JP2001089252A - Ceramic sheet and its production process - Google Patents

Ceramic sheet and its production process

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JP2001089252A
JP2001089252A JP27425499A JP27425499A JP2001089252A JP 2001089252 A JP2001089252 A JP 2001089252A JP 27425499 A JP27425499 A JP 27425499A JP 27425499 A JP27425499 A JP 27425499A JP 2001089252 A JP2001089252 A JP 2001089252A
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zirconia
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雅俊 下村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic sheet which is used as a constituent ceramic sheet of a ceramic stack formed by stacking up a number of ceramic sheets, that a large stacking load or thermal stress is applied to, such as electrolyte film for a platelike solid electrolyte type fuel cell, and in which cracks or flaws are hardly caused even when such a large stacking load or thermal stress is applied on it. SOLUTION: This ceramic sheet is provided on its surface with dimples each having a <=100 μm height measured by irradiating the surface of the ceramic sheet with a laser beam and subjecting the reflected beams to three- dimensional surface topographic analysis with a laser-optical three-dimensional surface topographic measurement instrument, and has excellent crack resistance and superior cleavage resistance with respect to a stacking load or thermal stress, applied on the sheet. The production process of the ceramic sheet is also disclosed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックシートと
その製法に関し、特に、固体電解質膜の如き平板状固体
電解質型燃料電池の素材として使用したときにクラック
や割れなどを生じ難く、表面平滑性が良好で品質安定性
に優れたセラミックシートとその製法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic sheet and a method for producing the same, and more particularly to a ceramic sheet and a flat solid electrolyte fuel cell, such as a solid electrolyte membrane, which are less susceptible to cracks and cracks and have a smooth surface. The present invention relates to a ceramic sheet having good quality and excellent stability, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】平板状固体電解質型燃料電池の構造は、
固体電解質の両面にアノード電極とカソード電極を付け
たセル、または、電極の表面に電解質と更に対電極を付
けたセルを縦方向に多数積層したセルスタックが基本で
あり、このとき各セルは互いに近接して配置され、且つ
燃料ガスと空気が混じり合わない様にセパレーター(イ
ンターコネクター)が各セル間に配置されると共に、電
解質膜やセルの周縁部とセパレーターはシール・固定さ
れる。また、電池セルの内部にマニホールドがある場合
は、その周縁部でもシール・固定される。
2. Description of the Related Art The structure of a flat solid electrolyte fuel cell is as follows.
A cell stack is basically a cell stack in which an anode electrode and a cathode electrode are attached to both sides of a solid electrolyte, or a cell stack in which a large number of cells having an electrolyte and a counter electrode attached on the surface of the electrode are vertically stacked. Separators (interconnectors) are arranged between the cells so as to be arranged close to each other so that fuel gas and air do not mix, and the electrolyte membrane and the periphery of the cells and the separators are sealed and fixed. In addition, when a manifold is provided inside the battery cell, it is sealed and fixed at the peripheral portion thereof.

【0003】このセパレーターは、一般的に比重の大き
い耐熱合金やセラミックで構成されており、かなり肉厚
なシート状であるため相当の重量を有している。また、
上記燃料電池の構成素材として用いられるセラミックシ
ートは、相対的に軽量且つ薄肉であることが望まれてい
る。更に、固体電解質型燃料電池の作動温度は800〜
1000℃程度と高温であるので、その構成素材には大
きな積層荷重がかかると共に相当の熱ストレスを受け
る。
[0003] This separator is generally made of a heat-resistant alloy or ceramic having a large specific gravity, and has a considerable weight because it is in the form of a considerably thick sheet. Also,
It is desired that the ceramic sheet used as a constituent material of the fuel cell be relatively lightweight and thin. Further, the operating temperature of the solid oxide fuel cell is 800 to
Since the temperature is as high as about 1000 ° C., a large laminating load is applied to the constituent material and a considerable thermal stress is applied.

【0004】一方、ジルコニアシートの如きセラミック
シートは硬質で曲げ方向の外力に対して脆弱であるの
で、固体電解質膜等の燃料電池用構成素材として使用さ
れるセラミックシートの表面に凹凸やウネリ等がある
と、その個所に前記積層荷重や熱ストレスが集中してク
ラックや割れを起こし、発電性能が急激に低下してく
る。
On the other hand, ceramic sheets such as zirconia sheets are hard and vulnerable to external forces in the bending direction. Therefore, irregularities, undulations, etc. are formed on the surface of ceramic sheets used as fuel cell constituent materials such as solid electrolyte membranes. If there is, the laminating load and the thermal stress concentrate at that point, causing cracks and cracks, and the power generation performance is rapidly reduced.

【0005】そこで本発明者らは、燃料電池の固体電解
質膜用等として用いられるセラミックシートの上記積載
荷重や熱ストレスによるクラックや割れを低減し、燃料
電池としての性能向上と寿命延長を期してかねてより研
究を進めており、その研究の一環として、シートの反り
量や最大ウネリ高さを所定値以下に抑えれば、上記クラ
ックや割れの発生が可及的に抑えられることを確認し、
先に提案した(特開平8−151270号、同8−51
271号)。
Accordingly, the present inventors have reduced cracks and cracks due to the above-mentioned loading load and thermal stress of a ceramic sheet used for a solid electrolyte membrane of a fuel cell and the like, with the aim of improving the performance and extending the life of the fuel cell. We have been conducting research for some time, and as a part of that research, we confirmed that if the amount of warpage and maximum undulation height of the sheet were suppressed to a predetermined value or less, the occurrence of cracks and cracks could be suppressed as much as possible,
As previously proposed (Japanese Unexamined Patent Publication Nos. 8-151270 and 8-51
No. 271).

【0006】上記公開公報で提示したセラミックシート
であれば、かなり大版のシートであっても相当の積層荷
重と熱ストレスに耐えることから、燃料電池としての発
電容量の大幅な増大が可能となり、燃料電池の工業的実
用化に向けて極めて有効な技術として期待される。
With the ceramic sheet presented in the above publication, even a considerably large-sized sheet can withstand considerable lamination load and thermal stress, so that the power generation capacity as a fuel cell can be greatly increased. It is expected to be a very effective technology for industrial practical use of fuel cells.

【0007】ところが本発明者らが更なる改良研究を進
めるうち、下記の様な事実が次第に明らかになってき
た。即ち前記公開公報に開示した反りやウネリの小さい
セラミックシートであっても、積載荷重や熱ストレスの
程度によってはクラックや割れを生じることがあり、そ
の原因は、セラミックグリーンシートの表面に存在する
ディンプルが大きな影響を及ぼしていることが確認され
た。
However, as the present inventors proceed with further improvement research, the following facts have been gradually clarified. That is, even with the ceramic sheet having a small warpage or undulation disclosed in the above-mentioned publication, cracks and cracks may occur depending on the loading load and the degree of thermal stress, and the cause is a dimple existing on the surface of the ceramic green sheet. Has a significant effect.

【0008】特に、セラミックシートを前記電解質膜な
どとして実用化するに当たっては、該シートを50枚、
あるいは100枚程度以上重ね合わせて組付け燃料電池
とされるが、該シートに大きなディンプルやウネリが存
在すると、該シートを重ね合わせて組付けたときに該デ
ィンプルやウネリの部分に局部的な内部応力が生じ、燃
料電池の稼動時に積載荷重や熱ストレスを受けると当該
個所にクラックや割れが発生し易くなる。なおディンプ
ルとは、シート表面に基本的に単独で生じている凹部ま
たは凸部であり、波の如く連続的に生じているウネリと
は発生原因が異なるので区別される。
In particular, when a ceramic sheet is put into practical use as the electrolyte membrane or the like, 50 sheets of the sheet are used.
Alternatively, a fuel cell is assembled by stacking about 100 or more sheets. If there are large dimples or undulations on the sheet, when the sheets are overlapped and assembled, a local internal part is formed at the dimple or undulation. When stress is generated and a load or thermal stress is applied during operation of the fuel cell, cracks and cracks are apt to occur at the corresponding location. Note that dimples are basically concave portions or convex portions formed solely on the sheet surface, and are distinguished from undulations continuously generated like waves, because the cause of generation is different.

【0009】ところでセラミックシートの一般的な製法
は、セラミック原料粉末と有機質バインダーおよび分散
媒からなるスラリーを、ドクターブレード法、カレンダ
ー法、押出し法等によってシート状に成形し、これを乾
燥し分散媒を揮発させてグリーンシートを得、これを所
定形状に打抜き加工してから焼成し、有機質バインダー
を分解除去すると共にセラミック粉末を相互に焼結させ
る方法であり、グリーンシートは焼結過程で長さにして
70〜90%程度、面積にして50〜80%程度に収縮
する。従って、該焼結時にグリーンシート表面で有機質
バインダーの分解除去速度が不均一になったり、あるい
は焼結に伴う収縮がシート表面で不均一になると、得ら
れるセラミックシート表面に大きなディンプルやウネリ
が生じる原因となり、これが製品欠陥になるものと考え
られる。
In a general method of manufacturing a ceramic sheet, a slurry comprising a ceramic raw material powder, an organic binder, and a dispersion medium is formed into a sheet by a doctor blade method, a calender method, an extrusion method, or the like, which is dried and dried. Is volatilized to obtain a green sheet, which is punched into a predetermined shape and then fired to decompose and remove the organic binder and mutually sinter the ceramic powder. The green sheet has a length in the sintering process. About 70-90% in terms of area and about 50-80% in terms of area. Therefore, if the rate of decomposition and removal of the organic binder becomes uneven on the surface of the green sheet during the sintering, or if the shrinkage accompanying sintering becomes uneven on the surface of the sheet, large dimples and undulations occur on the surface of the obtained ceramic sheet. This is considered to be a cause and a product defect.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、特に
平板状固体電解質型燃料電池に用いられる構成素材の如
く、多数枚積み重ねて組付けられた状態で大きな積層荷
重や熱ストレスを受ける様なセラミックシートを対象と
して、大きな積層荷重や熱ストレスを受けたときでも、
クラックや割れを生じ難いセラミックシートとその製法
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a large number of sheets, such as constituent materials used in a flat solid electrolyte fuel cell. For ceramic sheets that are subjected to large lamination loads and thermal stress in the state where they are stacked and assembled, even when subjected to large lamination loads and thermal stress,
An object of the present invention is to provide a ceramic sheet that is less likely to crack or crack and a method for producing the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明にかかるセラミックシートとは、レーザ
ー光学式三次元形状測定装置を使用し、シート面にレー
ザー光を照射してその反射光を三次元解析することによ
り求められるシート表面のディンプル高さが100μm
以下であるところに要旨を有しており、好ましくはディ
ンプル高さが100μm以下で且つウネリ高さが100
μm以下のものである。
A ceramic sheet according to the present invention which can solve the above-mentioned problems is a laser optical three-dimensional shape measuring device, which irradiates a laser beam to the sheet surface and reflects the reflected light. The dimple height on the sheet surface determined by three-dimensional analysis of
It has a gist in the following places, and preferably, the dimple height is 100 μm or less and the undulation height is 100
μm or less.

