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詳細說明

IrO2/Ta2O5 of Anode 銥/鉭氧化物複合陽極

銥/鉭氧化物複合陽極（IrO2/Ta2O5）是不溶性陽極中，最具革命性的發明；商業上稱為DSA（Dimensionally Stable Anode）尺寸安定陽極；具有優異的析氧電催化活性及電化學穩定性，氧過電位低，使用壽命長，能夠承受較高的陽極電流密度，性能優越，是目前電解(鍍)工業中最理想的析氧陽極。

IrO2/Ta2O5塗層中，IrO2是塗層具導電性的活性組分，主要起導電及電催化作用；而Ta2O5則是非導電性的惰性組分，化學穩定性很強，主要對IrO2塗層組分起穩定作用。利用SEM（Scanning Electron Microscope）掃瞄式電子顯微鏡觀察塗層的表面形態（見圖一及圖二），可以看出IrO2/Ta2O5塗層主要可分為較暗的緻密平坦區及比較白亮的晶粒析出區；緻密平坦區主要由非晶態的Ta2O5組成，而晶粒析出區則為富含IrO2的金紅石相晶態結構。


圖（一）IrO2/Ta2O5陽極SEM放大1000倍的表面形態		圖（二）IrO2/Ta2O5陽極SEM放大5000倍的表面形態

由EDS（Energy Dispersive Spectrometer）能量分散光譜儀分析顯示，白亮的晶粒中的IrO2含量高於塗層的IrO2含量；而緻密平坦區的Ta2O5含量則高於塗層的Ta2O5含量。這是由於在燒結過程中IrO2及Ta2O5在塗層表面偏析的結果，晶粒析出區的Ta2O5含量比較少，IrO2過飽和固熔後呈立方晶體或針狀結晶的金紅石相晶態結構析出，對電催化的性能起主要的作用；而緻密平坦區則由IrO2及Ta2O5的固熔體組成，對塗層的穩定性起較大的作用。

IrO2/Ta2O5塗層具有極佳的電化學穩定性，在0.5mol H2SO4溶液中測試，IrO2含量為20g/m2的陽極其陽極使用壽命可達200000 A‧hr以上。當然陽極的使用壽命也受到其他因素的影響，在中低陽極電流密度下使用時，塗層活性組分（IrO2）的電化學溶蝕是陽極損耗的主要因素。從銥的陽極電位-pH圖（見圖三）可看出在高pH值及高電位的情況下，塗層的IrO2組分會加速可溶解的IrO42-生成，造成陽極的電化學溶蝕；所幸在正常的情況下，陽極溶蝕的過程相當緩慢，所以IrO2/Ta2O5陽極可以有令人滿意的使用壽命。在這階段Ta2O5塗層組分具有很高的電化學穩定性，並不以溶蝕發生損耗，但是隨著電解(鍍)的進行IrO2活性塗層逐漸損耗、消失，陽極的陽極電位逐漸上升，陽極的析氧反應從塗層的表面逐漸遷移到塗層的內部，引起深層放電。深層放電時塗層內部析出的氧氣激烈沖擊塗層，破壞塗層與鈦基體的結合，形成空隙，電解(鍍)液隨著入侵擴散導致塗層與鈦基體剝離。在恒電流電解條件下，剩餘的塗層承受更大的電流密度，塗層惡化加劇，陽極電位急劇上升，陽極塗層呈機械性崩裂、剝落，在短期間內迅速損壞。

失效後的陽極表面（見圖四及圖五），塗層破損嚴重，露出基體鈦，殘留的塗層呈不連續的片狀分佈，與基體鈦結合不良，導電差。此時陽極表面尚殘留有一定數量的活性塗層，卻已不堪使用 (所有狀況均需於電子顯微鏡下觀測，實際肉眼觀看甚難看出差異)。

從塗層損耗的過程可以了解深層放電是陽極急劇損壞的最大因素；當陽極在中、低電流密度下使用時，活性塗層（IrO2）的電化學溶蝕過程非常緩慢，此時陽極是相當穩定，只在最後階段陽極表面的IrO2活性組分不足時才引起深層放電，陽極即迅速損壞。所以當在高電流密度下使用時，深層放電的現象將提早發生，陽極的使用壽命將會縮短。


