研究固体氧化物燃料电池的陶瓷密封GydF4y2Ba

Apichart Jinnapat，Sirithan Jiamsirilert和Sumittra CharojrochkulGydF4y2Ba

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这是Azo开放访问奖励系统（Azo-OARS）的文章GydF4y2Ba//www.wireless-io.com/oars.aspGydF4y2Ba如果适当地引用了原始工作，则允许无限制地使用，但仅限于非商业分销和复制。GydF4y2Ba

Azojomo（ISSN 1833-122X）第3卷GydF4y2Ba2007年6月GydF4y2Ba

涵盖了主题GydF4y2Ba

抽象的GydF4y2Ba

关键字GydF4y2Ba

介绍GydF4y2Ba

实验程序GydF4y2Ba

陶瓷粘合剂调查GydF4y2Ba

陶瓷粘合剂制备GydF4y2Ba

玻璃陶瓷复合准备GydF4y2Ba

化学兼容性GydF4y2Ba

热兼容性GydF4y2Ba

泄漏率测量GydF4y2Ba

结果与讨论GydF4y2Ba

陶瓷粘合剂GydF4y2Ba

玻璃陶瓷复合材料GydF4y2Ba

结论GydF4y2Ba

致谢GydF4y2Ba

参考GydF4y2Ba

联系方式GydF4y2Ba

抽象的GydF4y2Ba

适合的密封材料GydF4y2Ba平面设计GydF4y2Ba固体氧化物燃料电池GydF4y2Ba是该技术商业化的关键转折点。这种密封材料的主要要求是良好的气体紧密度，与相邻的组件（电解质和互连），化学兼容性，热膨胀的匹配系数和电绝缘材料的匹配系数。GydF4y2Ba在我们的研究中，已经研究了几种陶瓷粘合剂和玻璃复合材料，以作为基于Yttria稳定的氧化氧化锆（YSZ）电解质（YSZ）电解质和430个不锈钢互连系统的SOFC的密封材料GydF4y2Ba°GydF4y2BaC。GydF4y2Ba玻璃复合材料的泄漏率为低至GydF4y2Ba2.4GydF4y2Ba1 x 10GydF4y2Ba^-4GydF4y2BaSTP的标准立方厘米每分钟GydF4y2Ba厘米GydF4y2Ba^3GydF4y2Ba/min cm）。GydF4y2Ba

关键字GydF4y2Ba

密封，SOFC，GydF4y2Ba一种GydF4y2Ba粘贴，GydF4y2BaCGydF4y2Ba兼容GydF4y2Ba，，，，GydF4y2BalGydF4y2Ba埃及GydF4y2BarGydF4y2Ba吃GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

介绍GydF4y2Ba

固体氧化物燃料电池（SOFC）在替代发电机的研发中引起了人们的关注。电力是通过基于氢气和氧气作为燃料和氧化剂的电化学反应产生的。平面设计SOFC是有利的，因为产生的功率密度大于管状设计[1]。然而，在平面设计中密封需要所有所需的特性，即良好的气体紧密度，良好的粘附，化学和热兼容性与其他组件以及电绝缘材料[2]。GydF4y2Ba在模拟的SOFC堆栈条件下，双重大气中的电性能和腐蚀行为不同[3]。在阴极侧附近的高电导氧化物产物的形成显着导致互连两个侧之间的桥接形成。“化学去角质的ver石”在高温下已成功使用，最高为970GydF4y2Ba°GydF4y2BaC [4]，但必须在压缩下使用此密封，这不适用于平面设计。云母杂交密封的多相复合材料还需要压缩载荷以维持气密度[5]。硼硅酸盐玻璃被广泛用作SOFC测试站的密封。软化温度接近SOFC的工作温度，因此气体密封特性相对较好[6]。尽管如此，在氧化和还原大气中都产生了氧化硼蒸气[7]，玻璃与GydF4y2BaYttria稳定的氧化锆（YSZ）GydF4y2Ba200小时后，在800-1000GydF4y2Ba°GydF4y2BaC [6]。GydF4y2Ba然而，CR的溶解度GydF4y2Ba_2GydF4y2BaoGydF4y2Ba_3GydF4y2Ba从不锈钢互连或硅酸盐玻璃中，对钢表面产生了良好的粘附[8]。但是，粘附因BA，CAO和SIO的比率而异GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba在构图中。GydF4y2Ba

