平板式 ITSOFC用 Al2O3基压密封材料研究

以Al₂O₃和Al微粉为主要原料, 采用流延成型工艺生产的Al₂O₃基密封材料, 在模拟的平板式ITSOFC密封环境中对材料的密封性能进行测试, 并借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜对测试后的材料进行表征. 结果表明, 采用优化的流延成型工艺可以生产出柔韧性良好的Al₂O₃基密封材料. Al₂O₃基密封材料在较小的外加压力下表现出较好的密封性能. Al微粉的加入, 减少了材料中的漏气通道, 增加了漏气通道的弯曲程度, 不仅提升了材料的密封效果, 而且改善了材料的中期稳定性. 采用流延成型含10wt%~20wt%Al微粉的Al₂O₃基密封材料以压密封方式来实现平板式ITSOFC的密封是可行的.     

阳极支撑型ITSOFC密封材料SrO-La2O3-Al2O3-B2O3-SiO2微晶玻璃的研究

研究了应用于阳极支撑型的中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)密封的SrO-La2O3-Al2O3-B2O3-SiO2体系微晶玻璃不同组分的线膨胀率,结果表明当微晶玻璃粉组成SrCO3 28.14%(摩尔分数),La2O3 21.17%(摩尔分数),Al2O3 7.22%(摩尔分数),H2BO3 41.72%(摩尔分数),SiO2 1.76%(摩尔分数)(SLABS3) 时,最符合ITSOFC密封要求.差热分析结果表明SLABS3的玻璃转变温度在670℃～760℃之间,结晶温度在813～840℃之间,玻璃软化点约在900℃,XRD测试表明微晶玻璃与Ni-La0.3Ce0.7O1.85(Ni-LDC)阳极化学相容性好,将微晶玻璃和Ni-LDC在850℃烧结100h后,SEM观察界面粘附性好,EPMA测试界面的元素含量结果表明,虽然阳极的Ce会向微晶玻璃扩散10μm的深度,但观察不到微晶玻璃的元素向Ni-LDC扩散现象.用SLABS3密封模拟电池,测试开路电压结果表明SLABS3的密封效果和稳定性良好.     

SiO2-CaO-B2O3-Al2O3微晶玻璃在平板式ITSOFC中密封性能的研究

平板式中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)的密封材料在工作温度下,与其接触的电池材料应具备以下特性:(1)气密性;(2)尺寸稳定性;(3)热匹配性;(4)化学稳定性;(5)绝缘性.采用SiO₂-CaO-B₂O₃-Al₂O₃系统微晶玻璃制备出一种适用于850℃的密封材料.该材料在850℃保证一定尺寸的前提下,能够与8YSZ电解质和Ni-Cr双极板紧密黏附,热膨胀系数8.9×10^-6)/℃和8YSZ接近,电导率约为10^-8S/cm有良好的电绝缘性能,在O₂和H₂气氛下保温100h没有气体泄漏,且密封后的黏附界面边界分明,元素扩散层厚度<10μm.实验证明该材料适用于ITSOFC 850℃密封.     

晶粒细化对Al2O3／ZrB2／ZrO2复合陶瓷材料力学性能的影响

采用普通球磨细化工艺和两次球磨细化工艺制备出两类Al2O3/ZrB2/ZrO2复合陶瓷材料,并对材料的硬度、断裂韧性和抗弯强度进行了测试和分析.结果表明,两次球磨细化工艺可以明显降低ZrB2/ZrO2晶粒的尺寸至0.2～0.4μm,使其在Al2O3基体内的分布更均匀,并能有抑制Al2O3晶粒的异常长大.与普通细化工艺相比较,此工艺改变了材料的断裂模式,强化了晶界的结合能力,使复合材料的综合力学性能得到了更大程度的改善,其中抗弯强度和硬度最多提高了48%和41%.     