【0012】また本発明の他の構成は、上記セラミック
シートを工業的に効率よく製造することのできる方法を
特定するもので、セラミックグリーンシートを焼成して
セラミックシートを製造する際に、気孔率が15〜8
5%である多孔質シートの間に、前記グリーンシートを
その周縁がはみ出さない様に挟み込み、且つ当該多孔質
シートとセラミックグリーンシートの間に粉末を介在さ
せて焼成し、あるいは前記グリーンシートの上に該グ
リーンシートの周縁がはみ出さない様に多孔質シートを
載せ、且つ当該多孔質シートとセラミックグリーンシー
トの間に粉末を介在させて焼成するところに要旨が存在
する。
Another aspect of the present invention is to specify a method by which the above-mentioned ceramic sheet can be industrially and efficiently produced. When a ceramic green sheet is fired to produce a ceramic sheet, the porosity is reduced. Is 15-8
The green sheet is sandwiched between 5% of the porous sheets so that the peripheral edge thereof does not protrude, and baked with a powder interposed between the porous sheet and the ceramic green sheet, or The point is that the porous sheet is placed on the green sheet so that the peripheral edge of the green sheet does not protrude, and firing is performed with a powder interposed between the porous sheet and the ceramic green sheet.

【0013】この方法によって得られるセラミックシー
トは、シート表面のディンプルやウネリが極めて小さく
なり、前述した様な応力の局部集中によるクラックや割
れを生じ難いので、平板状固体電解質型燃料電池に用い
られるセラミックシートとして極めて有用である。
The ceramic sheet obtained by this method has extremely small dimples and undulations on the sheet surface, and is unlikely to cause cracks and cracks due to local concentration of stress as described above. Therefore, the ceramic sheet is used for a flat solid electrolyte fuel cell. Very useful as a ceramic sheet.

【0014】特に本発明では、グリーンシートの焼成を
行なう際に、気孔率の特定された多孔質シートを使用
し、有機質バインダーの熱分解に伴う分解ガスの放出を
均一化すると共に、該多孔質シートとグリーンシートと
の間に粉末を介在させて多孔質シートとグリーンシート
の部分的な付着を防いだり、両シート間に円滑な滑りを
与えたりすることにより、焼結時のグリーンシートの収
縮に伴う移動をスムーズにし、該シート表面に局部的な
引張力や圧縮力が作用するのを阻止することによって、
ディンプルを可及的に低減し、あるいは更にウネリを可
及的に小さくできる様にしたところに特徴を有してい
る。
In particular, in the present invention, when the green sheet is fired, a porous sheet having a specified porosity is used to uniformly release the decomposition gas accompanying the thermal decomposition of the organic binder, Shrinkage of the green sheet during sintering by interposing powder between the sheet and the green sheet to prevent partial adhesion of the porous sheet and the green sheet, and to provide smooth sliding between the two sheets By smoothing the movement associated with, and preventing the local tensile or compressive force from acting on the sheet surface,
It is characterized in that dimples can be reduced as much as possible or undulations can be reduced as much as possible.

【0015】そしてこうした多孔質シートの作用を有効
に発揮させるには、多孔質シートとして気孔率が15〜
85%、より好ましくは35〜80%の範囲のものを使
用することが好ましく、また前記粉末の作用を有効に発
揮させるには、平均粒子径が0.3〜100μm、より
好ましくは2〜80μmの範囲のものを使用することが
望ましい。また粉末としては、有機質、無機質何れの粉
末でも構わないが、好ましいのは、焼結完了時点までに
焼失する有機質粉末を50重量%以上含む粉末であり、
中でも特に好ましいのは、個々の粒子がほぼ球形で滑り
付与効果の優れた澱粉質粉末である。
In order to effectively exert the function of such a porous sheet, the porous sheet must have a porosity of 15 to
It is preferable to use one having a range of 85%, more preferably 35 to 80%. In order to effectively exert the effect of the powder, the average particle diameter is 0.3 to 100 μm, more preferably 2 to 80 μm. It is desirable to use the one in the range. As the powder, any of organic and inorganic powders may be used, but preferred is a powder containing 50% by weight or more of an organic powder which is burned out by the time of sintering completion.
Among them, particularly preferred is a starchy powder in which the individual particles are substantially spherical and have an excellent sliding effect.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明者らは前述した様な解決課
題の下で、特に平板状固体電解質型燃料電池の構成素材
として用いられるセラミックシートについて、燃料電池
として稼動する際に生じるクラックや割れを抑制し、燃
料電池の性能向上を図ると共に寿命延長を増進すべく、
色々の角度から研究を進めてきた。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Under the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have developed a ceramic sheet used as a constituent material of a flat solid electrolyte fuel cell. In order to suppress cracking, improve the performance of the fuel cell, and extend the service life,
I have been conducting research from various angles.

【0017】その結果、大きな積層荷重を受けるシート
に生じるクラックや割れは、セラミックシート表面に存
在するディンプル高さに大きく影響され、この高さを1
00μm以下に抑え、好ましくは更にウネリ高さも10
0μm以下に抑えてやれば、クラックや割れが可及的に
抑えられることを確認し、上記本発明に想到したもので
ある。
As a result, cracks and cracks generated in the sheet subjected to a large laminating load are greatly affected by the dimple height existing on the surface of the ceramic sheet.
00 μm or less, and preferably the swell height is 10
It has been confirmed that cracks and cracks can be suppressed as much as possible if the thickness is suppressed to 0 μm or less, and the present invention has been reached.

【0018】これは、先に説明した如く燃料電池用とし
て使用する際に多数積層で大きな積層荷重を受けるセラ
ミックシート表面に大きなディンプルが存在すると、当
該部位に応力が集中してクラックや割れに直結するため
であり、この様なところから本発明では、特にシート表
面の最大ディンプル高さを「100μm以下」と厳密に
規定し、好ましくは更に、シート表面のウネリ高さを
「100μm以下」に抑えることを規定している。そし
て、これら高さの規定により、多数枚の積層による積層
荷重や熱ストレスを受けた時の応力集中によって生じる
クラックや割れを可及的に抑えることができ、燃料電池
の構成素材として用いたときに、その性能向上と寿命を
大幅に増進することが可能となる。
As described above, when large dimples are present on the surface of a ceramic sheet subjected to a large laminating load in a large number of layers when used for a fuel cell as described above, stress concentrates on the portion and directly leads to cracks and cracks. Accordingly, in the present invention, the maximum dimple height on the sheet surface is strictly defined as “100 μm or less”, and the undulation height on the sheet surface is further preferably suppressed to “100 μm or less”. Stipulates that By defining these heights, cracks and cracks caused by stress concentration when subjected to a laminating load or thermal stress due to a large number of laminations can be suppressed as much as possible. In addition, it is possible to improve the performance and greatly improve the life.

【0019】なお上記ディンプル高さやウネリ高さを
「100μm以下」と定めたのは、実際の使用条件を加
味した下記の実験条件で、シートに生じるクラックや割
れの発生頻度を抑えることのできる要件として定めた。
The dimple height and the undulation height are defined as “100 μm or less” under the following experimental conditions in consideration of the actual use conditions, which are requirements for suppressing the frequency of occurrence of cracks and cracks in the sheet. Stipulated.

【0020】すなわち評価実験では、ディンプル高さや
ウネリ高さの異なる様々の供試シートについて、燃料電
池の構成素材として用いた時に受ける通常の積層荷重で
ある0.1〜0.5kg/cm2を負荷した状態で、室
温から1000℃まで10時間で昇温し、1000℃で
1時間保持してから室温にまで降温する操作を10回繰
り返し、クラックおよび割れの発生頻度が少ないものを
良好と評価し、ディンプル高さの許容限界を上記の様に
定め、更には、ウネリ高さの好ましい許容限界について
も上記の様に定めた。
That is, in the evaluation experiment, for various test sheets having different dimple heights and undulation heights, the ordinary stacking load of 0.1 to 0.5 kg / cm 2 received when used as a constituent material of a fuel cell was used. In a loaded state, the operation of raising the temperature from room temperature to 1000 ° C. in 10 hours, maintaining the temperature at 1000 ° C. for 1 hour, and then lowering the temperature to room temperature was repeated 10 times. Then, the allowable limit of the dimple height is determined as described above, and the preferable allowable limit of the undulation height is also determined as described above.

【0021】クラックや割れを抑えるうえでより好まし
いシート表面のディンプル高さは80μm以下、更に好
ましくは50μm以下、特に好ましくは20μm以下で
あり、また、好ましい最大ウネリ高さは80μm以下、
更に好ましくは50μm以下、特に好ましくは20μm
以下である。
In order to suppress cracks and cracks, the dimple height on the sheet surface is preferably 80 μm or less, more preferably 50 μm or less, particularly preferably 20 μm or less, and the preferred maximum undulation height is 80 μm or less.
More preferably 50 μm or less, particularly preferably 20 μm
It is as follows.

【0022】なお本発明で定める上記ディンプル高さ
は、レーザー光学式三次元形状測定装置を使用し、シー
ト面にレーザー光を照射してその反射光を三次元形状解
析することによって求めることができる。即ちレーザー
光学式三次元形状測定装置とは、被測定対象となるセラ
ミックシート面にレーザー光を照射してシート表面でフ
ォーカスを結び、その反射光をフォトダイオード上に均
等に結像させるとき、シート面が変位に対し像に不均等
が生じると、即座にこれを解消する信号を発して対物レ
ンズの焦点を常にシート面に合う様にレンズが制御され
る構造を備えた非接触式の微小三次元形状解析装置であ
り、その移動量を検出することによって、被測定対象と
なるシート面の凹凸を非接触的に検出することができ
る。その分解能は通常1μm以下、より好ましくは0.
1μm以下のものが使用され、この様な装置を使用する
ことによって、シート表面のディンプル高さを正確に検
知できる。
The height of the dimple defined in the present invention can be determined by irradiating a sheet surface with a laser beam using a laser optical three-dimensional shape measuring apparatus and analyzing the three-dimensional shape of the reflected light. . That is, the laser optical three-dimensional shape measuring apparatus, when irradiating a laser beam on the surface of the ceramic sheet to be measured to focus on the sheet surface, when the reflected light is uniformly imaged on the photodiode, the sheet Non-contact type micro tertiary system with a structure in which when the surface is displaced and the image becomes uneven, a signal is issued to immediately resolve the unevenness and the lens is controlled so that the objective lens is always focused on the sheet surface. This is an original shape analysis device, and by detecting the amount of movement, it is possible to detect irregularities on the sheet surface to be measured in a non-contact manner. The resolution is usually 1 μm or less, more preferably 0.1 μm.
Those having a thickness of 1 μm or less are used, and by using such an apparatus, the dimple height on the sheet surface can be accurately detected.

