一种陶瓷-金属复合惰性阳极及其制备方法和应用

本发明属于电解铝用惰性阳极的复合制造，涉及一种陶瓷-金属复合惰性阳极，尤其涉及一种陶瓷-金属复合惰性阳极及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前铝电解工业广泛使用预焙碳阳极。碳阳极通过钢爪、铸铁浇注层与碳块上预制的盲孔实现与导电金属导杆的机械固定与导电连接。上述结构虽能满足碳阳极的更换与导电需求，但碳阳极在电解过程中持续消耗，并产生大量co2等温室气体，已难以满足铝电解行业低碳化、长寿命和绿色化的发展需求。

2、陶瓷-金属复合惰性阳极由于具有较好的抗冰晶石基熔盐腐蚀能力、尺寸稳定性和不消耗特性，被认为是替代碳阳极的重要方向。其中，铁酸镍（nife2o4）基陶瓷在铝电解熔盐体系中具有较好的耐腐蚀潜力，被广泛研究和应用尝试。然而，陶瓷-金属复合惰性阳极在工程化推广中仍面临导杆连接、界面电阻、热膨胀失配和机械吊装可靠性等共性技术难题。

3、现有陶瓷-金属复合惰性阳极与导电金属导杆的连接方式主要包括钻孔后插入导电金属导杆并填充金属或合金、钎焊连接、扩散焊连接、表面金属化后螺纹连接以及中间合金锭连接等。上述方式虽然能够在一定程度上实现导电连接，但仍存在以下不足，从而制约陶瓷-金属复合惰性阳极工程化：

4、（1）陶瓷材料脆性较高，烧结后通过钻孔、攻丝、铣削锯齿或加工复杂内腔的方式形成连接结构，极易在加工过程中产生微裂纹、崩边和齿根缺陷，严重降低成品率和服役可靠性；

5、（2）熔融金属与铁酸镍基陶瓷之间的润湿性较差，简单重力浇注工艺难以充分填充阳极内腔的细小凹槽或倒扣结构，界面易产生气孔、缩孔和分层，宏观结合强度不足；

6、（3）单纯依靠界面润湿、钎焊或摩擦配合时，在阳极吊装、电解过程的高电流密度、热循环和高温熔盐环境下，金属-陶瓷界面容易产生松动、剥离或拉脱，导致接触电阻显著增大、阳极脱落甚至电解槽事故；

7、（4）顶部导杆连接部若完全依赖二次机加工，不仅增加制造成本和工序，而且易破坏已形成的金属-陶瓷界面，并难以保证螺纹精度和接触可靠性；

8、（5）金属芯与陶瓷外壳之间的热膨胀系数差异较大，冷却及热循环过程中，在尖角、齿根和金属-陶瓷界面处易产生应力集中，导致开裂和界面分离。

9、因此，如何提供一种新的制备方法以解决上述难题，从而显著提高陶瓷-金属复合惰性阳极的抗拉脱能力、导电稳定性、热循环服役可靠性以及制备成品率，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种陶瓷-金属复合惰性阳极及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法，有利于提高熔渗充满率和界面结合可靠性，降低界面电阻和接触电阻，从而提升陶瓷-金属复合惰性阳极的抗拉脱能力、导电稳定性和热循环服役可靠性，且具有高的制备成品率。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种陶瓷-金属复合惰性阳极的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、制备外侧面具有凸齿结构的可去除成形芯，将铁酸镍基陶瓷粉体在所述可去除成形芯的侧壁和底壁一次成形陶瓷坯体；s2、去除所述可去除成形芯，对所述陶瓷坯体进行脱脂和预烧结，得到具有连通孔隙和中心空腔的陶瓷预制件；s3、将所述陶瓷预制件装入型壳模具，熔融导电金属进行一次同步熔渗填充，熔渗于所述连通孔隙和填充于所述中心空腔，得到所述陶瓷-金属复合惰性阳极。

