere poröse keramische Oxide verwendet werden, wie z.B. Zirkoniumoxid, liioboxid und Siliziumdioxid. Die Oxide, welche Titandioxid umfassen, können entweder eine stöchiometrische oder eine nicht-stöchiometrische Zusammensetzung besitzen. Alternativ können stabile gemixte Oxide mit einem Bereich von Kristallformen und Zusammensetzungen in sowohl stöchiometrischen als auch nicht-stöchiometrischen Formen vorliegen, wie z.B. als Spinelle, Granaten usw. Eine besondere Trägerform, die verwendet werden kann, ist ein Acrylmischpolymer.

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Die Erfindung ist in.den "beigefügten Zeichnungen erläutert, worin

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Aufbau gemäß dem Stand der Technik zeigt; und

Pig. 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Form zeigt.

Beispiel 1_

Eine Titanprobe in Form von Drähten mit 3 mm Durchmesser wurde entfettet und mit einer 10 %igen (Gewicht) Oxalsäurelösung 16 Std. bei 80 C geätzt. Nach dem Waschen in kaltem Wasser und einem leichten Bürsten, um oberflächlichen Schlamm zu entfernen, wurde die Probe 1 Std. in siedendes entsalztes Wasser eingetaucht. Nach dem Trocknen wurde die Probe in eine Lösung eingeführt, die Ti^⁺-Ionen und 7 % (Gewicht) Schwefelsäure enthielt. Die Lösung wurde auf eine Temperatur von 90 C gehalten. Die Proben wurden als Anode geschaltet und in der Lösung belassen, bis 5 g/m poröses Titanoxid auf galvanischem Wege gebildet worden waren. Nach Beendigung wurde die Probe entnommen und gewaschen und dann bei Raumtemperatur in Luft getrocknet. Die Probe wurde in Luft 30 Kin. auf 500°C erhitzt und nach dem Abkühlen erneut in die Lösung eingeführt, um weitere 5 g/m Titanoxid atif galvanischem Wege abzuscheiden. Diese zweite Schicht wurde dann gewaschen, getrocknet und 30 Min. in Luft auf 500⁰C erhitzt. Zwei weitere Schichten wurden in ähnlicher Weise aufgebracht, und nach dem Aufbringen der letzten Schicht und nach dem Abkühlen wurde ein auf Rutheniumchlorid basierender Anstrich auf die Oberfläche aufgebracht. Die Oberfläche wurde getrocknet und eine weitere Schicht eines auf Rutheniumchlorid basierenden Anstrichs wurde aufgebracht. Dieses Verfahren wurde so lange wiederholt, bis annähernd

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15 g/m Ruthenium aufgebracht worden waren, worauf die Oberfläche 2 Std. in luft erhitzt wurde, um das Rutheniumchlorid in Rutheniumoxid zu überführen.

Beispiel

Eine Titanprobe der gleichen Form wie in Beispiel 1 wurde wieder geätzt und dann wurde eine Schicht aus Titandioxid auf galvanischem Wege aufgebracht. Die Probe wurde dann während eines Zeitraums von 20 Min. bis 2 Std. auf 300-⁰C erhitzt und nach dem Abkühlen wurde ein auf Rutheniumchlorid basierender Anstrich auf die Titanoxidoberfläche aufgebracht. Mehrere Aufträge des Anstrichs wurden gemacht, und die Probe wurde jedesmal einige Minuten bis einige Stunden auf eine Temperatur im Bereich von 350 bis 800⁰C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde auf galvanischem Wege eine weitere Schicht aus Titandioxid unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 aufgebracht. Dann wurde eine weitere Schicht eines auf Rutheniumchlorid basierenden Anstrichs aufgetragen. Dieser wurde wiederum auf eine Temperatur im Bereich von 350 bis 80O⁰C erhitzt, um eine Elektrode herzustellen.