【0023】ところで、シート表面のディンプル高さが
大きくなる原因は種々考えられるが、最大の原因は、焼
成の不均一(バインダー成分の熱分解による分解ガス発
生速度の不均一)、あるいは焼結の進行に伴う前記収縮
時の多孔質シート面との滑りの不均一等が挙げられる。
There are various possible causes for the height of the dimples on the sheet surface, but the largest cause is non-uniform firing (non-uniform rate of decomposition gas generation due to thermal decomposition of binder components) or sintering. Non-uniform sliding with the porous sheet surface at the time of the above-mentioned shrinkage accompanying the progress is exemplified.

【0024】従って、ディンプル高さを抑えるには、焼
結時における熱分解ガスの放出速度をシート全面で均一
化すると共に、多孔質シートとの付着を防ぎ、或いは焼
結に伴う収縮時の多孔質シート面との滑りを良くするこ
とが重要となる。
Accordingly, in order to suppress the height of the dimples, the release rate of the pyrolysis gas during sintering is made uniform over the entire surface of the sheet, the adhesion to the porous sheet is prevented, or the porosity during shrinkage due to sintering is reduced. It is important to improve the slip with the quality sheet surface.

【0025】即ち本発明者らが実験によって確認したと
ころでは、グリーンシートの焼成を行なう際に、気孔率
が15〜85%、より好ましくは35〜80%の範囲で
あり、グリーンシートと同じもしくは大きい寸法の多孔
質シートをグリーンシートに載せて、或いは挟み込んで
行なえば、均熱効果および重し効果によりグリーンシー
ト全面からの分解ガスの放出と焼結が均一に進行し、焼
成時に生じるディンプル高さを小さくできるのである。
That is, the present inventors have confirmed by experiments that the porosity is in the range of 15 to 85%, more preferably 35 to 80% when firing the green sheet, and is the same as that of the green sheet. If a large-sized porous sheet is placed on or sandwiched between green sheets, the release of decomposition gas from the entire surface of the green sheet and sintering proceed uniformly due to the soaking effect and the weight effect, and the dimple height generated during firing You can make it smaller.

【0026】但し、本発明で定めるレベルのディンプル
高さ、あるいは更にウネリ高さを満たす平滑度のセラミ
ックシートを確実に得るには、上記気孔率の特定された
多孔質シートを使用するだけでは尚不十分であり、焼結
時における多孔質シートとグリーンシート接触界面の滑
りの良否によっては、ディンプル高さやウネリ高さが大
きくなることが確認された。これは次の様に考えられ
る。
However, in order to surely obtain a ceramic sheet having a dimple height of the level specified in the present invention or a smoothness satisfying the undulation height, it is not enough to use only the porous sheet having the specified porosity. It was insufficient, and it was confirmed that the height of the dimples and the height of the undulations increased depending on the quality of the sliding at the interface between the porous sheet and the green sheet during sintering. This is considered as follows.

【0027】即ちグリーンシートの焼成時にスペーサー
として介在される多孔質シートは既に焼成されたもので
あり、グリーンシートの焼結工程では殆ど収縮しないの
に対し、グリーンシートは、前述の如く焼結の際に長さ
で70〜90%程度、面積率にして50〜80%程度に
収縮するので、焼結過程では両シート面の間、特にシー
トの外周縁側には滑り方向のずれが生じる。この時、両
シート面は殆ど密接しているので、焼結温度条件下では
該シート面で局部的な接合を起こす恐れがあり、かかる
接合が起こるとその部分で滑りが阻害される結果、当該
部分のグリーンシート面に圧縮力が作用すると共に、そ
の近辺には引張力が作用し、それら局部的な圧縮力や引
張力によってグリーンシート素材の移動量が不均一にな
り、これがディンプルとなって現われるものと考えられ
る。あるいは、成形に用いられる有機バインダーや可塑
剤の特性から、セラミックグリーンシートが熱により粘
着性を発現するものである場合、焼成中に多孔質シート
と付着を起こす恐れがあり、上記と同様にグリーンシー
トの移動量が不均一になり、これがディンプルとなって
現われるものと考えられる。これら移動量の不均一は、
グリーンシートにかかる荷重が大きいほど、またグリー
ンシートにかかる荷重が不均一なほど顕著に現われる。
That is, the porous sheet interposed as a spacer during firing of the green sheet has already been fired and hardly shrinks in the sintering step of the green sheet, whereas the green sheet is not sintered as described above. In this case, the length of the sheet shrinks to about 70 to 90% and the area ratio to about 50 to 80%, so that a slippage occurs in the sintering process between both sheet surfaces, particularly on the outer peripheral side of the sheet. At this time, since both sheet surfaces are almost in close contact with each other, there is a possibility that local bonding may occur on the sheet surface under the sintering temperature condition. While a compressive force acts on the green sheet surface of a part, a tensile force acts on the vicinity thereof, and the movement amount of the green sheet material becomes uneven due to the local compressive force and tensile force, which becomes a dimple. It is thought to appear. Alternatively, if the ceramic green sheet develops adhesiveness due to heat due to the properties of the organic binder and plasticizer used for molding, there is a possibility that the green sheet may adhere to the porous sheet during firing, and the green It is considered that the movement amount of the sheet becomes uneven, and this appears as dimples. The non-uniformity of these movements is
The larger the load applied to the green sheet, and the more uneven the load applied to the green sheet, the more noticeable the appearance.

【0028】そこで、こうした局部的な接合によるディ
ンプルの発生原因を解消すべく研究を進めた結果、該多
孔質シートとグリーンシートの接触面に平均粒子径が
0.3〜100μm程度の粉末を介在させてやれば、該
粉末によって接合が阻止されると共にシート面間の滑り
もよくなり、両シート接触面で前述した様な局部的な引
張力や圧縮力を生じる現象が抑えられ、粉末自体の滑り
促進作用、更には該粉末の介在によってシート面間の隙
間増大による分解ガスの放散促進作用とも相俟って、デ
ィンプルが可及的に抑えられ、更にはウネリも抑えられ
ることが確認された。
Therefore, as a result of researching to eliminate the cause of the generation of dimples due to such local bonding, powder having an average particle diameter of about 0.3 to 100 μm was interposed at the contact surface between the porous sheet and the green sheet. If this is done, the bonding is prevented by the powder and the slip between the sheet surfaces is improved, and the phenomenon of generating a local tensile force or a compressive force as described above on both sheet contact surfaces is suppressed. It has been confirmed that the dimples are suppressed as much as possible, and further the undulation is suppressed, together with the slip promoting action and the action of promoting the dissociation of the decomposition gas due to the increase in the gap between the sheet surfaces due to the presence of the powder. .

【0029】ここで用いられる粉末としては、平均粒子
径が0.3〜100μmの範囲のものが好ましく、0.
3μm未満の粉末では余りに微細であるため上記接合阻
止作用や滑り促進作用、分解ガスの放散促進作用が有効
に発揮されず、また特に無機質粉末の場合は、焼結時に
粉末自体が多孔質シートやセラミックシートに付着もし
くは融着することがあり、一方100μmを超える粗粒
物では、得られるセラミックシートのディンプルや表面
粗度が大きくなって、固体電解質膜用として実用化する
際の電極印刷などに悪影響を及ぼす恐れがでてくる。こ
うした利害得失を考慮してより好ましい粉末の平均粒子
径は2μm以上、80μm以下、更に好ましくは5μm
以上、60μm以下である。粉末として特に好ましいの
は、粗粒子の少ないものであり、90体積%の粒子が2
00μm以下、更に好ましくは100μm以下のもので
ある。
The powder used herein preferably has an average particle size in the range of 0.3 to 100 μm.
The powder having a particle diameter of less than 3 μm is so fine that the above-described bonding inhibiting action, slip promoting action and decomposition gas dispersing promoting action are not effectively exerted. It may adhere or fuse to the ceramic sheet, while coarse particles exceeding 100 μm will increase the dimples and surface roughness of the resulting ceramic sheet, making it useful for electrode printing, etc. when practically used for solid electrolyte membranes. There is a risk of adverse effects. In consideration of such advantages and disadvantages, the more preferable average particle diameter of the powder is 2 μm or more and 80 μm or less, and further preferably 5 μm.
Above, it is 60 μm or less. Particularly preferred as a powder is one having a small amount of coarse particles, wherein 90% by volume of the particles is 2%.
It is not more than 00 μm, more preferably not more than 100 μm.

【0030】該粉末としては、有機質および無機質のい
ずれであっても構わないが、中でも特に好ましいのは有
機質粉末である。しかして無機質粉末は、焼結処理後も
シート表面に残存するばかりでなく、その種類によって
はセラミックシート表面に融着することがあり、焼結後
の除去が煩雑になる恐れがあるが、有機質粉末であれ
ば、焼結条件下で焼失してしまうので後処理による除去
作業などが不要であるからである。尚セラミックシート
の焼結が完了した時点では、もはや多孔質シートとの接
合を起こす恐れはなく、また有機質バインダー成分の放
散も完了しているので、粉末が残存していなくても全く
差し支えない。しかし、セラミックシートの種類によっ
ては、有機質粉末と共に少量の無機質粉末を併用し、焼
結の末期まで少量の粉末を残存させることも有効であ
る。無機質粉末を併用する場合でも、好ましくは有機質
粉末の使用量を50重量%以上、より好ましくは60重
量%以上、更に好ましくは80重量以上とすることが望
ましい。
The powder may be either organic or inorganic, and among them, organic powder is particularly preferred. However, the inorganic powder not only remains on the sheet surface after the sintering process, but may fuse to the ceramic sheet surface depending on its type, and removal after sintering may be complicated, This is because if the powder is used, it will be burned out under the sintering conditions, and therefore, the removal operation by post-processing is not required. At the time when the sintering of the ceramic sheet is completed, there is no longer a risk of joining the ceramic sheet with the porous sheet, and since the dispersion of the organic binder component has been completed, there is no problem even if the powder does not remain. However, depending on the type of the ceramic sheet, it is also effective to use a small amount of inorganic powder together with the organic powder and leave a small amount of powder until the end of sintering. Even when inorganic powders are used in combination, it is desirable that the amount of the organic powders used is preferably 50% by weight or more, more preferably 60% by weight or more, and further preferably 80% by weight or more.