5、所述陶瓷预制件的内表面具有与所述可去除成形芯的凸齿结构匹配的抗拉脱啮合凹槽。

6、本发明通过在外侧面具有凸齿结构的可去除成形芯的侧壁和底壁一次成形陶瓷坯体，当去除可去除成形芯时，使得陶瓷预制件的内表面具有与可去除成形芯的凸齿结构匹配的抗拉脱啮合凹槽，当熔融导电金属进行一次同步熔渗填充后，得到的导电金属芯具有与可去除成形芯一致的凸齿结构，使得导电金属芯和陶瓷预制件之间形成抗拉脱机械啮合部，该结构可承担陶瓷-金属复合惰性阳极的自重和吊装载荷，避免金属-陶瓷界面产生松动、剥离或拉脱，从而提升陶瓷-金属复合惰性阳极的抗拉脱能力，有效避免接触电阻显著增大、阳极脱落甚至电解槽事故。

7、此外，借助该可去除成形芯可使陶瓷坯体/陶瓷预制件一次成形带抗拉脱啮合凹槽的中心空腔，可以避免陶瓷预烧结后再进行机械加工而导致的裂纹、崩边和齿根缺陷，有利于提升制备成品率。

8、本发明得到的陶瓷预制件具有连通孔隙，熔融导电金属进行一次同步熔渗填充时熔渗于连通孔隙，可以形成金属-陶瓷熔渗过渡层，缓解金属-陶瓷之间的热膨胀失配，显著降低界面分离与开裂风险，并降低金属-陶瓷之间的界面电阻和接触电阻，提升陶瓷-金属复合惰性阳极的导电稳定性和热循环服役可靠性。

9、需要说明的是，抗拉脱啮合凹槽能够在轴向拉脱方向上对导电金属芯形成几何阻挡的倒扣面、侧向限位面和齿状限位面。

10、优选地，所述抗拉脱啮合凹槽沿轴向间隔布置和/或沿周向连续布置。

11、优选地，所述抗拉脱啮合凹槽的齿形包括环形倒扣槽、燕尾槽、t形槽、棘齿槽、轴向间隔齿槽或螺旋槽中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括环形倒扣槽和燕尾槽的组合，t形槽和棘齿槽的组合，轴向间隔齿槽和螺旋槽的组合，环形倒扣槽、燕尾槽和t形槽的组合，棘齿槽、轴向间隔齿槽和螺旋槽的组合，环形倒扣槽、燕尾槽、t形槽和棘齿槽的组合，环形倒扣槽、燕尾槽、t形槽、棘齿槽和轴向间隔齿槽的组合，环形倒扣槽、燕尾槽、t形槽、棘齿槽、轴向间隔齿槽和螺旋槽的组合等。

12、优选地，所述抗拉脱啮合凹槽为非对称倒扣式结构，具有面向所述陶瓷预制件顶部的承重倒扣面和面向所述陶瓷预制件底部的导流斜面。

13、本发明中，抗拉脱啮合凹槽优选为非对称倒扣式结构，具有面向陶瓷预制件顶部的承重倒扣面和陶瓷预制件底部的导流斜面。在熔融导电金属进行一次同步熔渗填充时，导流斜面起到引导熔融导电金属向上爬升、减少齿槽顶部气体滞留的作用；在陶瓷-金属复合惰性阳极的吊装和服役阶段，承重倒扣面在轴向拉脱方向上对导电金属芯形成几何阻挡，使轴向载荷由金属-陶瓷界面的粘结承载或摩擦承载转变为机械啮合承载。抗拉脱啮合凹槽的非对称倒扣式结构可有效解决在熔盐体系中长期吊装与热循环工况下的抗拉脱失效模式。

14、优选地，所述承重倒扣面与所述陶瓷预制件轴线的夹角大于所述导流斜面与所述陶瓷预制件轴线的夹角。

15、优选地，所述承重倒扣面与所述陶瓷预制件轴线的夹角为60°~90°，且不为90°，例如可以是60°、65°、70°、75°、80°或85°等。

16、优选地，所述导流斜面与所述陶瓷预制件轴线的夹角为15°~60°，且不为60°，例如可以是15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°或55°等。

17、优选地，所述抗拉脱啮合凹槽的齿高为0.5mm~20mm，例如可以是0.5mm、1mm、2mm、5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、18mm或20mm等。