PVB对玻璃/陶瓷流延生料带结构与烧结性能的影响

用聚乙烯醇缩丁醛作为配制硼硅酸盐玻璃/α-Al2O3流延浆料的粘结剂,流延成型制备玻璃/Al2O3生料带,研究了PVB对玻璃/Al2O3复合料生料带密度、力学性能、微观结构及其烧结性能等的影响。实验结果表明,随着PVB分子量和羟基含量减小,生料带拉伸强度和断裂伸长率降低、体积密度增加、生料带排胶热分解温度降低,对烧结瓷体密度和介电性能的影响较小。     

水基流延工艺制备β"-Al2O3固体电解质薄膜的研究

采用溶胶-凝胶法制备了β″-Al2O3前驱体粉体,将该前驱体在850℃焙烧1h的产物作为水基流延浆料的陶瓷粉体,以去离子水为溶剂,加入适量的S464表面活性剂、WB4101粘结剂和PL005增塑剂,采用水基流延工艺成功制备了表面光滑、颗粒分布均匀的β″-Al2O3固体电解质前驱体薄膜.研究结果表明:β″-Al2O3前驱体水基流延薄膜经等静压成型并在1500℃高温烧结后,便可获得薄膜型β″-Al2O3固体电解质(JCPDS卡片号:19-1173).     

电子封装用陶瓷基片材料的研究进展

简要介绍了电子封装发展情况及其对基片材料的性能要求,分析了陶瓷基片作为封装材料性能上的优点,概述了几种常用陶瓷基片材料的优缺点及其应用:Al2O3作为传统的陶瓷基片材料,优点是成熟的工艺和低廉的价格,但热导率不高;BeO、BN、SiC等都具有高热导率,在某些封装场合是合适的选择;AIN综合性能最好,是最有希望的电子封装陶瓷基片材料.介绍了多层陶瓷基片材料的共烧技术和流延成型技术,并指出LTCC技术和水基流延将是未来发展的重点.     

YSZ纳米粉料流延成型电解质薄膜性能研究

探索了以YSZ纳米粉体为原料,采用流延成型的方法制备YSZ电解质薄膜的工艺过程,具体探讨了不同粒度粉体流延后坯体的性能,结果表明,纳米范围内颗粒粒度粗可以获得致密度较高的坯体。但在烧结过程中,细粒度粉料表现出更好的性能,实验制备的YSZ电解质薄膜的面积比电阻在1123K,比德国D样品大幅度下降。573～1023K的阻抗谱显示出实验制备的YSZ电解质试样的晶粒、晶界和电极处的阻抗都明显降低,综合性能明显优于国外同类产品。流延成型工艺可以获得尺寸为100mm×100mm×0.125mm的8YSZ电解质薄片,这为平板式SOFC在中国的快速发展做好了材料上的准备。     

ZnO及填料对磷酸铬铝基复合材料性能的影响

以磷酸铬铝(ACP)为基体,高硅氧纤维布为增强材料,Cr2O3和Al2O3为填料,通过热压成型制得磷酸铬铝基复合材料。采用TG-DSC和XRD等探讨了磷酸铬铝基体的固化特性和耐热性能,并研究了复合填料、纳米填料及热压工艺对材料力学性能的影响。结果表明,ZnO可以降低磷酸铬铝的固化温度并促进其晶型转变;复合填料Cr2O3和Al2O3可以提高材料的耐热性,当Cr2O3和Al2O3之比为7∶3且纳米Cr2O3加入量为5%时,复合材料的力学性能最好,其拉伸强度为95.2MPa,弯曲强度为190.02MPa。     

水基流延法制备堇青石坯片

以溶胶-凝胶法制得的纳米堇青石(2MgO-2Al2O3-5SiO2)粉体为原料,聚丙烯酸钠(PAAS)为分散剂,制备堇青石水基流延浆料并流延成型.对适于流延的堇青石粉体粒径、聚丙烯酸钠含量及流延坯片的微观形貌进行研究.结果表明:粉体粒径为600nm左右的堇青石粉体适用于制备水基流延浆料;分散剂聚丙烯酸钠最佳含量为1.5％(质量分数);得到的流延生坯微观结构均一,上下表面平整一致,不存在密度梯度,满足高频片式电感所用坯片的要求.