Πώς να φτιάξετε ηλεκτρόδιο πάστας άνθρακα;

Το ηλεκτρόδιο πάστας άνθρακα είναι ένα είδος αγώγιμου υλικού που χρησιμοποιείται σε φούρνο ορυκτών, φούρνο καρβιδίου ασβεστίου και άλλο εξοπλισμό. Αποτελείται από πρώτες ύλες άνθρακα και συγκολλητικές ουσίες με μοναδικά πλεονεκτήματα στην περιβαλλοντική παρακολούθηση και σε άλλους τομείς. Διαθέτει απλή διαδικασία παρασκευής, χαμηλό κόστος, δυνατότητα τροποποίησης, ευέλικτη προσαρμογή των ιδιοτήτων, προσοχή στην επιστημονική έρευνα και την πρακτική εφαρμογή.

Προετοιμασία των υλικών

Ανθρακούχες πρώτες ύλες

Τα βασικά υλικά άνθρακα των πάστα ηλεκτροδίων είναι ο οπτάνθρακας πετρελαίου, ο οπτάνθρακας ασφάλτου και ο γραφίτης. Ο πετρελαϊκός οπτάνθρακας έχει υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, λιγότερες ακαθαρσίες και χαμηλότερη ειδική αντίσταση μετά την πύρωση σε υψηλή θερμοκρασία. Το κοκ ασφάλτου έχει υψηλή μηχανική αντοχή και καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, η οποία μπορεί να ενισχύσει τη σταθερότητα του ηλεκτροδίου. Απορρίμματα γραφίτη έχει εξαιρετική ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα, η οποία μπορεί να βελτιώσει τη μεταφορά θερμότητας και την απόδοση της μεταφοράς ηλεκτρονίων. Στην πραγματικότητα, ανάλογα με τη χρήση της πάστας ηλεκτροδίων, η αναλογία τους ρυθμίζεται με ακρίβεια.

Φάκελος

Άνθρακας άσφαλτος είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο συνδετικό υλικό. Θερμαίνεται σε μια ορισμένη θερμοκρασία, μετατρέπεται από στερεό σε υγρό, επικαλύπτοντας ομοιόμορφα τα σωματίδια άνθρακα και επιτρέποντάς τους να συνδεθούν σφιχτά. Το σημείο μαλάκυνσης της άσφαλτου άνθρακα καθορίζει το εύρος θερμοκρασίας ροής μαλάκυνσης. Και το κατάλληλο σημείο μαλάκυνσης της επιτρέπει να διεισδύσει πλήρως στην πρώτη ύλη όταν θερμαίνεται. Παρέχει επαρκή αντοχή συγκόλλησης μετά την ψύξη και διατηρεί το σχήμα και τη δομή της πάστας ηλεκτροδίου. Η τιμή κοκκοποίησης αντικατοπτρίζει την ικανότητα κοκκοποίησης σε υψηλές θερμοκρασίες. Και η υψηλότερη τιμή κοκκοποίησης συμβάλλει στη βελτίωση της μηχανικής αντοχής και της ηλεκτρικής αγωγιμότητας της πάστας ηλεκτροδίου σε υψηλή θερμοκρασία.

Πρόσθετα

Για να βελτιστοποιηθεί η απόδοση της πάστας ηλεκτροδίων, προστίθενται μερικές φορές ειδικά πρόσθετα. Η σκόνη χαλκού, η σκόνη αλουμινίου και άλλη μεταλλική σκόνη λόγω της καλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας, μετά την προσθήκη μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Τα υλικά ινών, όπως οι ίνες άνθρακα, μπορούν να ενισχύσουν τη μηχανική αντοχή. Έτσι ώστε η πάστα ηλεκτροδίου να μην είναι εύκολο να σπάσει όταν υποβάλλεται σε εξωτερικές δυνάμεις. Τα αντιοξειδωτικά μπορούν να βελτιώσουν την αντιοξειδωτική ικανότητα σε υψηλές θερμοκρασίες και να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής. Ωστόσο, ο τύπος και η ποσότητα των προσθέτων θα πρέπει να υποβάλλονται σε μεγάλο αριθμό πειραμάτων και αυστηρών δοκιμών ώστε να μην επηρεάζονται άλλες ιδιότητες.