18、优选地，所述抗拉脱啮合凹槽的齿距为1mm~40mm，例如可以是1mm、2mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm或40mm等。

19、优选地，所述抗拉脱啮合凹槽的齿根处设有半径为0.2mm~5mm的过渡圆角。

20、示例性地，过渡圆角的半径可以是0.2mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm等。

21、优选地，所述陶瓷预制件的外表面工作区域的开口孔隙率低于所述陶瓷预制件的中心空腔内壁区域的开口孔隙率。

22、本发明中，通过分层装粉、内壁涂覆可熔渗浆料、局部加入造孔剂或局部控制烧结致密度等方式，使得陶瓷预制件的外表面工作区域的开口孔隙率低于陶瓷预制件的中心空腔内壁区域的开口孔隙率。

23、本发明中，外表面工作区域较低的开口孔隙率有利于形成耐熔盐腐蚀工作层，中心空腔内壁区域较高的开口孔隙率有利于提高熔渗充满率、熔渗深度和界面结合强度，从而通过形成金属-陶瓷熔渗过渡层，缓解金属-陶瓷之间的热膨胀失配，显著降低界面分离与开裂风险，并降低金属-陶瓷之间的界面电阻和接触电阻，提升陶瓷-金属复合惰性阳极的导电稳定性。

24、优选地，所述陶瓷预制件的外表面工作区域的开口孔隙率为1%~15%，例如可以是1%、3%、5%、8%、10%、12%或15%等，优选为3%~10%。

25、优选地，所述陶瓷预制件的中心空腔内壁区域的开口孔隙率为3%~35%，例如可以是3%、5%、10%、15%、20%、25%、30%或35%等。

26、优选地，所述外表面工作区域与所述中心空腔内壁区域之间具有开口孔隙率呈梯度式增加的过渡区域。

27、优选地，所述铁酸镍基陶瓷粉体包括nife2o4基粉体、nife2o4-nio基粉体、nife2o4-cuo基粉体或nife2o4-nio-cuo基粉体中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括nife2o4基粉体和nife2o4-nio基粉体的组合，nife2o4-cuo基粉体和nife2o4-nio-cuo基粉体的组合，nife2o4基粉体、nife2o4-nio基粉体和nife2o4-cuo基粉体的组合，nife2o4基粉体、nife2o4-nio基粉体、nife2o4-cuo基粉体和nife2o4-nio-cuo基粉体的组合等。

28、优选地，所述铁酸镍基陶瓷粉体还包括掺杂ti源。

29、本发明中，向铁酸镍基陶瓷粉体中掺杂ti源，ti源能够通过固溶、晶界富集、内壁界面富集等方式存在，显著改善熔融导电金属对陶瓷预制件的润湿性，降低熔渗气孔率和金属-陶瓷界面接触电阻。

30、优选地，所述掺杂ti源包括tio2、tic、tin、金属ti粉或钛酸盐中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括tio2和tic的组合，tin和金属ti粉的组合，tio2、tic和tin的组合，tin、金属ti粉和钛酸盐的组合，tio2、tic、tin和金属ti粉的组合，tio2、tic、tin、金属ti粉和钛酸盐的组合等。

31、优选地，所述掺杂ti源中的ti元素的摩尔量为所述铁酸镍基陶瓷粉体中的ni元素的摩尔量的0.5%~25%，例如可以是0.5%、1%、5%、10%、15%、20%或25%等。

32、优选地，所述陶瓷坯体的原料还包括粘结剂。

33、优选地，所述粘结剂包括聚乙烯醇。

34、优选地，所述粘结剂的质量为所述铁酸镍基陶瓷粉体质量的0.1%~10%，例如可以是0.1%、0.5%、1%、2%、5%、8%或10%等。

35、优选地，所述陶瓷坯体的原料还包括烧结助剂和/或润湿促进剂。

36、优选地，所述烧结助剂包括cuo、coo、mno2、cr2o3、al2o3、zro2中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括cuo和coo的组合，mno2和cr2o3的组合，al2o3和zro2的组合，cuo、coo和mno2的组合，cr2o3、al2o3和zro2的组合，cuo、coo、mno2和cr2o3的组合，cuo、coo、mno2、cr2o3和al2o3的组合，cuo、coo、mno2、cr2o3、al2o3和zro2的组合等。