【0031】上記有機質粉末としては、上記の様に焼結
条件下で焼失するものであればその種類の如何は問わ
ず、天然有機質粉末もしくはアクリル樹脂粉末、メラミ
ンシアヌレートなどの昇華性樹脂粉末などの合成有機樹
脂粉末等を使用できるが、中でも特に好ましいのは、小
麦粉、トウモロコシ澱粉(コーンスターチ)、甘藷澱
粉、馬鈴薯澱粉、タピオカ澱粉等の澱粉質粉末である。
しかして澱粉質粉末は、ほぼ球形で粒径の揃った微粉末
であり、不純物なども殆ど含まれておらず、滑剤として
の作用も非常に優れたものであるからである。これら有
機質粉末は、単独で使用してもよく或いは必要により2
種以上を適宜併用することが可能である。
The organic powder may be of any type as long as it can be burned off under the sintering conditions as described above, such as natural organic powder, acrylic resin powder, and sublimable resin powder such as melamine cyanurate. Among them, starch powders such as wheat flour, corn starch (corn starch), sweet potato starch, potato starch, tapioca starch and the like can be used.
The starchy powder is a fine powder having a substantially spherical shape and a uniform particle size, contains almost no impurities, and has a very excellent effect as a lubricant. These organic powders may be used alone or as needed.
More than one species can be used in combination as appropriate.

【0032】また無機質粉末の種類も特に限定されない
が、好ましいのは天然もしくは合成の各種酸化物や非酸
化物、例えばシリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニ
ア、ムライトや、窒化ホウ素、窒化珪素、窒化アルミニ
ウム、炭化珪素、カーボン等であり、これらも単独で使
用し得る他、必要により2種以上を併用できるが、好ま
しくは使用するグリーンシートや多孔質シートの素材に
応じて、これらに対して接合性の低い無機質粉末を選択
使用するのがよい。
The type of the inorganic powder is not particularly limited, but is preferably a natural or synthetic oxide or non-oxide such as silica, alumina, zirconia, titania, mullite, boron nitride, silicon nitride, aluminum nitride, or the like. Silicon carbide, carbon, etc., which can be used alone or in combination of two or more if necessary, are preferably used depending on the material of the green sheet or porous sheet to be used. It is preferable to select and use a low inorganic powder.

【0033】粉末を塗布する方法は特に限定されない
が、刷毛塗り、バフ塗り、粉末を分散媒に分散させて噴
霧する方法、篩を通して振り落とす方法、粉末の浮遊流
動層中或いは粉末溜めの表面にグリーンシートや多孔質
シートを通過させる方法などが好ましい方法として推奨
される。
The method of applying the powder is not particularly limited, but may be brush coating, buffing, a method of dispersing the powder in a dispersion medium and spraying, a method of shaking off the powder through a sieve, a method of coating the powder in a floating fluidized bed or on the surface of the powder reservoir. A method of passing a green sheet or a porous sheet is recommended as a preferable method.

【0034】これら粉末の塗布量は特に制限されない
が、塗布量が多過ぎると、シート全面の塗布厚みを均一
化することが困難となり、厚み不均一に由来してセラミ
ックシートのウネリが大きくなる傾向が見られ、逆に塗
布量が不足する場合は、該粉末による焼結時の滑り促進
と分解ガスの放散促進作用が十分に発揮され難くなり、
ディンプルが生じ易くなる傾向が現われてくる。従って
該粉末の塗布量は、焼結対象となるセラミックグリーン
シートの面積当たり0.0001cc/cm2以上、よ
り好ましくは0.0002cc/cm2以上で、0.1
cc/cm2以下、より好ましくは0.02cc/cm2
以下とすることが望ましい。
The coating amount of these powders is not particularly limited. However, if the coating amount is too large, it becomes difficult to make the coating thickness uniform over the entire surface of the sheet, and the unevenness of the thickness tends to increase the undulation of the ceramic sheet. Is seen, conversely, when the coating amount is insufficient, it is difficult to sufficiently exert the action of promoting the slip and the emission of the decomposition gas during sintering by the powder,
There is a tendency for dimples to occur easily. Therefore, the coating amount of the powder is 0.0001 cc / cm 2 or more, more preferably 0.0002 cc / cm 2 or more per area of the ceramic green sheet to be sintered.
cc / cm 2 or less, more preferably 0.02 cc / cm 2
It is desirable to make the following.

【0035】尚グリーンシートの焼成に当たっては、グ
リーンシート一枚に多孔質シートを載せて焼成すること
も可能であるが、複数のグリーンシートを多孔質シート
と交互に重ね合わせて同時に焼結する方法を採用すれ
ば、焼結作業をより効率よく実施できるので有利であ
る。また、最上層の多孔質シートの重さを重くしたり、
多孔質シートの上に更に重しを載せて焼成を行なえば、
重しの効果も加わって一段と平滑でディンプルやウネリ
の小さなセラミックシートを得ることができるので好ま
しい。
In firing the green sheets, a porous sheet can be placed on one green sheet and fired. However, a method in which a plurality of green sheets are alternately overlapped with the porous sheets and sintered simultaneously is used. Is advantageous because the sintering operation can be performed more efficiently. Also, increase the weight of the top porous sheet,
If firing is performed by placing a further weight on the porous sheet,
This is preferable because a ceramic sheet with even more smoothness and small dimples and undulations can be obtained in addition to the weight effect.

【0036】セラミックシートの素材となるセラミック
としては、ジルコニア、アルミナ、チタニア、窒化アル
ミニウム、ホウ珪酸ガラス、コージェライト、ムライト
など様々の単独、混合もしくは複合酸化物が挙げられる
が、本発明が特に有効に利用されるのは、平板状固体電
解質型燃料電池の固体電解質膜や電極用シートである。
固体電解質膜用として特に好ましいのはジルコニア系セ
ラミックであり、具体的には、ジルコニアにMgO,C
aO,SrO,BaOなどのアルカリ土類金属酸化物、
23,La23,Ce23,Pr23,Nd23,S
23,Eu23,Gd23,Tb23,Dy23,H
23,Er23,Yb23などの希土類金属酸化物、
更にはSc23,Bi23,In23などの安定化剤を
1種もしくは2種以上含有するジルコニア系セラミック
が挙げられ、その中には他の添加剤としてSiO2,A
23,Ge23,SnO2,Ta25,Nb25など
が含まれていてもよい。
The ceramics used as the material of the ceramic sheet include various single, mixed or composite oxides such as zirconia, alumina, titania, aluminum nitride, borosilicate glass, cordierite, and mullite. The present invention is particularly effective. A solid electrolyte membrane and a sheet for an electrode of a plate-shaped solid oxide fuel cell are used in the present invention.
Zirconia-based ceramics are particularly preferable for the solid electrolyte membrane.
alkaline earth metal oxides such as aO, SrO, BaO,
Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Ce 2 O 3 , Pr 2 O 3 , Nd 2 O 3 , S
m 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , H
rare earth metal oxides such as o 2 O 3 , Er 2 O 3 and Yb 2 O 3 ;
Further, zirconia-based ceramics containing one or more stabilizers such as Sc 2 O 3 , Bi 2 O 3 , In 2 O 3 and the like can be mentioned. Among them, other additives such as SiO 2 , A
It may contain l 2 O 3 , Ge 2 O 3 , SnO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5, and the like.

【0037】この他、CeO2またはBi23にCa
O,SrO,BaO,Y23,La2 3,Ce23,P
23,Nd23,Sm23,Eu23,Gd23,T
23,Dr23,Ho23,Er23,Yb23,P
bO,WO3,MoO3,V25,Ta25,Nb25
の1種もしくは2種以上を添加したセリア系またはビス
マス系、更にはLaGaO3の如きガレート系の固体電
解質膜も好ましいものとして例示される。
In addition, CeOTwoOr BiTwoOThreeTo Ca
O, SrO, BaO, YTwoOThree, LaTwoO Three, CeTwoOThree, P
rTwoOThree, NdTwoOThree, SmTwoOThree, EuTwoOThree, GdTwoOThree, T
bTwoOThree, DrTwoOThree, HoTwoOThree, ErTwoOThree, YbTwoOThree, P
bO, WOThree, MoOThree, VTwoOFive, TaTwoOFive, NbTwoOFiveetc
Ceria or bis with one or more of
Mass system, and LaGaOThreeGallate solid-state electricity
Degraded membranes are also exemplified as preferred.

【0038】また、アノード電極シートの構成素材とし
ては、Ni,Co,Feあるいはこれらの酸化物等と、
上記ジルコニア及び/又はセリアとのサーメット、更に
はこれらにMgO,CaO,SrO,BaOなどのアル
カリ土類金属酸化物やMgAl24などを添加したサー
メットなどが、またカソード電極シートの構成素材とし
ては、ぺロブスカイト型結晶構造を有するランタン・マ
ンガネート、ランタン・コバルテート、あるいは、これ
らのうちランタンをCa,Srなどで一部置換し、もし
くはマンガンをCo,Fe,Crなどで一部置換し、更
にはランタンとコバルトの一部をCa,Sr,Co,F
eなどで置換した複合酸化物などが例示される。
Further, the constituent materials of the anode electrode sheet include Ni, Co, Fe or oxides thereof, and the like.
The cermets with zirconia and / or ceria, and cermets to which alkaline earth metal oxides such as MgO, CaO, SrO, and BaO, and MgAl 2 O 4 are added, and the like, and constituent materials of the cathode electrode sheet Is a lanthanum manganate or lanthanum cobaltate having a perovskite crystal structure, or a lanthanum is partially substituted with Ca, Sr or the like, or a manganese is partially substituted with Co, Fe, Cr or the like, Further, a part of lanthanum and cobalt is replaced with Ca, Sr, Co, F
Examples thereof include a composite oxide substituted with e and the like.