Beispiel

weitere Titanprobe in Form von Drähten mit einem Durchmesser von 3 mm wurde wieder entfettet, geätzt und vorbereit ex, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist. Eine Schicht aus Titandioxid wurde dann in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 aufgebracht. Die Oberfläche wurde dann wie in Beispiel 1 erhitzt, und nach dem Abkühlen wurden zwei weitere Schichten aus Titandioxid aufgebracht, und zwar wiederum in der gleichen Weise wie in Beispiel 1. Hierdurch

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wurde ein Elektrodenvorläufer mit drei Schichten aus Titanoxid erhalten. Auf diesen Vorläufer wurde Butheniumchlorid in Form eines Anstrichs aufgebracht. Die Elektrode wurde dann erhitzt, um Rutheniumoxid zu bilden.

Beispiel

Eine Titanprobe der in Beispiel 1 beschriebenen Type wurde auf galvanischem Wege mit zwei Belägen aus Titanoxid versehen, wobei zwischendurch erhitzt wurde. Das Erhitzen erfolgte während eines Zeitraums bis zu 2 Std_o bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 500°C. Darauf wurde dann ein Anstrich auf der Basis von Platin-Iridium-Chlorid in Alkohol aufgebracht und die Oberfläche wurde dann auf eine Temperatur im Bereich von 350 bis 550 C erhitzt, um den Anstrich in Platin-Iridium zu überführen. Die Struktur dieser Oberfläche ist schematisch in Fig. 2 zu sehen. Die Titanoberfläche 1 besitzt eine erste galvanische Titanoxidschicht 2, die Risse 3 enthält, die nach der Erhitzungsstufe auftreten. Es ist ersichtlich, daß die Risse 3 bis zur Oberfläche des Titans durchgehen. Die Schicht 2 hat auch eine gewisse Neigung, sich beim Erhitzen zu wellen, wie dies bei 4 zu sehen ist. Einige Blöcke sind völlig von der Oberfläche abgehoben, wie dies bei 5 zu sehen ist. Die zweite galvanische Schicht 6 füllt die Risse 3 auf und geht auch zwischen die aufgebogenen Ränder 4 unter die abgehobenen Blöcke 5. Wenn sie nun erhitzt wird, dann reißt sie bei 7, aber die erste Schicht verhindert physikalisch, daß sich die zweite Schicht abhebt und wellt. Dies ist besonders •dann so, wenn die zweite Schicht unter die aufgebogenen Ränder oder abgehobenen Blöcke greift, d.h. also dort, wo die meiste Haftung nötig ist. Die zweite Schicht reißt vorzugsweise dort, wo die Schicht am dünnsten ist, d.h. über dem stärksten Teil der ersten Schicht. Die Titanoberfläche

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wird deshalb durch die doppelte Schicht von der Umgebung geschützt. Das aufgebrachte Platin-Iridium geht in die Poren der porösen galvanischen Schichten und füllt auch in gewissem Maße die Risse 7 aus.

Diese Struktur ist mit der Struktur von Fig. 1 zu vergleichen, bei der eine einzige galvanische Schicht 8 auf die Titanoberfläche 9 aufgebracht ist und einzelne große Risse 10 und Wellungen 11 aufweist, die bis zur Titanoberfläche durchgehen. Einige Blöcke 12 sind vollständig von der Oberfläche abgehoben.

Beispiel

Gemäß einer Abwandlung von Beispiel 4 werden Titandrähte genauso wie in Beispiel 4 behandelt, aber zusätzlich wird ein 3elag aus einem Oxid eines fumbildenden Metalls, wie s.3. Tantaloxid, aufgebracht. Das Tantaloxid wird in Form eines Tantalchlorid enthaltenden Anstrichs aufgebracht, der in der luft gebrannt wird, um das Tantalchlorid in Tantaloxid zu überführen. Alternativ kann ein Tantalat in Lösungsform aufgebracht und zur Erzeugung von Tantaloxid erhitzt werden.