37、优选地，所述润湿促进剂包括cuo、coo、mno2、cr2o3、al2o3、zro2中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括cuo和coo的组合，mno2和cr2o3的组合，al2o3和zro2的组合，cuo、coo和mno2的组合，cr2o3、al2o3和zro2的组合，cuo、coo、mno2和cr2o3的组合，cuo、coo、mno2、cr2o3和al2o3的组合，cuo、coo、mno2、cr2o3、al2o3和zro2的组合等。

38、优选地，所述烧结助剂和所述润湿促进剂的质量分别独立地为所述铁酸镍基陶瓷粉体质量的0.1%~10%，例如可以是0.1%、0.5%、1%、2%、5%、8%或10%等。

39、优选地，所述陶瓷坯体的一次成形的方式包括等静压成形、凝胶注模、注浆成形或注射成形中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括等静压成形和凝胶注模的组合，注浆成形和注射成形的组合，等静压成形、凝胶注模和注浆成形的组合，等静压成形、凝胶注模、注浆成形和注射成形的组合等。

40、优选地，所述可去除成形芯包括可烧失树脂芯、蜡芯、聚甲基丙烯酸甲酯芯、可溶盐芯、水溶性陶瓷芯、可破碎陶瓷芯、增材制造可去除型芯或分瓣组合型芯中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括可烧失树脂芯和蜡芯的组合，聚甲基丙烯酸甲酯芯和可溶盐芯的组合，水溶性陶瓷芯和可破碎陶瓷芯的组合，增材制造可去除型芯和分瓣组合型芯的组合，可烧失树脂芯、蜡芯和聚甲基丙烯酸甲酯芯的组合，可烧失树脂芯、蜡芯、聚甲基丙烯酸甲酯芯和可溶盐芯的组合，可烧失树脂芯、蜡芯、聚甲基丙烯酸甲酯芯、可溶盐芯和水溶性陶瓷芯的组合，可烧失树脂芯、蜡芯、聚甲基丙烯酸甲酯芯、可溶盐芯、水溶性陶瓷芯和可破碎陶瓷芯的组合，可烧失树脂芯、蜡芯、聚甲基丙烯酸甲酯芯、可溶盐芯、水溶性陶瓷芯、可破碎陶瓷芯和增材制造可去除型芯的组合，可烧失树脂芯、蜡芯、聚甲基丙烯酸甲酯芯、可溶盐芯、水溶性陶瓷芯、可破碎陶瓷芯、增材制造可去除型芯和分瓣组合型芯的组合等。

41、优选地，所述可去除成形芯的去除方式包括热分解烧除、水溶、盐溶、机械破碎或化学溶解中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括热分解烧除和水溶的组合，盐溶和机械破碎的组合，热分解烧除、水溶和盐溶的组合，盐溶、机械破碎和化学溶解的组合，热分解烧除、水溶、盐溶和机械破碎的组合，热分解烧除、水溶、盐溶、机械破碎和化学溶解的组合等。

42、优选地，所述脱脂的温度为300℃~700℃，例如可以是300℃、400℃、500℃、600℃或700℃等。

43、优选地，所述脱脂的时间为1h~5h，例如可以是1h、2h、3h、4h或5h等。

44、优选地，所述预烧结在含氧气氛中进行，优选为在空气气氛中进行。

45、优选地，所述预烧结的温度为1000℃~1500℃，例如可以是1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃或1500℃等。

46、优选地，所述预烧结的升温速率为1℃/min~10℃/min，例如可以是1℃/min、2℃/min、5℃/min、8℃/min或10℃/min等。

47、优选地，所述预烧结的时间为1h~5h，例如可以是1h、2h、3h、4h或5h等。

48、优选地，所述预烧结前，还包括对脱脂后的陶瓷预制件的中心空腔表层涂覆造孔剂浆料。

49、优选地，所述造孔剂浆料中的造孔剂包括淀粉、石墨、木质素、聚甲基丙烯酸甲酯微球、纳米碳、聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）或纤维素粉中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括淀粉和石墨的组合，木质素和聚甲基丙烯酸甲酯微球的组合，淀粉、石墨和纳米碳的组合，淀粉、pmma和纳米碳的组合，淀粉、石墨、木质素和纤维素粉的组合等。