在我们的研究工作中，我们专注于Boersma等人未检查的一些陶瓷粘合剂的研究GydF4y2Ba。GydF4y2Ba[9]。陶瓷玻璃复合材料的几种组成已在化学和热兼容性中进行了研究。结果有望在SOFC应用程序中使用。GydF4y2Ba

实验程序GydF4y2Ba

陶瓷粘合剂研究GydF4y2BationGydF4y2Ba

所有AS的X射线衍射（XRD）模式GydF4y2Ba-GydF4y2Ba收到了由GydF4y2Ba美国Aremco Products，Inc。，美国GydF4y2Ba被调查了GydF4y2BaJEOL JDX-3530 THETA-2THETA X射线衍射仪GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

陶瓷粘合剂制备GydF4y2Ba

由GydF4y2BaAremco Products，Inc，GydF4y2Ba表示为569（alGydF4y2Ba_2GydF4y2BaoGydF4y2Ba_3GydF4y2BaA），586（ZROGydF4y2Ba_2GydF4y2Ba/mgo）和575（alGydF4y2Ba_2GydF4y2BaoGydF4y2Ba_3GydF4y2Bab），，GydF4y2Ba被应用了GydF4y2Ba在430块10毫米x 10毫米的不锈钢上。每组200GydF4y2BaµGydF4y2BaM厚的粘合剂夹在不锈钢之间，在94处固化GydF4y2Ba°GydF4y2BaC持续2小时，然后在800处浸泡GydF4y2Ba°GydF4y2BaC使用3小时2小时GydF4y2Ba°GydF4y2BaC每分钟加热和冷却速率。加热周期后确定陶瓷粘合剂和不锈钢之间的粘附。使用GydF4y2Ba一种GydF4y2Ba扫描电子显微镜（SEM：JGydF4y2BaEOLGydF4y2BaJSM 5410）。使用了与不锈钢制剂相同类型的陶瓷粘合剂，但夹在YSZ颗粒之间（8 mol％Yttria稳定氧化锆，daiichi，GydF4y2BaKigenso Kagaku-Kogyo Co.，LtdGydF4y2Ba，日本）被压入直径13毫米的颗粒，烧结在1550GydF4y2Ba°GydF4y2Bac在5时持续2小时GydF4y2Ba°GydF4y2BaC每分钟加热和冷却速率。GydF4y2Ba

玻璃陶瓷复合准备GydF4y2Ba

Pyrex玻璃（60-80 wt％）和YSZ（20-40 wt/％）粉末之间的各种比率。1至否。4GydF4y2Ba在表中GydF4y2Ba3GydF4y2Ba（结果和讨论）在杵和砂浆中混合，并在与陶瓷粘合剂相同的过程中制备的YSZ颗粒之间应用。GydF4y2Ba

化学兼容性GydF4y2Ba

每个陶瓷粘合剂与YSZ和430层不锈钢粉混合，并压入沉淀中。将压力颗粒加热在1000GydF4y2Ba°GydF4y2Bac在空气中持续10个小时，在7％h的空气中又有另一组GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba在AR中。使用XRD确定加热前和加热后每个组件的相位的相位。GydF4y2Ba使用玻璃陶瓷复合材料而不是陶瓷粘合剂进行化学兼容性测试，进行了相同的程序。GydF4y2Ba

热兼容性GydF4y2Ba

按下玻璃陶瓷复合材料的样品，并在800处发射GydF4y2Ba°GydF4y2BaC持续10小时，然后使用缩放计（Netzsch，Germany，DIL 402 CD）接地至5x5x8 mm的尺寸，用于热膨胀测量系数。测量在200-1000之间进行GydF4y2Ba°GydF4y2BaC的加热和冷却速率为3GydF4y2Ba°GydF4y2BaC/min使用氧化铝杆作为参考。GydF4y2Ba

泄漏率测量GydF4y2Ba

根据ASTM F 37-89（垫圈材料的可密封性）构建泄漏率测量设置，如图欧洲杯足球竞彩GydF4y2BaureGydF4y2Ba1。GydF4y2Ba

无花果GydF4y2BaureGydF4y2Ba1GydF4y2Ba。GydF4y2Ba泄漏率测量设置。GydF4y2Ba

将选定的陶瓷粘合剂涂在平坦环（28毫米外径，内径14毫米）形状的铁素体不锈钢法上。如前所述，将样品固化并加热至800GydF4y2Ba°GydF4y2BaC.他的气体被用来填充整个管道系统。管道充满HE后，将阀门关闭以允许气体通过GydF4y2Ba在GydF4y2Ba到压力计GydF4y2Ba用于测量GydF4y2Ba泄漏GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