Bei spiel

Gemäß einer Abwandlung von Beispiel 2 wurden die Rutheniumschichten durch Platin-Iridiun-Schichten ersetzt. Ansonsten war der Kerstellungsweg der gleiche, wie er in Beispiel 2 beschrieben ist. Gemäß einem weiteren Beispiel wurde eine letzte Tantaloxidschicht auf das Äußere der Probe aufgebracht, indem die Probe mit einer Tantalchloridlösung bestrichen und in einer säuerstoffhaltigen Atmosphäre zwecks Herstellung von Tantaloxid gebrannt wurde.

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Beispiel 7

Eine Titanprobe, die wiederum die Form von Drähten mit einem Durchmesser von 3 mm aufwies, wurde entfettet und in 40 $iger (Gewicht) Schwefelsäure 4 Std. bei 90⁰C geätzt. Nach dem Waschen in kaltem Wasser wurde die Probe an der Luft getrocknet. Die Probe erhielt dann einen Primer-Belag, der aus einem Platin-Iridium-Resinat in Butylalkohollösung bestand und faserförmiges Zirkoniumoxid enthielt, das von der IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED unter dem Warenzeichen "Saffil" erhältlich ist. Dieses Fasermaterial besitzt einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 bis 3 /u. Durch Brennen des Belags in Luft bei einer Temperatur vcn 500⁰C wurde der Primer-Belag in Platin-Iridium-Metall (obwohl auch etwas Iridium als Oxid anwesend sein kann) überführt, welches das Fasermaterial mit der Titanoberfläche verband. Titanoxid wurde dann auf galvanischem Wege zusammen mit Ruthenium auf die Oberfläche aufgebracht und ein weiterer Belag aus Titanoxid und Ruthenium wurde aufgebracht, und zwar genauso wie es in Beispiel 2 beschrieben ist. Bei alternativen Ausführungsformen dieses Beispiels waren die auf den Primer-Belag aufgebrachten Beläge die gleichen, wie sie in den Beispielen 1, 3» 4, 5 und 6 beschrieben sind. Hierdurch wurde eine homogene Masse aus im wesentlichen porösem Titanoxid rund um das inerte Fasermaterial erzeugt, bevor der aktive Belag hinzugefügt wurde. Gemäß einer Alternative zur Verwendung von Fasermaterial kann der Primer-Belag spitzige Zirkonoxidteilchen mit einer Größe im Lerelch von 0,01 bis 5/U- enthalten.

Beispiel 8

Eine Anstrichdispersion wurde dadurch hergestellt, daß ein Acrylmischpolymerharz der Type, wie es üblicherweise in herkömmliehen Anstrichen verwendet wird, mit Rutilteil-

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chen eines mittleren Durchmessers von 0,2/U gemischt wurde. Diese Dispersion war wegen der Kleinheit der Sutilteilchen stabil. Die Viskosität des Harzes war derart, daß die Teilchen sich beim Stehen nicht vollständig ausschieden. Eine Titanprobe in Form von Drähten mit einem Durchmesser von 3 mm wurde entfettet, geätzt und vorbereitet, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist. Eine Anstrichschicht wurde dann aus der oben angegebenen Rutildispersion auf die Titanoberfläche aufgebracht. Die Probe wurde dann getrocknet und 1 Std. in Luft bei 50O⁰C gebrannt. Zwei Beläge aus Titandioxid wurden aufgebracht, wie es in Beispiel 4 oben angegeben ist, wobei auch die gleiche Wärmebehandlung zwischen den Beschichtungen vorgenommen wurden. Oben drauf wurden mehrere Schichten aus Rutheniumchlorid in Anstrichform aufgebracht, und die Probe wurde in Luft auf 500⁰C erhitzt, um eine Elektrode herzustellen.