50、优选地，所述型壳模具设有底部或侧下部进液通道，所述熔融导电金属由所述陶瓷预制件底部向所述陶瓷预制件顶部进行一次同步熔渗填充。

51、优选地，所述型壳模具的底部或侧下部进液通道设有过滤网、陶瓷泡沫过滤器或挡渣缓流结构。

52、优选地，型壳模具还具有与型壳内部熔渗型腔、陶瓷预制件的中心空腔最高点连通的顶部排气通道，且与抗拉脱啮合凹槽的承重倒扣面下方的易滞气区域连通。

53、本发明中，熔融导电金属自下而上平稳推进，避免顶部进液时熔融导电金属对中心空腔气体的封闭；顶部排气通道与型壳内部熔渗型腔、中心空腔最高点及抗拉脱啮合凹槽的承重倒扣面下方的易滞气区域连通，可最大限度地排出残余气体。

54、优选地，所述型壳模具顶部设有带螺纹的占位芯或占位壳。

55、优选地，所述型壳模具顶部设有带螺纹的占位芯时，所述熔融导电金属进行一次同步熔渗填充时形成内螺纹孔形状的导杆连接部。

56、优选地，所述型壳模具顶部设有带螺纹的占位壳时，所述熔融导电金属进行一次同步熔渗填充时形成外螺纹凸台形状的导杆连接部。

57、优选地，所述型壳模具顶部设有带螺纹的占位壳时，向所述占位壳中预置外螺纹凸台嵌件，所述熔融导电金属进行一次同步熔渗填充时包覆所述预置外螺纹凸台嵌件，形成外螺纹凸台形状的导杆连接部。

58、本发明中，通过上述方式直接得到导杆连接部，既可以避免在陶瓷部件上直接加工螺纹时易开裂的风险，也可以避免铸造螺纹精度不足的问题，还可以显著提高导杆连接部在高温大电流工况下的可靠性。

59、优选地，所述预置外螺纹凸台嵌件的材质与所述熔融导电金属的材质相同。

60、优选地，所述预置外螺纹凸台嵌件的下端具有环形槽、横向通孔、燕尾凸缘、滚花表面、防转平面或粗糙化表面中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括环形槽和横向通孔的组合，燕尾凸缘和滚花表面的组合，防转平面和粗糙化表面的组合，环形槽、横向通孔和燕尾凸缘的组合，滚花表面、防转平面和粗糙化表面的组合，环形槽、横向通孔、燕尾凸缘和滚花表面的组合，环形槽、横向通孔、燕尾凸缘、滚花表面和防转平面的组合，环形槽、横向通孔、燕尾凸缘、滚花表面、防转平面或粗糙化表面的组合等。

61、本发明中，预置外螺纹凸台嵌件的下端具有上述结构或特征，可以使熔融导电金属凝固后包覆并嵌入预置外螺纹凸台嵌件的下端，从而形成防拔出和/或防转动的多级机械锁合连接。

62、优选地，所述熔融导电金属包括cu、ni或fe中的任意一种纯金属或至少两种金属构成的合金。

63、示例性地，合金可以是cu-ni合金、ni-fe合金、cu-fe合金或cu-ni-fe合金。

64、优选地，所述熔融导电金属中还包括活性元素。

65、优选地，所述活性元素包括ti、zr、cr、mn、al、si、b或c中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括ti和zr的组合，cr和mn的组合，al和si的组合，si和b的组合，ti、zr和cr的组合，mn、al和si的组合，ti、zr、cr和mn的组合，ti、zr、cr、mn和al的组合，ti、zr、cr、mn、al和si的组合，ti、zr、cr、mn、al、si和b的组合，ti、zr、cr、mn、al、si、b和c的组合等。