【0039】なお、燃料電池の固体電解質膜用などとし
て使用されるセラミックシートにはより高度の熱的、機
械的、電気的、化学的特性が要求されるので、こうした
要求特性を満足させるには、2〜12モル%、より好ま
しくは2.5〜10モル%、更に好ましくは3〜8モル
%の酸化イットリウムで安定化された酸化ジルコニウム
(正方晶及び/又は立方晶ジルコニア)がより好ましい
ものとして推奨される。
Since ceramic sheets used for a solid electrolyte membrane of a fuel cell require higher thermal, mechanical, electrical and chemical properties, it is necessary to satisfy these required properties. , Zirconium oxide (tetragonal and / or cubic zirconia) stabilized with yttrium oxide of 2 to 12 mol%, more preferably 2.5 to 10 mol%, and still more preferably 3 to 8 mol% Recommended as

【0040】また、該ジルコニアシートを特に燃料電池
用の固体電解質膜や電極用シートとして実用化する場合
は、要求強度を満たしつつ電気抵抗を可及的に抑えるた
め、シート厚さを10μm以上、より好ましくは50μ
m以上で、500μm以下、より好ましくは300μm
以下とするのが良い。
When the zirconia sheet is put to practical use as a solid electrolyte membrane or a sheet for an electrode, particularly for a fuel cell, the sheet thickness should be 10 μm or more in order to satisfy the required strength and suppress the electric resistance as much as possible. More preferably 50μ
m or more and 500 μm or less, more preferably 300 μm
It is better to do the following.

【0041】またシートの形状としては、円形、楕円
形、角形、R(アール)を持った角形など何れでもよ
く、これらのシート内に同様の円形、楕円形、角形、R
を持った角形などの穴を1つもしくは2つ以上有するも
のであってもよい。更にシートの面積は、50cm2
上、好ましくは100cm2以上である。なおこの面積
とは、シート内に穴がある場合は、該穴の面積を含んだ
総面積を意味する。
The shape of the sheet may be any of a circle, an ellipse, a square, a square having an R (R), and the same circular, elliptical, square, R
It may have one or two or more holes, such as squares having a square. Further, the area of the sheet is 50 cm 2 or more, preferably 100 cm 2 or more. In addition, this area means the total area including the area of the hole when there is a hole in the sheet.

【0042】これらセラミックシートの製造は、常法に
従ってセラミック原料粉末と有機質もしくは無機質バイ
ンダーおよび分散媒(溶剤)、必要により分散剤や可塑
剤などを含むスラリーを、ドクターブレード法、カレン
ダーロール法、押出し法等によって平滑なシート、例え
ばポリエステルシート上に適当な厚みで塗布し、乾燥し
て分散剤を揮発除去することによりグリーンシートを
得、これを適当な大きさに打抜いた後、前述の様に多孔
質シートを載せて、あるいは多孔質シートに挟んで棚板
上に載置し、1,000〜1,600℃程度の温度で2
〜5時間程度加熱焼成する方法が採用される。
In the production of these ceramic sheets, a slurry containing a ceramic raw material powder, an organic or inorganic binder, a dispersion medium (solvent), and, if necessary, a dispersant and a plasticizer, is used in a usual manner by a doctor blade method, a calendar roll method, and an extrusion method. A green sheet is obtained by applying a suitable thickness on a smooth sheet, for example, a polyester sheet by a method or the like, drying and volatilizing and removing the dispersant, and punching the green sheet into an appropriate size. A porous sheet is placed on a shelf, or placed on a shelf sandwiched between porous sheets, and placed at a temperature of about 1,000 to 1,600 ° C.
A method of heating and firing for about 5 hours is employed.

【0043】この時、出来上がりシートの表面均質性を
高め、ディンプルやウネリをより小さくするには、セラ
ミックシートの原料粉末として平均粒径が0.1〜0.
8μmの範囲で、且つできるだけ粒径の揃ったもの(粒
度分布の小さなもの)、具体的には、該粉末の90体積
%以上が5μm以下であるものを使用するのがよい。
At this time, in order to increase the surface uniformity of the finished sheet and to reduce dimples and undulations, the average particle diameter of the raw material powder for the ceramic sheet is 0.1 to 0.1.
It is preferable to use a powder having a size of 8 μm and having as uniform a particle size as possible (a particle having a small particle size distribution), specifically, a powder in which 90% by volume or more of the powder is 5 μm or less.

【0044】本発明で用いられるバインダーの種類にも
格別の制限はなく、従来から知られた有機質もしくは無
機質のバインダーを適宜選択して使用することができ
る。有機質バインダーとしては、例えばエチレン系共重
合体、スチレン系共重合体、アクリレート系及びメタク
リレート系共重合体、酢酸ビニル系共重合体、マレイン
酸系共重合体、ビニルブチラール系樹脂、ビニルアセタ
ール系樹脂、ビニルホルマール系樹脂、ビニルアルコー
ル系樹脂、ワックス類、エチルセルロース等のセルロー
ス類等が例示される。
The kind of the binder used in the present invention is not particularly limited, and a conventionally known organic or inorganic binder can be appropriately selected and used. Examples of the organic binder include ethylene copolymers, styrene copolymers, acrylate and methacrylate copolymers, vinyl acetate copolymers, maleic acid copolymers, vinyl butyral resins, and vinyl acetal resins. And vinyl formal resins, vinyl alcohol resins, waxes, and celluloses such as ethyl cellulose.

【0045】これらの中でもグリーンシートの成形性や
打抜き加工性、強度、焼成時の熱分解性等の点から、メ
チルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアク
リレート、ブチルアクリレート、イソブチルアクリレー
ト、シクロヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシル
アクリレート等の炭素数10以下のアルキル基を有する
アルキルアクリレート類、およびメチルメタクリレー
ト、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、イ
ソブチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2
−エチルヘキシルメタクリレート、デシルメタクリレー
ト、ドデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレー
ト、シクロヘキシルメタクリレート等の炭素数20以下
のアルキル基を有するアルキルメタクリレート類、ヒド
ロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリ
レート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシ
プロピルメタクリレート等のヒドロキシアルキル基を有
するヒドロキシアルキルアクリレートまたはヒドロキシ
アルキルメタクリレート類、ジメチルアミノエチルアク
リレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート等のア
ミノアルキルアクリレートまたはアミノアルキルメタク
リレート類、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、モノイ
ソプロピルマレートの如きマレイン酸半エステル等のカ
ルボキシル基含有モノマーの少なくとも1種を重合また
は共重合させることによって得られる、数平均分子量が
2,000〜200,000、より好ましくは5,00
0〜100,000の(メタ)アクリレート系共重合体
が好ましいものとして推奨される。これらの有機質バイ
ンダーは、単独で使用し得る他、必要により2種以上を
適宜組み合わせて使用することができる。これらの中で
も特に好ましいのは、イソブチルメタクリレートおよび
/または2−エチルヘキシルメタクリレートを60重量
%以上含むモノマーの共重合体である。
Among these, methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, butyl acrylate, isobutyl acrylate, cyclohexyl acrylate, 2-ethylhexyl are preferred from the viewpoints of green sheet moldability, punching workability, strength, and thermal decomposition during firing. Alkyl acrylates having an alkyl group having 10 or less carbon atoms such as acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, octyl methacrylate, 2
-Alkyl methacrylates having an alkyl group having 20 or less carbon atoms such as ethylhexyl methacrylate, decyl methacrylate, dodecyl methacrylate, lauryl methacrylate, and cyclohexyl methacrylate; hydroxyalkyl groups such as hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, and hydroxypropyl methacrylate And hydroxyalkyl acrylates or hydroxyalkyl methacrylates, dimethylaminoethyl acrylate, aminoalkyl methacrylates such as dimethylaminoethyl methacrylate, and maleic acid half-esters such as (meth) acrylic acid, maleic acid and monoisopropyl maleate Such as carboxyl group-containing Obtained by polymerizing or copolymerizing at least one mer, the number average molecular weight of 2,000 to 200,000, more preferably 5,00
0-100,000 (meth) acrylate copolymers are recommended as preferred. These organic binders can be used alone or in combination of two or more as needed. Among them, particularly preferred is a copolymer of a monomer containing 60% by weight or more of isobutyl methacrylate and / or 2-ethylhexyl methacrylate.

【0046】また無機質バインダーとしては、ジルコニ
アゾル、シリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾル等が
単独で若しくは2種以上を混合して使用することができ
る。
As the inorganic binder, zirconia sol, silica sol, alumina sol, titania sol and the like can be used alone or in combination of two or more.

【0047】セラミック原料粉末とバインダーの使用比
率は、前者100重量部に対して後者5〜30重量部、
より好ましくは10〜20重量部の範囲が好適であり、
バインダーの使用量が不足する場合は、グリーンシート
の強度や柔軟性が不十分となり、逆に多過ぎる場合はス
ラリーの粘度調節が困難になるばかりでなく、焼成時の
バインダー成分の分解放出量が多く且つ激しくなって均
質なシートが得られ難くなる。
The use ratio of the ceramic raw material powder and the binder is 5 to 30 parts by weight of the latter with respect to 100 parts by weight of the former.
More preferably, the range of 10 to 20 parts by weight is suitable,
When the amount of the binder used is insufficient, the strength and flexibility of the green sheet become insufficient.On the contrary, when the amount is too large, not only the viscosity of the slurry becomes difficult to adjust, but also the amount of decomposition and release of the binder component during firing is reduced. It becomes difficult and difficult to obtain a uniform sheet.

【0048】またグリーンシートの製造に使用される分
散媒としては、水、メタノール、エタノール、2−プロ
パノール、1−ブタノール、1−ヘキサノール等のアル
コール類、アセトン、2−ブタノン等のケトン類、ペン
タン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類、ベン
ゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族
炭化水素類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等の
酢酸エステル類等が適宜選択して使用される。これらの
分散媒も単独で使用し得る他、2種以上を適宜混合して
使用することができる。これら分散媒の使用量は、グリ
ーンシート成形時におけるスラリーの粘度を加味して適
当に調節するのがよく、好ましくはスラリー粘度が10
〜200ポイズ、より好ましくは10〜50ポイズの範
囲となる様に調整するのがよい。
The dispersion medium used for producing the green sheet includes water, alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol and 1-hexanol, ketones such as acetone and 2-butanone, and pentane. And aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane and the like, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene and ethylbenzene, and acetates such as methyl acetate, ethyl acetate and butyl acetate. These dispersion media can be used alone, or two or more of them can be used by being appropriately mixed. The amount of the dispersing medium to be used is preferably adjusted appropriately in consideration of the viscosity of the slurry at the time of forming the green sheet.
It is good to adjust so as to be in the range of ~ 200 poise, more preferably 10 ~ 50 poise.