Beispiel

Eine Titanprobe in Form von Drähten mit einem Durchmesser von 3 mm wurde vorbereitet, wie es in Beispiel 4 beschrieben ist, außer daß die Platin-Iridium-Schicht nicht aufgetragen wurde. Diese Probe wurde dann mit dem in Beispiel 8 beschriebenen Rutildispersionsanstrich beschichtet. Die Rutilteilchen füllten teilweise die Risse in den Titanoxidbelägen auf, wegen ihrer Teilchengröße füllten sie jedoch die Poren in den Titanoxidbelägen nicht. Dann wurde Rutheniumchlorid in Form eines Anstrichs aufgebracht, und der Aufbau wurde 1 Std. auf 400⁰C in Luft erhitzt, um das Rutheniumchlorid in Rutheniumoxid zu überführen.

Beispiel K)

Eine Elektrode wurde wie in Beispiel 9 hergestellt, außer

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daß die letzte Rutheniumschicht durch Platin-Iridium ersetzt wurde.

Beispiel 1_1_

Eine Titanprobe wurde entfettet, geätzt, gewaschen und vorbereitet, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist. Die Probe wurde in eine 7 $ige (Gewicht) Schwefelsäurelösung eingetaucht, die 5 g/l Titan als Ti -Ionen enthielt.Die Probe wurde mit einem positiven Potential gegenüber einer Bleikathode versehen, so daß eine Anodenstromdichte in der Größenordnung von 60 A/m erhalten wurde. Die Lösung wurde erhitzt und auf 90 C gehalten. Nachdem 10 g/m^ Titanoxid aufgebracht worden waren, wurde die Probe entnommen, getrocknet und in Luft annähernd 10 Min. auf 700⁰C erhitzt. Eine Schicht aus einem Rutildispersionsanstrich wurde dann aufgebracht und die Probe wurde 5 Min. bei 35O⁰C gebrannt. Siiie weitere Titandioxidschicht wurde aus der sauren, Titankai'ionen enthaltenden Lösung aufgebracht, und die zweite Ti^T„anoxidschicht wurde dann in Luft auf 400 C erhitst. Ruthenium wurde schließlich auf die Oberfläche in 3Orn: einer Lösung von Sutheniumchlorid aufgebracht, welche zur Erzeugung von Rutheniumoxid erhitzt wurde. Alternativ kann Platin-Iridium aufgebracht werden, sofern dies gewünscht wird.

Beispiel

Eine Titanprobe wurde entfettet, geätzt, gewaschen und vorbereitet, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist. Die Probe wurde in eine 7 $ige (Gewicht) Schwefelsäurelösung, die 5 g/l Titan als Ti -Ionen enthielt, eingeführt. Die Probe wurde gegenüber einer Bleikathode mit einem positiven Potential ""

versehen, so daß eine Anodenstromdichxe von ungefähr 60 A/m

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erhalten wurde. Die Lösung wurde erhitzt und auf SO⁰C gehalton. Ilachde::: 15 g/m Titandioxid aufgebracht worden waren, wurde die Probe entnommen, getrocknet und in Luft 30 Min. auf 500⁰C erhitzt. Eine weitere Titandioxidschicht wurde dann aus der sauren, Titankationen enthaltenden lösung aufgebracht, und die :
erhitzt.

und die zweite Titanoxidschicht wurde dann in luft auf 400⁰C

Eine Anstrichlösung, die Rutheniumchlorid und n-Butyltitanat in Isopropylalkohol enthielt, wurde hergestellt. Das Verhältnis von Rutheniumchlorid zu n-Butyltitanat wurde so gewählt, daß von den anwesenden Metallen SO i<> (Gewicht) aus Ruthenium und 20 f> (Gewicht) aus Titan bestanden. Dieser Anstrich wurde dann auf die Oberfläche des Titanoxids in vier Belägen aufgebracht, wobei jeder Belag in das Titandioxid absorbiert wurde, bevor der nächste Belag aufgebracht wurde. 2iachdem vier Anstrichbeläge aufgebracht worden waren, wurde die Schicht 30 Min. in luft auf 500⁰O erhitzt, üzi das Rutheniumchlorid in Rutheniumoxid zu überführen und um das n-Butyltitanat in Titandioxid zu überführen.