66、本发明中，熔融导电金属中包括上述活性金属，有利于改善熔融导电金属对陶瓷预制件的润湿性，降低熔渗气孔率和金属-陶瓷界面接触电阻。

67、优选地，所述活性元素的质量为所述熔融导电金属的质量的0.01%~5%，例如可以是0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1%、2%或5%等。

68、优选地，所述熔融导电金属的温度高于液相线温度30℃~300℃，例如可以是30℃、50℃、100℃、150℃、200℃、250℃或300℃等。

69、优选地，所述一次同步熔渗填充在真空抽气与惰性气体加压的联合辅助下进行。

70、优选地，所述惰性气体加压的压力为0.05mpa~5mpa，例如可以是0.05mpa、0.1mpa、0.5mpa、1mpa、2mpa、3mpa、4mpa或5mpa等。

71、优选地，所述惰性气体加压的时间为5min~180min，例如可以是5min、8min、10min、12min、15min或18min等。

72、优选地，将所述陶瓷预制件装入型壳模具前，还包括对所述陶瓷预制件进行预处理。

73、优选地，所述预处理包括喷砂、激光织构、活性金属化涂覆或活性粉体浆料涂覆中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括喷砂和激光织构的组合，活性金属化涂覆和活性粉体浆料涂覆的组合，喷砂、激光织构和活性金属化涂覆的组合，喷砂、激光织构、活性金属化涂覆和活性粉体浆料涂覆的组合等。

74、本发明中，通过上述预处理方式，可以提高熔融导电金属对陶瓷预制件的润湿性和熔渗深度。

75、优选地，所述预处理的位置包括所述中心空腔内壁区域、所述外表面工作区域或所述连通孔隙中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括中心空腔内壁区域和外表面工作区域的组合、外表面工作区域和连通孔隙的组合、中心空腔内壁区域和连通孔隙的组合、中心空腔内壁区域、外表面工作区域和连通孔隙的组合等。

76、将所述陶瓷预制件装入型壳模具后，进行所述一次同步熔渗填充前，还包括对所述陶瓷预制件进行预热处理。

77、优选地，所述预热处理在真空或惰性气氛下进行。

78、优选地，所述预热处理的升温速率为1℃/min~8℃/min，例如可以是1℃/min、2℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min或8℃/min等。

79、优选地，所述预热处理的温度为500℃~1100℃，例如可以是500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃或1100℃等。

80、优选地，所述预热处理的保温时间为0.5h~6h，例如可以是0.5h、1h、2h、3h、4h、5h或6h等。

81、优选地，所述预热处理的真空度≤10-2mpa，例如可以是10-2mpa、10-3mpa或10-4mpa等。

82、优选地，所述一次同步熔渗填充后，还包括使所述熔融导电金属凝固和补偿凝固收缩。

83、优选地，所述凝固为定向凝固，方向为自底部向顶部。

84、优选地，所述凝固的保压压力为0.1mpa~4mpa，例如可以是0.1mpa、0.5mpa、1mpa、2mpa、3mpa或4mpa等。

85、优选地，所述凝固的冷却速率为0.5℃/min~5℃/min，例如可以是0.5℃/min、1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min或5℃/min等。

86、需要说明的是，型壳模具具有与型壳内部熔渗型腔、陶瓷预制件的中心空腔最高点连通的顶部冒口或补缩腔，通过该顶部冒口或补缩腔进行补偿凝固收缩，避免缩孔集中于抗拉脱啮合凹槽处或金属-陶瓷界面。

87、优选地，所述凝固和补偿凝固收缩后，去除所述型壳模具，进行消除应力热处理和顶部密封处理，得到所述陶瓷-金属复合惰性阳极。

88、优选地，所述消除应力热处理在真空或惰性气氛中进行。

89、优选地，所述消除应力热处理的温度为300℃~900℃，例如可以是300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃或900℃等。

90、优选地，所述消除应力热处理的升温速率为1℃/min~5℃/min，例如可以是1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min或5℃/min等。

91、优选地，所述消除应力热处理的保温时间为0.5h~12h，例如可以是0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h等。