Προετοιμασία πάστας άνθρακα Βήμα

Ζυγίστε το τόνερ και την κόλλα

Ζυγίστε τη σκόνη άνθρακα και τα συγκολλητικά σύμφωνα με τον προσεκτικά σχεδιασμένο τύπο. Χρησιμοποιήστε ηλεκτρονικό ζυγό υψηλής ακρίβειας για την ακριβή ζύγιση των πρώτων υλών άνθρακα και των συγκολλητικών ουσιών. Κατά τη ζύγιση, ελέγχετε αυστηρά τις περιβαλλοντικές συνθήκες για να αποφύγετε την υγροσκοπικότητα ή την αλλοίωση των πρώτων υλών άνθρακα λόγω μεταβολών της θερμοκρασίας και της υγρασίας. Και λειτουργήστε τις πρώτες ύλες εύκολης υγροσκοπικότητας σε ξηρό περιβάλλον και επεξεργαστείτε το συντομότερο δυνατό. Τακτική βαθμονόμηση της ζυγαριάς για τη διασφάλιση της ακριβούς ζύγισης. Διαφορετικά σενάρια εφαρμογής οι απαιτήσεις απόδοσης πάστας ηλεκτροδίων είναι διαφορετικές, πρέπει να εξετάσετε τη χρήση του περιβάλλοντος, την απόδοση και το κόστος για να καθορίσετε τον καλύτερο τύπο.

Μικτή άλεση

Αναμείξτε και αλέστε τις μετρημένες πρώτες ύλες και τα συγκολλητικά σε ένα μίξερ υψηλής ταχύτητας ή σε μια ισχυρή μηχανή ζύμωσης. Αρχικά, ανακατέψτε σε χαμηλή ταχύτητα για 10-15 λεπτά για να διασκορπιστούν αρχικά τα μεγάλα σωματίδια. Στη συνέχεια, αυξήστε την ταχύτητα και θερμάνετε σε 150-180 ℃, αφήστε την πίσσα άνθρακα να μαλακώσει και να τυλίξει τα σωματίδια άνθρακα. Και συνεχίστε να ανακατεύετε για 30-45 λεπτά. Το πλήρως αναδευμένο μείγμα μεταφέρεται επίσης στον σφαιρόμυλο και σε άλλο εξοπλισμό για 2-4 ώρες. Για να βελτιωθούν τα σωματίδια άνθρακα, να δεσμευτεί σφιχτά η κόλλα και να βελτιωθεί η ομοιομορφία και η σταθερότητα της πάστας άνθρακα.

Διαδικασία σχηματισμού ηλεκτροδίου με πάστα άνθρακα

Μέθοδος πλήρωσης με το χέρι

Η μέθοδος πλήρωσης με το χέρι είναι μια απλή και άμεση μέθοδος σχηματισμού ηλεκτροδίων. Πρώτον, καθαρίστε την προετοιμασμένη μήτρα ηλεκτροδίου (όπως γυάλινο ηλεκτρόδιο άνθρακα) και στεγνώστε το με άζωτο. Στη συνέχεια, πάρτε κατάλληλη ποσότητα προετοιμασμένης πάστας άνθρακα. Και γεμίστε προσεκτικά με την πάστα άνθρακα στην επιφάνεια της βάσης του ηλεκτροδίου ή σε ένα συγκεκριμένο αυλάκι με τσιμπιδάκια ή γυάλινες ράβδους. Κατά την πλήρωση, η πάστα άνθρακα θα πρέπει να κατανέμεται ομοιόμορφα όσο το δυνατόν περισσότερο για να αποφεύγονται τρύπες ή ανομοιόμορφο πάχος. Μετά την πλήρωση, πιέστε απαλά την πάστα άνθρακα με το δάχτυλό σας ή ένα εργαλείο για να συνδεθεί σφιχτά με τη βάση του ηλεκτροδίου. Αυτή η μέθοδος είναι εύκολη στη λειτουργία, δεν απαιτείται ειδικός εξοπλισμός, αλλά η εμπειρία του χειριστή είναι υψηλή. Και η συνοχή του ηλεκτροδίου μετά τη διαμόρφωση είναι σχετικά φτωχή.