【0049】上記スラリーの調製に当たっては、セラミ
ック原料粉末の解膠や分散を促進するため、ポリアクリ
ル酸、ポリアクリル酸アンモニウム等の高分子電解質、
クエン酸、酒石酸等の有機酸、イソブチレンまたはスチ
レンと無水マレイン酸との共重合体およびそのアンモニ
ウム塩あるいはアミン塩、ブタジエンと無水マレイン酸
との共重合体およびそのアンモニウム塩等からなる分散
剤;グリーンシートに柔軟性を付与するためのフタル酸
ジブチル、フタル酸ジオクチル等のフタル酸エステル
類、プロピレングリコール等のグリコール類やグリコー
ルエーテル類からなる可塑剤など;更には界面活性剤や
消泡剤などを必要に応じて添加することができる。
In preparing the above slurry, a polymer electrolyte such as polyacrylic acid or polyammonium polyacrylate is used to promote deflocculation and dispersion of the ceramic raw material powder.
A dispersant comprising an organic acid such as citric acid or tartaric acid, a copolymer of isobutylene or styrene and maleic anhydride and its ammonium salt or amine salt, a copolymer of butadiene and maleic anhydride and its ammonium salt, etc .; green Plasticizers such as dibutyl phthalate and dioctyl phthalate to provide flexibility to the sheet, glycols such as propylene glycol, and glycol ethers; and surfactants and defoamers. It can be added as needed.

【0050】かくして本発明によれば、セラミックシー
トの特にディンプル高さを100μm以下に抑え、より
好ましくは更にウネリ高さも100μm以下に抑えるこ
とによって、平板状固体電解質型燃料電池用の固体電解
質膜などの構成素材として優れた耐積層荷重性と耐熱ス
トレス性を有し、稼動時のクラックや割れの発生を可及
的に抑えて寿命を大幅に延長することができ、また本発
明の方法を採用すれば、その様な形状特性を備えたセラ
ミックシートを生産性よく製造できる。
Thus, according to the present invention, the height of the ceramic sheet, particularly the dimple height, is controlled to 100 μm or less, and more preferably, the undulation height is also controlled to 100 μm or less, so that the solid electrolyte membrane for a flat solid electrolyte fuel cell or the like can be obtained. It has excellent resistance to stacking load and heat stress as a constituent material of the product, and can minimize the occurrence of cracks and cracks during operation as much as possible, greatly extending its life, and adopting the method of the present invention. Then, a ceramic sheet having such shape characteristics can be manufactured with high productivity.

【0051】[0051]

【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例に
よって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適
合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であ
り、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含され
る。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited to the following Examples, and the scope of the present invention can be adapted to the above and following points. It is also possible to carry out the present invention with appropriate modifications, all of which are included in the technical scope of the present invention.

【0052】なお下記実施例において、有機質粉末およ
び無機質粉末の粒子径は、島津製作所社製のレーザー回
折式粒度分布測定装置「SALD−1100」を使用
し、試料粉末をメタリン酸水溶液に懸濁させて1分間超
音波を当てて分散させてから測定した。
In the following examples, the particle size of the organic powder and the inorganic powder was determined by suspending the sample powder in an aqueous solution of metaphosphoric acid using a laser diffraction particle size distribution analyzer “SALD-1100” manufactured by Shimadzu Corporation. Was measured by dispersing by applying ultrasonic wave for 1 minute.

【0053】実施例1 (多孔質シートの作製)平均粒子径が55μmの低ソー
ダアルミナ粉末(昭和電工社製商品名「AL−13」)
100重量部に対し、メタクリレート系共重合体からな
るバインダー(平均分子量:30,000、ガラス転移
温度:0℃、固形分濃度:50重量%)12重量部、可
塑剤としてジブチルフタレート2重量部、分散媒として
トルエン/イソプロピルアルコール(重量比=3/2)
の混合溶媒30重量部を、直径10mmのジルコニアボ
ールが装入されたナイロンポットに入れ、約60rpm
で40時間混練してスラリーを調製した。このスラリー
を濃縮脱泡して粘度を80ポイズに調整し、ドクターブ
レード法によりポリエチレンテレフタレートフィルム上
に塗工してグリーンシートを得た。
Example 1 (Preparation of porous sheet) Low soda alumina powder having an average particle diameter of 55 μm (trade name “AL-13” manufactured by Showa Denko KK)
12 parts by weight of a binder composed of a methacrylate copolymer (average molecular weight: 30,000, glass transition temperature: 0 ° C., solid content concentration: 50% by weight) based on 100 parts by weight, 2 parts by weight of dibutyl phthalate as a plasticizer, Toluene / isopropyl alcohol (weight ratio = 3/2) as dispersion medium
30 parts by weight of the mixed solvent in a nylon pot charged with zirconia balls having a diameter of 10 mm,
For 40 hours to prepare a slurry. This slurry was concentrated and defoamed to adjust the viscosity to 80 poise, and was coated on a polyethylene terephthalate film by a doctor blade method to obtain a green sheet.

【0054】このグリーンシートを、連続型打抜き装置
(坂本造機社製商品名「865B」)に刃型を取り付け
て、プレスストローク:40mm、プレススピード:8
0spmで所定の寸法に切断した。切断した該グリーン
シートを、表面を研磨したアルミナ板上に載せ、500
℃で脱脂した後1550℃で2時間焼成して多孔質シー
トを得た。該多孔質シートの厚さは0.4mm、気孔率
は46%、単位面積当たりの重さは0.09g/cm2
あった。
A blade was attached to this green sheet in a continuous die-punching machine (trade name “865B” manufactured by Sakamoto Zoki Co., Ltd.), and a press stroke: 40 mm and a press speed: 8
It was cut to predetermined dimensions at 0 spm. The cut green sheet is placed on an alumina plate having a polished surface,
After degreased at ℃, it was fired at 1550 ℃ for 2 hours to obtain a porous sheet. The thickness of the porous sheet was 0.4 mm, the porosity was 46%, and the weight per unit area was 0.09 g / cm 2 .

【0055】(ジルコニアグリーンシートの作製)市販
の3モル%イットリア安定化ジルコニア粉末(第一稀元
素社製商品名「HYS−3.0」、平均粒子径:0.7
μm、90%径:1.9μm)100重量部に対し、メ
タクリレート系共重合体からなるバインダー(分子量:
30,000、ガラス転移温度:−8℃、固形分濃度:
50重量%)30重量部、可塑剤としてジブチルフタレ
ート2重量部、分散媒としてトルエン/イソプロピルア
ルコール(重量比=3/2)の混合溶媒50重量部を、
直径10mmのジルコニアボールが装入されたナイロン
ポットに入れ、約60rpmで40時間混練してスラリ
ーを調製した。
(Preparation of Zirconia Green Sheet) Commercially available 3 mol% yttria-stabilized zirconia powder (trade name “HYS-3.0” manufactured by Daiichi Rare Element Co., average particle size: 0.7)
μm, 90% diameter: 1.9 μm) 100 parts by weight of a binder made of a methacrylate copolymer (molecular weight:
30,000, glass transition temperature: -8 ° C, solid content:
50 parts by weight), 30 parts by weight of dibutyl phthalate as a plasticizer, 50 parts by weight of a mixed solvent of toluene / isopropyl alcohol (weight ratio = 3/2) as a dispersion medium,
A slurry was prepared by placing the zirconia balls having a diameter of 10 mm in a nylon pot and kneading them at about 60 rpm for 40 hours.

【0056】このスラリーを濃縮脱泡して粘度を30ポ
イズに調整し、最後に200メッシュのフィルターに通
してからドクターブレード法によりポリエチレンテレフ
タレートフィルム上に塗工し、厚さ約300μmのグリ
ーンシートを得た。
The slurry was concentrated and defoamed to adjust the viscosity to 30 poise. Finally, the slurry was passed through a 200-mesh filter, and then coated on a polyethylene terephthalate film by a doctor blade method, to give a green sheet having a thickness of about 300 μm. Obtained.

【0057】このグリーンシートを、連続型打抜き機
(同前)に刃型を取付けて、プレスストローク:40m
m、プレススピード:80spmで所定の寸法・形状に
切断した。
The green sheet was attached to a continuous die-cutting machine (same as above) with a blade, and the press stroke was 40 m.
m, press speed: cut into predetermined dimensions and shape at 80 spm.

【0058】(ジルコニアシートの作製)上記で得た一
辺42cmの正方形状の多孔質シートを棚板上に載せ、
該多孔質シートの上に小麦粉(平均粒子径:20μm、
90%径:64μm)をふりかけて刷毛により均一にの
ばした。該小麦粉の平均塗布量は0.0008cc/c
2であった。その上に、上記で得た一辺40cmの正
方形状のジルコニアグリーンシートを、その周縁が多孔
質シートからはみ出さない様に重ね、その上に同様にし
て小麦粉をふりかけて均一にのばし、更にその上に上記
と同じ多孔質シートを重ね、これを電気炉に入れて14
00℃で2時間焼成することにより、一辺30cm、厚
さ220μmの正方形状ジルコニアシートを得た。
(Preparation of zirconia sheet)
Place a square porous sheet with a side of 42 cm on the shelf board,
Wheat flour (average particle diameter: 20 μm,
(90% diameter: 64 μm)
It was gone. The average coating amount of the flour is 0.0008 cc / c.
m TwoMet. On top of that, the 40 cm side positive
Square shaped zirconia green sheet, the periphery of which is porous
Layer so that it does not protrude from the quality sheet.
Sprinkle with flour and spread evenly.
The same porous sheet as above was placed, and this was placed in an electric furnace,
By sintering at 00 ° C for 2 hours, 30cm on each side, thickness
A 220 μm square zirconia sheet was obtained.

【0059】得られたジルコニアシートは、平滑でウネ
リやディンプルは殆ど認められなかった。
The obtained zirconia sheet was smooth and almost no undulation or dimple was observed.

【0060】比較例1 多孔質シートとジルコニアグリーンシートを重ね合わせ
て焼成を行なう際に、小麦粉を塗布しなかった以外は上
記実施例1と全く同様にしてジルコニアシートを作製し
た。得られたジルコニアシートは緩やかなウネリを有す
ると共に、シート表面の数箇所に大きなディンプルが認
められた。
Comparative Example 1 A zirconia sheet was produced in exactly the same manner as in Example 1 except that when the porous sheet and the zirconia green sheet were stacked and fired, no flour was applied. The obtained zirconia sheet had a gentle undulation and large dimples were observed at several places on the sheet surface.

【0061】実施例2 (多孔質シートの作製)塗工時の厚さを調整し、焼成温
度を1575℃に代えた以外は前記実施例1と同様にし
て、一辺13.8cm、厚さ0.3mm、気孔率42
%、単位面積当たりの重さ0.07g/cm2の正方形
状多孔質シートを得た。
Example 2 (Preparation of porous sheet) Except that the thickness at the time of coating was adjusted and the sintering temperature was changed to 1575 ° C., a side of 13.8 cm and a thickness of 0 0.3 mm, porosity 42
%, A square porous sheet having a weight per unit area of 0.07 g / cm 2 was obtained.