Alternativ kann ein Platin-Iridium-Gemlsch anstelle des Hutheniurnchlorids zur Herstellung der galvanischen Platin-Iridiuffi-Schicht verwendet werden.

Beispiel 1_3

Eine Titanprobe in Porm von Drähten mit 3 mm Durchmesser wurde entfettet und in Schwef el säure geätzt, iiach dem Waschen in kaltem Wasser wurde die Probe 1 Std. in siedendes entsalztes Wasser eingetaucht. Nach dem Trocknen wux'de die Probe in eine lösung eingetaucht, die Ti^ -Ionen und 7 % (Gewicht) Schwefelsäure enthielt. Die lösung wurde auf eine Temperatur von 90 G gehalten, und die Probe wurde als Anode geschaltet und in der lösung so lange belassen, bis ein erster

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galvanischer Belag von 10 g/m erhalten worden war. Die Probe wurde dann entnommen, gewaschen und in Luft bei Raumtemperatur getrocknet. Die Probe wurde 1 Std. in Luft auf 45O°C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde sie wieder in die
Lösung eingetaucht, um einen äußeren galvanischen Belag von

10 g/'Ji aufzubringen. Die zweite Schicht wurde dann gewaschen, getrocknet und 1 Std. in Luft auf 450⁰C erhitzt.

Die vorbehandelte Oberfläche wurde mit Rutheniuradioxid beschichtet, wobei ein Anstrich mit einer Konzentration von 40 g/l (ausgedrückt als Rutheniumgehalt in Butanollösungsmittel) verwendet wurde, und 20 Min. in Luft bei 500⁰C gebrannt. Das Verfahren wurde wiederholt, bis insgesamt
10 g/m Ruthenium aufgebracht waren. Die Anode wurde in
einer Quecksilberzelle mit einer Kathodenstromdichte von

10 kA/in langer als 1 Jahr verwendet, wobei nur eine geringe Überspannung vorlag. Metallographische und Röntgenstrahl enmikroanalyse ergaben, daß die doppelte galvanische Belagstruktur auch nach einem Jahr intakt war und nur eine geringe Abnutzung zeigte.

Beispiel

Titandrahtnetzelektroden mit den Abmessungen 45,7 x 60,9 cm wurden vorbereitet und beschichtet, wie es in Beispiel 13 beschrieben ist. Die Anoden wurden in die Porm einer kastenl'örmigen Diaphragmazelle gebracht und in eine Diaphragmazellen aufweisende Anlage eingebracht und beobachtet. Sie arbeiteten viele Monate zufriedenstellend bei annehmbaren

Zellenströmen von 2 kA/m Kathodenstromdichte.

Beispiel

Plattenförmige Titananoden mit den Abmessungen 30,5 x 45,7 cm wurden wie in Beispiel 13 hergestellt. Es wurde festgestellt,

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daß sie sich für den Einbau in Chloratelektrolysezellen eigneten. Eine kleine Änderung wurde in der Behandlungs-Temperatur zum Einbrennen des Rutheniumanstrichs durchgeführt, insofern, als diese Temperatur in Luft auf 400⁰C be-' schränkt wurde. Der Belag wurde durch elektrostatisches Spritzen aufgebracht, wobei ein Anstrich verwendet wurde, der aus in Pentanol gelöstem Rutheniumtrichlorid bestand. Es wurden abnehmende Anstrichkonzentrationen und eine Anzahl von Anstrich/Einbrenn-Bedingungen·verwendet. Die