Μέθοδος σχηματισμού καλουπιών

Η μέθοδος σχηματισμού καλουπιού μπορεί να προετοιμάσει ηλεκτρόδια πάστας άνθρακα με κανονικό σχήμα, ακριβές μέγεθος και καλή συνοχή. Πρώτον, ανάλογα με το επιθυμητό σχήμα και μέγεθος του ηλεκτροδίου, επιλέξτε ή προσαρμόστε το κατάλληλο καλούπι, όπως το καλούπι PTFE. Αφού καθαριστεί και στεγνώσει το καλούπι, εφαρμόστε ομοιόμορφα ένα στρώμα παράγοντα αποδέσμευσης στην επιφάνεια του καλουπιού για μετέπειτα αποδέσμευση. Στη συνέχεια, γεμίστε την πάστα άνθρακα στην κοιλότητα του καλουπιού και το εργαλείο συμπιέζει την πάστα άνθρακα. Για να διασφαλίσετε ότι η πάστα άνθρακα γεμίζει πλήρως το καλούπι και η επιφάνεια είναι επίπεδη. Στη συνέχεια, το καλούπι με την πάστα άνθρακα τοποθετείται σε συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης για σκλήρυνση. (Εάν χρησιμοποιείται συνδετικό υλικό που πρέπει να σκληρυνθεί, όπως η εποξειδική ρητίνη). Μετά τη σκλήρυνση, ανοίξτε προσεκτικά το καλούπι και αφαιρέστε το σχηματισμένο ηλεκτρόδιο από πάστα άνθρακα. Αυτή η μέθοδος είναι κατάλληλη για σενάρια προετοιμασίας και εφαρμογής μεγάλης κλίμακας που απαιτούν υψηλή ακρίβεια σχήματος και διαστάσεων του ηλεκτροδίου.

Μετα-επεξεργασία ηλεκτροδίου πάστας άνθρακα

Λείανση και στίλβωση επιφανειών

Η επιφάνεια του σχηματιζόμενου ηλεκτροδίου πάστας άνθρακα μπορεί να είναι ανομοιόμορφη ή τραχιά. Αυτό θα επηρεάσει την ηλεκτροχημική απόδοση και την αναπαραγωγιμότητα του ηλεκτροδίου. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να λειανθεί και να γυαλιστεί η επιφάνεια του ηλεκτροδίου. Αρχικά, η επιφάνεια του ηλεκτροδίου λειαίνεται με γυαλόχαρτο για να αφαιρεθούν τα εμφανή εξογκώματα και τα ανώμαλα μέρη. (Από χονδρόκοκκο σε λεπτόκοκκο, όπως 200 ματιών, 400 ματιών, 800 ματιών, 1200 ματιών κ.λπ.) Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας λείανσης, θα πρέπει να δώσετε προσοχή στη διατήρηση της ομοιόμορφης δύναμης στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου. Για να αποφύγετε την καταστροφή του στρώματος της πάστας άνθρακα. Στη συνέχεια, γυαλίστε το ηλεκτρόδιο χρησιμοποιώντας ένα πανί στίλβωσης και πάστα στίλβωσης (όπως πάστα στίλβωσης αλουμίνας). Για να επιτύχετε εφέ καθρέφτη στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου. Η γυαλισμένη επιφάνεια του ηλεκτροδίου είναι πιο λεία, η οποία μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά το ρεύμα υποβάθρου του ηλεκτροδίου και να βελτιώσει την ευαισθησία και τη σταθερότητα απόκρισης του ηλεκτροδίου.