将Pyrex玻璃和YSZ粉末之间的各种比率混合在杵和砂浆中，并在铁素体不锈钢法兰之间施加与陶瓷粘合剂相同的尺寸。遵循与陶瓷粘合剂相同的程序。GydF4y2Ba

结果与讨论GydF4y2Ba

陶瓷粘合剂GydF4y2Ba

图在GydF4y2BaureGydF4y2Ba2（a），（b）和（c）。从XRD模式来看，可以看出至少没有其他杂质阶段，至少超过5％，这是此处使用的XRD方法的检测极限。GydF4y2Ba

*GydF4y2Ba来自热膨胀数据的系数GydF4y2BaAremco Products，IncGydF4y2Ba。GydF4y2Ba

无花果GydF4y2BaureGydF4y2Ba2GydF4y2Ba。GydF4y2Ba在（a），（b）和（c）的热处理之前，陶瓷粘合剂的XRD图案GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

从具有不锈钢和YSZ颗粒的几种陶瓷粘合剂之间的粘附试验中GydF4y2Ba°GydF4y2BaC，结果总结在表1中。GydF4y2Ba

表格1GydF4y2Ba。GydF4y2Ba陶瓷粘合剂与不锈钢和YSZ之间的粘附和泄漏率测量。GydF4y2Ba

陶瓷粘合剂和其他材料之间的热膨胀（CTE）兼容系数并不表明良好的粘附。欧洲杯足球竞彩MGOB热膨胀的兼容系数为10.8 KGydF4y2Ba^-1GydF4y2Ba与10.5 K的铁素体不锈钢相比GydF4y2Ba^-1GydF4y2Ba。MGOB化合物表现出对铁素不锈钢的粘附不良，尽管它们的热膨胀系数紧密。表1的结果表明陶瓷粘合剂AlGydF4y2Ba_2GydF4y2BaoGydF4y2Ba_3GydF4y2BaA，Mgoa，AlGydF4y2Ba_2GydF4y2BaoGydF4y2Ba_3GydF4y2BaB和ZroGydF4y2Ba_2GydF4y2Ba/MGO用不锈钢很好地粘附，因此用YSZ进一步测试了它们。MGOA的化合物未用YSZ进一步测试，因为在微结构中显示了散射的孔。加热和冷却后，除MGOA外，三种粘合剂化合物用不锈钢很好地粘附。GydF4y2Ba图1和图2中的SEM显微照片GydF4y2BaureGydF4y2Ba3 a，b，c揭示了不锈钢的表面和陶瓷粘合剂alGydF4y2Ba_2GydF4y2BaoGydF4y2Ba_3GydF4y2BaA，AlGydF4y2Ba_2GydF4y2BaoGydF4y2Ba_3GydF4y2BaB和ZroGydF4y2Ba_2GydF4y2Ba/MGO在良好的粘附后用力拆卸后。他们在不锈钢上留下相当干净的表面。相反，无花果GydF4y2BaureGydF4y2Ba3 d显示了MGOB的表面，在拆卸过程中，某些零件被切断。GydF4y2Ba

无花果GydF4y2BaureGydF4y2Ba3GydF4y2Ba。GydF4y2Ba（a）Al的SEM表面形态GydF4y2Ba_2GydF4y2BaoGydF4y2Ba_3GydF4y2Baa（569），（b）alGydF4y2Ba_2GydF4y2BaoGydF4y2Ba_3GydF4y2BaB（575），（c）GydF4y2BaZroGydF4y2Ba_2GydF4y2Ba/MGO（586）GydF4y2Ba（d）MGOB（685）底座陶瓷粘合剂（左）的粘附不良（左）。GydF4y2Ba

表2GydF4y2Ba。GydF4y2Ba陶瓷粘合剂的XRD模式存在于YSZ和不锈钢的化学兼容性测试中。GydF4y2Ba

575GydF4y2Ba

569GydF4y2Ba

玻璃陶瓷复合材料GydF4y2Ba

将Pyrex玻璃和YSZ粉末以不同的比率混合在一起。详细信息在表3中列出了泄漏率的测量。每个比率的所有复合材料都与不锈钢和YSZ颗粒都很好地粘附在一起。GydF4y2Ba