2 fertige Stärke der verschiedenen Schichten war 8 g/m für

den ersten galvanischen Belag, 12 g/m für den äußeren gal-

vanischen Belag und 8 g/m Ruthenium als Rutheniumdioxid. Bei einigen Elektroden zeigte es sich, daß eine letzte Wärmebehandlung in Luft bis zu 12 Std. bei 50O⁰G zu bevorzugen war. Solche Oberflächen wurden in Natriumchloratelektrolysezellen mit zirkulierendem Elektrolyt, der Chlorat in einer Konzentration von 550 g/l, Natriumchlorid in einer Konzentration von 100 g/l und Natriumdichrbmat in einer Konzentration von 2 g/l enthielt, bei 50⁰C verwendet. Messungen zeigten, daß der während vieler Monate des Betriebs entwickelte Sauerstoff weniger als 2 56 betrug.

Es ist darauf hinzuweisen, daß eine große Anzahl von Belägen auf die Elektrode aufgebracht werden kann, sofern es erwünscht ist. Obwohl nur vier Beläge dieser Type als Maximum in den obigen Beispielen beschrieben wurden, soll darunter keine Beschränkung verstanden werden, da jede größere Anzahl gegebenenfalls aufgebracht werden kann.

Eine gemäß Beispiel 1 hergestellte Anode wurde in einer elektrolytischen Zelle so lange verwendet, bis das Rutheniumoxid erschöpft war. Die Anode wurde' dann entnommen, getrocknet und entfettet. Die entfettete Anode wurde in einer 10 $igen (Gewicht) wäßrigen Salpetersäure bei Raumtemperatur gewaschen, um auf der Anodenoberfläche abgeschie-

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denes kalkhaltiges Material zu entfernen. Die Anode wurde dann weiter in kaltem Wasser gewaschen und getrocknet. Eine weitere Schicht von Rutheniumoxid wurde dann auf die Oberfläche dadurch aufgebracht, daß die Oberfläche mit einem auf Rutheniumchlorid basierenden Anstrich beschichtet wurde. Die Oberfläche wurde getrocknet und eine weitere Schicht eines auf Rutheniumchlorid basierenden Anstrichs wurde aufgebracht. Dieses Verfahren wurde so lange fortgesetzt, bis ungefähr 15 g/m Ruthenium aufgebracht worden waren, worauf die Oberfläche 2 Std. in Luft erhitzt wurde, um das Rutheniumchlorid in Rutheniumoxid zu überführen und um die Arbeitsoberfläche erneut zu bilden. Gegebenenfalls kann ein weiterer galvanischer Belag auf die entfettete, mit Säure gereinigte, gewaschene und getrocknete Elektrode aufgebracht werden, bevor das Ruthenium aufgebracht wird.

Es wurde auch als möglich gefunden, die Porosität der beiden Schichten des galvanischen Belags dadurch zu verändern, daß man das Verhältnis der Dicke der ersten Schicht zur Dicke der zweiten Schicht verändert. Wenn eine hauptsächlich poröse Schicht gewünscht wird, dann wird eine erste dünne Schicht eines galvanischen Belags aufgebracht und erhitzt, worauf dann eine dickere zweite Schicht darübergelegt wird. Diese zweite Schicht besitzt eine poröse Watür, die leicht größere Mengen Ruthenium absorbieren kann. Wenn jedoch eine dichtere Schicht gewünscht wird, dann wird ein erster verhältnismäßig dicker galvanischer Belag aufgebracht, worauf dann eine zweite dünnere Schicht nach einem Erhitzen der ersten Schicht darübergelegt wird. Diese zweite Schicht füllt hauptsächlich einige der Poren in der ersten Schicht aus und ergibt einen verhältnismäßig dichten galvanischen Belag.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die elektrisch leitende Schicht aus jedem geeigneten Material bestehen kann, bei-

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spielsweise kann ein Rutheniumanstrich aufgebracht und bei einer feaperatur im Bereich von 400 bis 5ÖO^DC gebrannt werden, wobei gegebenenfalls nachträgliche Wärmebehandlungen, wie z.B. reduzierende Behandlungen, vorgenommen werden können.