92、优选地，所述消除应力热处理的降温速率为0.5℃/min~3℃/min，例如可以是0.5℃/min、1℃/min、1.5℃/min、2℃/min、2.5℃/min或3℃/min等。

93、优选地，所述顶部密封处理的位置包括顶部金属暴露区、金属-陶瓷界面开口区或导杆连接部周围中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括顶部金属暴露区和金属-陶瓷界面开口区的组合，金属-陶瓷界面开口区和导杆连接部周围的组合，顶部金属暴露区和导杆连接部周围的组合，顶部金属暴露区、金属-陶瓷界面开口区和导杆连接部周围的组合等。

94、优选地，所述顶部密封处理包括设置耐氟化物腐蚀密封层。

95、优选地，所述耐氟化物腐蚀密封层包括氧化铝基密封层、氮化硼基隔离层、玻璃陶瓷密封层、陶瓷盖环或陶瓷-金属复合盖环中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氧化铝基密封层和氮化硼基隔离层的组合，玻璃陶瓷密封层和陶瓷盖环的组合，氧化铝基密封层、氮化硼基隔离层和玻璃陶瓷密封层的组合，玻璃陶瓷密封层、陶瓷盖环和陶瓷-金属复合盖环的组合，氧化铝基密封层、氮化硼基隔离层、玻璃陶瓷密封层和陶瓷盖环的组合，氧化铝基密封层、氮化硼基隔离层、玻璃陶瓷密封层、陶瓷盖环和陶瓷-金属复合盖环的组合等。

96、本发明中，通过在顶部设置耐氟化物腐蚀密封层，可以有效阻止熔盐蒸气、含氟气体和氧气沿金属-陶瓷界面开口区向内渗透，进一步提高陶瓷-金属复合惰性阳极的服役寿命。

97、第二方面，本发明提供了一种陶瓷-金属复合惰性阳极，所述陶瓷-金属复合惰性阳极由第一方面所述的制备方法制备得到；所述陶瓷-金属复合惰性阳极包括导电金属芯和陶瓷外壳；所述陶瓷外壳包括金属-陶瓷熔渗过渡层；所述导电金属芯和所述陶瓷外壳之间具有抗拉脱机械啮合部。

98、优选地，所述陶瓷-金属复合惰性阳极的顶部具有导杆连接部。

99、优选地，所述导杆连接部的形状包括外螺纹凸台和内螺纹孔。

100、第三方面，本发明提供了一种如第二方面所述的陶瓷-金属复合惰性阳极的应用，所述陶瓷-金属复合惰性阳极应用于铝电解领域。

101、本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

102、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

103、（1）本发明通过在外侧面具有凸齿结构的可去除成形芯的侧壁和底壁一次成形陶瓷坯体，当去除可去除成形芯时，使得陶瓷预制件的内表面具有与可去除成形芯的凸齿结构匹配的抗拉脱啮合凹槽，当熔融导电金属进行一次同步熔渗填充后，得到的导电金属芯具有与可去除成形芯一致的凸齿结构，使得导电金属芯和陶瓷预制件之间形成抗拉脱机械啮合部，该结构可承担陶瓷-金属复合惰性阳极的自重和吊装载荷，避免金属-陶瓷界面产生松动、剥离或拉脱，从而提升陶瓷-金属复合惰性阳极的抗拉脱能力，有效避免接触电阻显著增大、阳极脱落甚至电解槽事故。

104、（2）本发明借助可去除成形芯可使陶瓷坯体/陶瓷预制件一次成形带抗拉脱啮合凹槽的中心空腔，可以避免陶瓷预烧结后再进行机械加工而导致的裂纹、崩边和齿根缺陷，有利于提升制备成品率。

105、（3）本发明得到的陶瓷预制件具有连通孔隙，熔融导电金属进行一次同步熔渗填充时熔渗于连通孔隙，可以形成金属-陶瓷熔渗过渡层，缓解金属-陶瓷之间的热膨胀失配，显著降低界面分离与开裂风险，并降低金属-陶瓷之间的界面电阻和接触电阻，提升陶瓷-金属复合惰性阳极的导电稳定性和热循环服役可靠性。