表3GydF4y2Ba。GydF4y2Ba玻璃陶瓷复合材料的粘附和泄漏率。GydF4y2Ba

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通常，由于Pyrex玻璃的润湿性，玻璃陶瓷复合材料的泄漏率远低于陶瓷粘合剂化合物的泄漏率。复合材料号。1表现出最低的泄漏率，甚至低于3.6x10文献的值GydF4y2Ba^-4GydF4y2Ba厘米GydF4y2Ba^3GydF4y2Ba/min cmGydF4y2Ba在同一负载下[10]。虽然复合材料编号。4最多GydF4y2Ba与YSZ颗粒和不锈钢兼容的热膨胀，泄漏速率似乎是最高的，与陶瓷粘合剂化合物的泄漏速率相同。可以通过改变B的比率来控制组合物的比率。GydF4y2Ba_2GydF4y2BaoGydF4y2Ba_3GydF4y2Ba/sioGydF4y2Ba_2GydF4y2Ba[11]。GydF4y2Ba

复合材料编号的表面形态。1上不锈钢和YSZ颗粒与无花果相似GydF4y2BaureGydF4y2Ba2（a）。无花果GydF4y2BaureGydF4y2Ba4（a）在YSZ上表现出这种化合物的良好润湿性，这与良好的粘附有关。无花果GydF4y2BaureGydF4y2Ba4（b）也显示出类似于图4的光滑表面GydF4y2BaureGydF4y2Ba2（a）和（b）。表4列出了复合材料No之间的化学兼容性测试的XRD结果。1含YSZ和430钢。GydF4y2Ba

无花果GydF4y2BaureGydF4y2Ba4GydF4y2Ba。GydF4y2Ba复合材料编号的SEM表面形态。1在YSZ颗粒（A）和不锈钢（B）上。GydF4y2Ba

表4GydF4y2Ba。GydF4y2Ba复合材料编号之间的化学兼容性测试。1含YSZ和430钢。GydF4y2Ba

化学兼容性结果的主要化合物是ZRSIOGydF4y2Ba_4GydF4y2Ba在热处理后几乎在每种情况下发生10小时在1000GydF4y2Ba°GydF4y2BaC除了通过YSZ接触减少气氛。与不锈钢接触GydF4y2Ba_{3.21GydF4y2Ba}siGydF4y2Ba_{0.47GydF4y2Ba}出现7％hGydF4y2Ba_2GydF4y2Ba在AR中。Eichler等人报道了钡剂的阶段（BasiGydF4y2Ba_2GydF4y2BaoGydF4y2Ba_5GydF4y2Ba）GydF4y2Ba和辣椒（巴尔GydF4y2Ba_2GydF4y2BasiGydF4y2Ba_2GydF4y2BaoGydF4y2Ba_8GydF4y2Ba）在2000小时稳定性测试后，作为硼硅酸盐玻璃和铁素体不锈钢之间的反应产物[12]。这些化合物主要来自SIOGydF4y2Ba_2GydF4y2Ba玻璃部分中的化合物，并在不锈钢中添加元素。因此，方向朝着没有SIO的玻璃陶瓷复合化合物朝向GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba抑制其与Zro的反应GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba并在不锈钢表面上具有保护层以防止物种运输。GydF4y2Ba

结论GydF4y2Ba

陶瓷粘合剂AlGydF4y2Ba_2GydF4y2BaoGydF4y2Ba_3GydF4y2Ba碱显示出良好的化学和热兼容性与SOFC成分，但泄漏率很高。化学兼容性对于所有氧化和还原气氛中的YSZ和430条不锈钢的粘合剂都相当好。ZRO的粘合剂化合物GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba/mgo和alGydF4y2Ba_2GydF4y2BaoGydF4y2Ba_3GydF4y2BaB基底在0.34-0.35 cm的相同范围内显示出较小的泄漏GydF4y2Ba^3GydF4y2Ba/min cm。80/20 pyrex/ysz比率的玻璃陶瓷复合材料在2.41 x 10时泄漏GydF4y2Ba^-4GydF4y2Ba厘米GydF4y2Ba^3GydF4y2Ba/min cm，在1000°C的热处理后，在氧化和减少气氛中，在1000°C的热处理后没有显示任何杂质阶段10小时。相比之下，玻璃陶瓷复合材料在热周期后显示出比粘合剂化合物低得多的泄漏率。GydF4y2Ba

致谢GydF4y2Ba

作者要感谢National Metals和材料技术研究中心的财政支持以及Nagaoka Technology的COE提供的旅行费用。欧洲杯足球竞彩GydF4y2Ba

参考GydF4y2Ba

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