【0062】(ジルコニアシートの作製)上記で得た多
孔質シートを棚板上に載せ、その上にコーンスターチ
(平均粒径:14μm、90%径:22μm)をふりか
けて刷毛で均一にのばした(塗布量:0.0005cc
/cm2)。その上に、前記実施例1と同様にして得た
一辺13.5cmの正方形状ジルコニアグリーンシート
を載せ、その上に上記と同様にしてコーンスターチをふ
りかけて均一にのばし、この操作を5回繰り返すことに
より、5枚の多孔質シートと5枚のジルコニアグリーン
シートをコーンスターチを介して交互に合計10枚重ね
合わせた。最後に、同様にコーンスターチを介して多孔
質シートを重ね、これを電気炉に入れて1400℃で2
時間焼成することにより、一辺が10cmの正方形状ジ
ルコニアシート5枚を得た。
(Preparation of Zirconia Sheet) The porous sheet obtained above was placed on a shelf plate, and corn starch (average particle size: 14 μm, 90% diameter: 22 μm) was sprinkled on the porous sheet and uniformly spread with a brush. (Coating amount: 0.0005cc
/ Cm 2 ). A square zirconia green sheet having a side of 13.5 cm obtained in the same manner as in Example 1 is placed thereon, and corn starch is sprinkled thereon and spread evenly in the same manner as described above, and this operation is repeated five times. As a result, five porous sheets and five zirconia green sheets were alternately superimposed on each other via corn starch. Finally, the porous sheets are similarly stacked via corn starch, and placed in an electric furnace at 1400 ° C. for 2 hours.
By baking for 5 hours, five square zirconia sheets each having a side of 10 cm were obtained.

【0063】得られた5枚のジルコニアシートは、いず
れも平滑でウネリやディンプルは殆ど認められなかっ
た。
Each of the obtained five zirconia sheets was smooth and almost no undulations or dimples were observed.

【0064】比較例2 多孔質シートとジルコニアグリーンシートの間にコーン
スターチを介在させなかった以外は上記実施例2と全く
同様にして焼成を行ない、5枚のジルコニアシートを得
た。得られたジルコニアシートのうち、一番下に位置す
るジルコニアシートには、多孔質シートとの付着に起因
すると思われる割れが発生していると共に、表面には数
箇所に大きなディンプルが認められた。
Comparative Example 2 Five pieces of zirconia sheets were obtained by calcination in the same manner as in Example 2 except that no corn starch was interposed between the porous sheet and the zirconia green sheet. Among the obtained zirconia sheets, the zirconia sheet located at the bottom had cracks that appeared to be caused by adhesion to the porous sheet, and large dimples were observed at several places on the surface. .

【0065】実施例3 (多孔質シートの作製)平均粒子径が55μmの低ソー
ダアルミナ粉末(同前)68重量部と、平均粒子径0.
6μmの低ソーダアルミナ粉末(昭和電工社製商品名
「AL−160SG」)16重量部、及び気孔剤として
カーボンブラック20重量部の合計100重量部を使用
した以外は、前記実施例1と同様の方法で多孔質グリー
ンシートの作製とその焼成を行ない、厚さ0.5mm、
気孔率60%、単位面積当たりの重さ0.08g/cm
2の多孔質シートを得た。
Example 3 (Preparation of porous sheet) 68 parts by weight of a low-soda alumina powder having an average particle diameter of 55 μm (the same as above) and an average particle diameter of 0.
Same as Example 1 except that a total of 100 parts by weight of 16 parts by weight of 6 μm low soda alumina powder (trade name “AL-160SG” manufactured by Showa Denko KK) and 20 parts by weight of carbon black were used as a pore-forming agent. Performing the production and firing of a porous green sheet by the method, thickness 0.5mm,
Porosity 60%, weight 0.08 g / cm per unit area
2 porous sheets were obtained.

【0066】(ジルコニアグリーンシートの作製)ジル
コニア粉末として市販の8モル%イットリア安定化ジル
コニア粉末(第一稀元素社製商品名「HYS−8.
0」)を使用し、グリーンシートの厚さが約200μm
となる様に塗工厚さを調整した以外は前記実施例1と全
く同様にして、厚さ約200μmのグリーンシートを
得、同様にして所定の寸法・形状に切断した。
(Production of Zirconia Green Sheet) Commercially available 8 mol% yttria-stabilized zirconia powder (trade name “HYS-8.
0 ”) and the thickness of the green sheet is about 200 μm
A green sheet having a thickness of about 200 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the coating thickness was adjusted such that

【0067】(ジルコニアシートの作製)上記で得た一
辺28cmの正方形状の多孔質シートを棚板上に載せ、
該多孔質シートの上に片栗粉(平均粒子径:41μm、
90%径71μm)80重量%、平均粒子径55μmの
アルミナ粉末20重量%を混合した粉末をふりかけて刷
毛により均一にのばした。該混合粉末の平均塗布量は
0.002cc/cm2であった。その上に、上記で得
た一辺26cmの正方形状のジルコニアグリーンシート
を重ね、その上に同様にして混合粉末をふりかけて均一
にのばし、この操作を4回繰り返すことにより、4枚の
多孔質シートと4枚のジルコニアグリーンシートを混合
粉末を介して重ね合わせ、最後に同様に混合粉末を介し
て多孔質シートを重ねてから、電気炉により1400℃
で2時間焼成することにより、一辺20cmの正方形状
ジルコニアシート4枚を得た。
(Preparation of Zirconia Sheet) The above-obtained square porous sheet having a side length of 28 cm was placed on a shelf plate.
Potato starch (average particle diameter: 41 μm,
A powder obtained by mixing 80% by weight (90% diameter: 71 μm) and 20% by weight of alumina powder having an average particle diameter of 55 μm was sprinkled and uniformly spread with a brush. The average coating amount of the mixed powder was 0.002 cc / cm 2 . The above-obtained square zirconia green sheet having a side length of 26 cm is superimposed thereon, and the mixed powder is sprinkled on the green sheet in a similar manner and uniformly spread, and this operation is repeated four times to obtain four porous sheets. And four zirconia green sheets are stacked via the mixed powder, and finally, the porous sheets are also stacked via the mixed powder.
For 2 hours to obtain four square zirconia sheets each having a side of 20 cm.

【0068】得られた4枚のジルコニアシートは、いず
れも平滑でウネリやディンプルは殆ど認められなかっ
た。
The four zirconia sheets obtained were all smooth, and almost no undulations or dimples were observed.

【0069】実施例4 コーンスターチに代えてアルミナ粉末(平均粒子径:5
5μm、90%径:100μm)を使用(塗布量は約
0.01cc/cm2)した以外は、前記実施例2と全
く同様にしてジルコニアシートを作製した。
Example 4 Instead of corn starch, alumina powder (average particle size: 5
A zirconia sheet was produced in exactly the same manner as in Example 2 except that 5 μm, 90% diameter: 100 μm) was used (the coating amount was about 0.01 cc / cm 2 ).

【0070】焼成後のジルコニアシートの表面にはアル
ミナ粉末が付着しており、洗浄が必要であったが、シー
ト自体はウネリやディンプルの小さな平滑なものであっ
た。
Alumina powder adhered to the surface of the fired zirconia sheet, which required cleaning, but the sheet itself was smooth with small undulations and dimples.

【0071】比較例3 平均粒子径が0.21μm、90%径が0.9μmのア
ルミナ粉末を使用した以外は上記実施例4と全く同様に
してジルコニアシートを製造した。得られたジルコニア
シートの表面にはアルミナ粉末が強く付着しており、超
音波洗浄によっても除去することが困難であった。
Comparative Example 3 A zirconia sheet was produced in exactly the same manner as in Example 4 except that alumina powder having an average particle diameter of 0.21 μm and a 90% diameter of 0.9 μm was used. Alumina powder adhered strongly to the surface of the obtained zirconia sheet, and it was difficult to remove even by ultrasonic cleaning.

【0072】比較例4 平均粒子径が180μmのアルミナ粉末を使用した以外
は上記実施例4と全く同様にしてジルコニアシートを製
造した。得られたジルコニアシートの表面には、粗粒ア
ルミナ粉末の介在に伴うディンプルやウネリが全面に生
じていた。
Comparative Example 4 A zirconia sheet was produced in exactly the same manner as in Example 4 except that alumina powder having an average particle diameter of 180 μm was used. On the surface of the obtained zirconia sheet, dimples and undulations were generated on the entire surface due to the presence of coarse alumina powder.

【0073】比較例5 アルミナ粉末を200メッシュの金網を通して振動を与
えながら多孔質シート及びジルコニアグリーンシートに
まぶした(塗布量:0.2cc/cm2)以外は、前記
実施例4と同様にしてセラミックシートの作製を行なっ
た。得られたシートは、焼成時のアルミナ粉末の塗布量
が多過ぎて塗布厚さが不均一となったためか、ディンプ
ルや大きなウネリが認められた。
Comparative Example 5 The same procedure as in Example 4 was carried out except that the alumina powder was sprinkled on a porous sheet and a zirconia green sheet while applying vibration through a 200-mesh wire mesh (application amount: 0.2 cc / cm 2 ). A ceramic sheet was produced. The obtained sheet showed dimples and large undulations, probably because the applied amount of the alumina powder at the time of firing was too large and the applied thickness became uneven.

【0074】比較例6 前記実施例4を実施する際に、多孔質シートおよびジル
コニアグリーンシート表面にまぶしたアルミナ粉末を吹
き飛ばし、塗布量をごく僅か(0.00001cc/c
2)にしてから重ね合わせた以外は、実施例4と同様
にしてジルコニアシートを作成した。得られたジルコニ
アシートは部分的に多孔質シートと接合しており、数箇
所に大きなディンプルが確認された。
Comparative Example 6 In carrying out Example 4, the alumina powder dusted on the surface of the porous sheet and the zirconia green sheet was blown off, and the applied amount was extremely small (0.00001 cc / c).
m 2 ), and a zirconia sheet was prepared in the same manner as in Example 4, except that the sheets were superposed. The obtained zirconia sheet was partially bonded to the porous sheet, and large dimples were confirmed at several places.