圖（四）IrO2/Ta2O5陽極損壞失效後 SEM放大1000倍的表面形態			圖（五）IrO2/Ta2O5陽極損壞失效後 SEM放大10000倍的表面形態

此外有幾種因素也會造成陽極的急劇損壞；

1.	電解液中如有存在F－離子時，會造成基體鈦的化學溶蝕，破壞與塗層的結合引起塗層剝落。
2.	使用PR整流電源。在使用連續陽極電流電解時，塗層表面的活性組分（IrO2）優先損耗，Ta2O5塗層組分具有很高的陽極穩定性並不溶蝕損耗；但是在反向電流電解時Ta2O5塗層組分卻優先損耗，造成IrO2塗層組分失去Ta2O5塗層的穩定作用而加速損耗；所以在定期反向電流電解時，陽極的使用壽命將會隨著反向電流密度及反向時間的增加而縮短。
3.	在電解工業實務上，影響陽極的使用壽命最大也最常見的是電解液中的有機添加物。利用SEM的觀察及EDS分析，顯示電解液中如有存在有機物時，在陽極表面上會吸附具絕緣性的氧化反應物膜，此絕緣膜覆蓋了陽極表面的活性塗層，造成陽極電位大幅上升，引起塗層內部的深層放電，造成塗層機械性的剝落使用壽命也急劇縮短。

不溶性陽極(Pt / IrO2)在析氧條件下使用重點有二：一是陽極的電化學穩定性（使用壽命），二是陽極的電催化活性（析氧過電位）。陽極的使用壽命直接影響運轉成本，而陽極的析氧過電位則關係電解液內各類有機添加物（如光澤劑、平整劑等）的消耗量，不僅是關係成本，更會影響產品的品質。

隨著工業技術的進展IrO2/Ta2O5複合陽極被大量使用於各種製程中，不同的製程條件所要求的陽極功能也不一致，很難找出一種能夠符合各種製程需求的理想陽極。在單純的電解液中電解(鍍)，可以適當增加活性塗層（IrO2）的含量，以增長陽極使用壽命；而如果使用不同電源時則又必需增加惰性塗層的含量，以強化塗層的穩定性；在含有大量有機添加物的電解液中，則需加強其他塗層的製備，以減緩深層放電所引起的塗層剝落以延長陽極使用壽命。理想陽極的需求除了使用壽命外，陽極的析氧過電位在很多製程中更是主要的問題，銥/鉭氧化物複合陽極（IrO2/Ta2O5）是一種多元氧化物複合燒結體，配合不同的成份調整及製程條件的控制可以製作出不同功能的陽極。所以隨著電解(鍍)液的組成、添加劑的成份、電解條件的需求不同，應透過充分的溝通及測試才能找出最適用的陽極。（尤其是水平鍍銅及銅箔廠等高要求條件用途）


L型IrO2/Ta2O5陽極SEM放大20000倍的表面形態（立方晶體、低析氧過電位）			H型IrO2/Ta2O5陽極SEM放大20000倍的表面形態（針狀結晶、高析氧過電位）

許多銥鉭產品其製程為熱分解方式製作非以燒結製程製作，其使用壽命和特性與上述資料完全不同，各方面都有極大的差異，選用上不可不慎。

品名	型號	規格	實際表面積	IrO2 含量 ( g/㎡ )
銥鉭鈦網	Ir-01	線徑 : 1.0mm x 1.0mm 網目 : 6.5mm x 12mm	1.24	20
				30
				40
	Ir-02	線徑 : 1.0mm x 1.3mm 網目 : 6.0mm x 10mm	1.55	20
				30
				40
	Ir-03	線徑 : 1.3mm x 1.5mm 網目 : 5.0mm x 9.0mm	2.4	20
				30
				40
	Ir-04	線徑 : 1.0mm x 1.0mm 網目 : 3.5mm x 6.0mm	2.2	20
				30
				40

品名	型號	規格	IrO2 含量 ( g/㎡ )
銥鉭鈦板	Ir-05	鈦板標準厚度 1.0mm (如超過厚度另外計價) 另有 1.5 / 2 / 3 /4 mm規格鈦板	20 / 30 / 40