Alle die obigen Beispiele können so modifiziert werden, daß ein leitender Primer-Belag, wie z.B. ein Primer-Belag aus reinem Platin, 7O:3O-Platin-Iridium oder Ruthenium oder Rutheniumoxid aufgebracht wird. Der Primer-Belag kann durch Aufstreichen eines ein geeignetes Edelmetall enthaltenden Anstrichs auf die Substratoberfläche und Brennen zur Herstellung der Primer-Schicht hergestellt werden.

PATENTANSPRÜCHE:

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Claims

PATENTANSPRÜCHE :

1. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für elektrolytische Prozesse, dadurch gekennzeichnet, daß man in eine Lösung, die Titankationen enthält, einen Körper einbringt, der mindestens eine Oberfläche aus einem filmbildenden Metall, Nickel oder Blei aufweist, den Körper als Anode schaltet und auf die Oberfläche eine Schicht von Titanoxid abscheidet, den Körper aus der Lösung entnimmt und die Schicht auf eine Temperatur von 100 bis 800⁰C erhitzt, den Körper wieder in eine Lösung, die Titankationen enthält, einbringt, den Körper als Anode schaltet und eine weitere Schicht aus Titanoxid auf die Oberfläche aufbringt und dann auf die Oberfläche einen elektrisch-leitenden, elektrolytbeständigen und elektrolyseproduktbestänigen Belag aufbringt, der ein Metall der Platingruppe oder ein Oxid eines Metalls der Platingruppe enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung in einer oxidierenden Atmosphäre, vorzugsweise Luft, durchgeführt wird. *

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturbereich 350 bis 55O⁰C beträgt.

4· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch-leitende Belag zwischen die Oxidschichten eingebracht oder auf die zweite Oxidschicht aufgebracht wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei oder mehr Oxidschichten auf die Oberfläche aufgebracht werden und der elektrisch leitende Belag zwischen irgendeinem Paar oder allen Paaren von Oxidsehichten eingebracht oder nur auf die äußere Oxidschicht aufgebracht wird. ·

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch-leitende Belag dadurch hergestellt wird,.daß man eine Lösung einer Verbindung eines Platingruppenmetalls in einem Lösungsmittel auf die Oberfläche der Oxidschicht aufbringt und die Verbindung erhitzt, um das Platingruppenmetall oder -oxid zu bilden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung eine Verbindung eines filmbildenden Metalls enthält. "

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Platingruppenmetalls aus einer Rutheniumverbindung besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußerste Schicht aus einem Oxid eines filmbildenden Metalls, vorzugsweise Tantaloxid, aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Schicht dadurch aufgebracht wird, daß man eine Lösung einer Verbindung, die Tantal enthält, in einem geeigneten Lösungsmittel aufbringt und hierauf die Oberfläche zur Oxidierung der Verbindung in Tantaloxid erhitzt.

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11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Primer-Belag auf die Ausgangsoberfläche des filmbildenden Metalls aufgebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Primer-Belag ein teilchenförmiges Material wie z.B. faserförmiges Zirkoniumoxid, enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Primer-Belag ein Edelmetall oder ein Edelmetalloxid enthält.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder nach dem Aufbringen eines jeden Belags eine Schicht aufgebracht wird, die eine Dispersion von kleinen Teilchen von Titandioxid mit einer Teilchengröße im Bereich von 0,01 bis 10/U enthält, wobei diese Schicht erhitzt wird, um das Trägermedium der Dispersion abzutreiben, so daß ein feiner Belag aus kleinen Titandioxidteilchen zurückbleibt.

15· Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß andere poröse keramische Oxide anstelle der Titandioxiddispersion verwendet werden, wie z.B. Zirkoniumoxid, Nioboxid und Siliziumdioxid.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einem Acrylmischpolymer besteht.

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