Καθαρισμός και ενεργοποίηση

Τα λειαντικά σωματίδια, η πάστα στίλβωσης και άλλες ακαθαρσίες μπορεί να παραμείνουν στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου μετά τη λείανση και τη στίλβωση και πρέπει να καθαριστούν. Μουλιάστε τα ηλεκτρόδια σε άνυδρη αιθανόλη για 5-10 λεπτά καθαρισμού με υπερήχους, στη συνέχεια ξεπλύνετε με απιονισμένο νερό και στη συνέχεια στεγνώστε με άζωτο. Το καθαρισμένο ηλεκτρόδιο πρέπει επίσης να ενεργοποιηθεί για να βελτιωθεί η ηλεκτροχημική δραστηριότητα του ηλεκτροδίου. Η μέθοδος ενεργοποίησης χρησιμοποιεί συνήθως ηλεκτροχημική κυκλική βολταμμετρία για τη σάρωση του ηλεκτροδίου αρκετές φορές με συγκεκριμένο ρυθμό σάρωσης (όπως 50mV/s) σε συγκεκριμένο ηλεκτρολύτη. Έτσι, σχηματίζεται ένα σταθερό ενεργό κέντρο στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου, βελτιστοποιώντας έτσι την ηλεκτροχημική απόδοση του ηλεκτροδίου.

Επιθεώρηση ποιότητας και αξιολόγηση επιδόσεων

Επιθεώρηση εμφάνισης

Ελέγξτε την εμφάνιση του ηλεκτροδίου με γυμνό μάτι και μικροσκόπιο. Ελέγξτε με γυμνό μάτι αν το συνολικό σχήμα του ηλεκτροδίου είναι κανονικό. Εάν η πάστα άνθρακα είναι πλήρης και εάν υπάρχουν ρωγμές, τρύπες ή πτώσεις. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το μικροσκόπιο για να παρατηρήσετε τη μικροσκοπική δομή της πάστας άνθρακα. Όπως εάν η κατανομή της σκόνης γραφίτη άνθρακα είναι ομοιόμορφη και η κατάσταση της συγκολλητικής επικάλυψης. Η επιφάνεια του ηλεκτροδίου υψηλής ποιότητας θα πρέπει να είναι λεία και η πάστα άνθρακα θα πρέπει να συνδυάζεται στενά με τη μήτρα χωρίς εμφανή ελαττώματα.

Δοκιμή ηλεκτροχημικών επιδόσεων

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον ηλεκτροχημικό σταθμό εργασίας για να ελέγξετε την απόδοση των ηλεκτροδίων πάστας άνθρακα. Οι συνήθεις μέθοδοι περιλαμβάνουν την κυκλική βολταμμετρία (CV), τη διαφορική παλμική βολταμμετρία (DPV) και τη φασματοσκοπία σύνθετης αντίστασης AC (EIS). Το CV μελετά τη συμπεριφορά REDOX του ηλεκτροδίου, μετρά την απόκριση ρεύματος σε διαφορετικά δυναμικά, προσδιορίζει το δυναμικό κορυφής REDOX και το ρεύμα. Και αξιολογεί την καταλυτική απόδοση συγκεκριμένων ουσιών. Η DPV έχει υψηλή ευαισθησία, αναλύοντας την αλλαγή ρεύματος υπό δυναμικό παλμού για την ανίχνευση ουσιών χαμηλής συγκέντρωσης. Το EIS μελετά τη μεταφορά φορτίου και την εσωτερική αντίσταση της διεπιφάνειας ηλεκτροδίου/διαλύματος, μετρά τη σύνθετη αντίσταση εναλλασσόμενου ρεύματος διαφορετικών συχνοτήτων για να λάβει παραμέτρους ισοδύναμου κυκλώματος. Και αξιολογεί την απόδοση της διεπαφής και την ικανότητα μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Συμπέρασμα

Η παραγωγή του ηλεκτροδίου πάστας άνθρακα έχει πολλά στάδια και πολύπλοκους παράγοντες επιρροής. Από την επιλογή του υλικού, την προετοιμασία, τη μορφοποίηση, τη μετεπεξεργασία και την αξιολόγηση των επιδόσεων, κάθε κρίκος είναι κρίσιμος. Ο λογικός έλεγχος των παραμέτρων μπορεί να παράγει ηλεκτρόδια υψηλής ποιότητας και η μελλοντική διαδικασία παραγωγής θα συνεχίσει να βελτιστοποιείται και να καινοτομεί.