【0075】比較例7 前記実施例1と同様にして得たジルコニアグリーンシー
トに小麦粉(同前)を塗布し、多孔質シートを介装する
ことなく5枚を重ね合わせてから、実施例1と同じ条件
で焼成を行なった。得られた焼結シートは相互に付着し
合っており、ここのシートに剥がすことができなかっ
た。
Comparative Example 7 Wheat flour (same as above) was applied to a zirconia green sheet obtained in the same manner as in Example 1, and five sheets were laminated without interposing a porous sheet. The firing was performed under the same conditions. The obtained sintered sheets adhered to each other and could not be peeled off here.

【0076】実施例5 (多孔質シートの作製)平均粒子径が0.6μmの低ソ
ーダアルミナ粉末(昭和電工社製商品名「AL−160
SG」)100重量部に対し、メタクリレート系重合体
からなるバインダー(平均分子量:30,000、ガラ
ス転移温度:0℃、固形分濃度:50重量%)18重量
部、可塑剤としてジブチルフタレート2重量部、分散媒
として酢酸エチル/トルエン(重量比=3/2)の混合
溶媒50重量部を、直径10mmのジルコニアボールが
装入されたナイロンポットに入れ、約60rpmで40
時間混練してスラリーを調製した。このスラリーを濃縮
脱泡して粘度を40ポイズに調整し、ドクターブレード
法によりポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗工
してグリーンシートを得た。
Example 5 (Preparation of porous sheet) Low soda alumina powder having an average particle diameter of 0.6 μm (trade name “AL-160” manufactured by Showa Denko KK)
SG "), 100 parts by weight, 18 parts by weight of a binder composed of a methacrylate polymer (average molecular weight: 30,000, glass transition temperature: 0 ° C, solid content concentration: 50% by weight), 2 parts by weight of dibutyl phthalate as a plasticizer Of a mixed solvent of ethyl acetate / toluene (weight ratio = 3/2) as a dispersion medium is placed in a nylon pot into which a zirconia ball having a diameter of 10 mm is charged.
The mixture was kneaded for a time to prepare a slurry. The slurry was concentrated and defoamed to adjust the viscosity to 40 poise, and was coated on a polyethylene terephthalate film by a doctor blade method to obtain a green sheet.

【0077】このグリーンシートを、前記実施例1と同
様の方法で一辺17.5cmの正方形状に切断し、50
0℃で脱脂した後、実施例1と同じ条件で焼成して多孔
質シートを得た。該多孔質シートには若干の反りが見ら
れたため、研磨した緻密質アルミナ板に挟み、1450
℃で反り修正のための再焼成を行なった。得られた多孔
質シートの大きさは一辺14.2cmの正方形状で、厚
さは0.2mm、気孔率は20%、単位面積当たりの重
さは0.06g/cm2であった。
The green sheet was cut into a square having a side of 17.5 cm in the same manner as in Example 1 to obtain a green sheet.
After degreasing at 0 ° C., the mixture was fired under the same conditions as in Example 1 to obtain a porous sheet. Since the porous sheet was slightly warped, it was sandwiched between polished dense alumina plates,
Re-baking was performed at ℃ for correcting the warpage. The size of the obtained porous sheet was a square having a side of 14.2 cm, the thickness was 0.2 mm, the porosity was 20%, and the weight per unit area was 0.06 g / cm 2 .

【0078】(ジルコニアシートの作製)上記で得た多
孔質シートを使用した以外は、前記実施例3と全く同様
にしてジルコニアシートを作製した。得られた4枚のジ
ルコニアシートは、いずれもウネリやディンプルの小さ
な平滑なものであった。
(Preparation of Zirconia Sheet) A zirconia sheet was prepared in the same manner as in Example 3 except that the porous sheet obtained above was used. Each of the obtained four zirconia sheets was smooth with small undulations and dimples.

【0079】比較例8 実施例1で用いた多孔質シートに代えて、重さが2g/
cm2、気孔率が1%以下の緻密質アルミナシートを使
用した以外は、前記実施例1と同様の方法でジルコニア
シートを作製した。
Comparative Example 8 Instead of the porous sheet used in Example 1, the weight was 2 g /
A zirconia sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that a dense alumina sheet having a cm 2 and a porosity of 1% or less was used.

【0080】得られたジルコニアシートの表面には小さ
い皺が無数に発生しており、実用に耐える様なものでは
なかった。
The surface of the obtained zirconia sheet had countless small wrinkles, which were not practical.

【0081】比較例9 小麦粉を塗布しなかった以外は上記比較例8と全く同様
にしてジルコニアシートを作製した。得られたシートに
は亀裂が生じており、実用に耐えるものではなかった。
Comparative Example 9 A zirconia sheet was produced in exactly the same manner as in Comparative Example 8 except that no flour was applied. The obtained sheet had cracks and was not practical.

【0082】評価試験例1 前記実施例1〜5および比較例1,4〜6,8で得たシ
ート各20枚について、レーザー光学式非接触3次元形
状測定装置(UBM社製商品名「UBC-14型」マイクロフォ
ーカス エキスパート)を用いて表面にレーザー光を照
射し、その反射光を三次元解析することによって、夫々
のウネリ高さ及びディンプル高さを測定した。光源は半
導体レーザー(780nm)、スポット径1μm、垂直
分離能0.01μmであり、ディンプル高さは0.1m
mのピッチで測定した。
Evaluation Test Example 1 For each of the 20 sheets obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1, 4 to 6, and 8, a laser optical non-contact three-dimensional shape measuring apparatus (trade name “UBC” manufactured by UBM) was used. The surface was irradiated with laser light using a “-14” microfocus expert) and the reflected light was subjected to three-dimensional analysis to measure the height of each undulation and dimple. The light source is a semiconductor laser (780 nm), the spot diameter is 1 μm, the vertical resolution is 0.01 μm, and the dimple height is 0.1 m.
It was measured at a pitch of m.

【0083】評価試験例2 アルミナ敷板の上に表面が平滑で平行度を保った2枚の
アルミナ板(ニッカート社製商品名「SSA-S」)に各シ
ートを挟んだ状態で載置し、その上にシートを全面に
0.2kg/cm2の荷重を加えた状態で、室温から1
000℃まで10時間かけて昇温し、1000℃で1時
間保持してから室温にまで降温する操作を10回繰り返
し、クラックの発生頻度を調べた。
Evaluation Test Example 2 Each of the sheets was placed on two alumina plates (trade name “SSA-S” manufactured by Nickart Company) with smooth surfaces and parallelism on an alumina base plate. After applying a load of 0.2 kg / cm 2 over the entire surface of the sheet,
The operation of raising the temperature to 000 ° C. over 10 hours, maintaining the temperature at 1000 ° C. for 1 hour, and then lowering the temperature to room temperature was repeated 10 times, and the occurrence frequency of cracks was examined.

【0084】評価試験1,2の結果を表1に纏めて示
す。
The results of evaluation tests 1 and 2 are summarized in Table 1.

【0085】[0085]

【表1】 [Table 1]

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、セ
ラミックシートの特にディンプル高さを特定し、好まし
くは更にウネリ高さ低く抑えることによって、平板状固
体電解質型燃料電池用の固体電解質膜等の構成素材とし
て優れた耐積層荷重性と耐熱ストレス性を有し、稼動時
のクラックや割れの発生を可及的に抑えることができ、
その結果として、例えば高性能で且つ耐久寿命の大幅に
改善された燃料電池などを提供できる。しかも本発明の
方法によれば、その様な形状特性を備えたセラミックシ
ートを工業的に効率よく製造し得ることになった。
According to the present invention, the solid electrolyte for a plate-shaped solid electrolyte fuel cell is specified by specifying the height of the dimples of the ceramic sheet, preferably, and further suppressing the height of the undulation. It has excellent resistance to laminating load and heat stress as a constituent material such as a film, and can minimize the occurrence of cracks and cracks during operation as much as possible.
As a result, it is possible to provide, for example, a fuel cell having high performance and greatly improved durability life. Moreover, according to the method of the present invention, ceramic sheets having such shape characteristics can be industrially and efficiently produced.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼▲崎▼ 恵次郎 兵庫県姫路市網干区興浜字西沖992番地の 1 株式会社日本触媒内 (72)発明者 下村 雅俊 兵庫県姫路市網干区興浜字西沖992番地の 1 株式会社日本触媒内 (72)発明者 西川 耕史 兵庫県姫路市網干区興浜字西沖992番地の 1 株式会社日本触媒内 Fターム(参考) 4G030 AA05 AA11 AA12 AA13 AA16 AA17 AA20 AA21 AA26 AA35 AA36 AA37 AA43 AA51 BA02 CA08 GA11 GA14 GA16 GA17 GA20 PA22  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor ▲ High ▼ ▲ Saki ▼ Eijiro 992, Nishioki, Okahama-ku, Abashiri-ku, Himeji-shi, Hyogo 1 Nippon Shokubai Co., Ltd. No. 1 Within Nippon Shokubai Co., Ltd. (72) Koji Nishikawa Inventor 992 Nishioki, Okihama-shi, Abashiri-ku, Himeji-shi, Hyogo AA51 BA02 CA08 GA11 GA14 GA16 GA17 GA20 PA22

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザー光学式三次元形状測定装置を使
用し、シート面にレーザー光を照射してその反射光を三
次元解析することにより求められるシート表面のディン
プル高さが100μm以下であることを特徴とするセラ
ミックシート。
1. A dimple height on a sheet surface obtained by irradiating a laser beam onto a sheet surface using a laser optical three-dimensional shape measuring device and three-dimensionally analyzing the reflected light thereof is 100 μm or less. A ceramic sheet characterized by the following.
【請求項2】 シート表面のウネリ高さが100μm以
下である請求項1に記載のセラミックシート。
2. The ceramic sheet according to claim 1, wherein the undulation height of the sheet surface is 100 μm or less.
【請求項3】 平板状固体電解質型燃料電池に使用され
るものである請求項1または2に記載のセラミックシー
ト。
3. The ceramic sheet according to claim 1, which is used for a flat solid electrolyte fuel cell.
【請求項4】 セラミックグリーンシートを焼成してセ
ラミックシートを製造する際に、気孔率が15〜85%
である多孔質シートの間に、前記グリーンシートをその
周縁がはみ出さない様に挟み込み、且つ当該多孔質シー
トとセラミックグリーンシートの間に粉末を介在させて
焼成することを特徴とするセラミックシートの製法。
4. A porosity of 15 to 85% when a ceramic green sheet is fired to produce a ceramic sheet.
The ceramic sheet, characterized in that the green sheet is sandwiched between the porous sheets so that the peripheral edge thereof does not protrude, and is fired with a powder interposed between the porous sheet and the ceramic green sheet. Manufacturing method.
【請求項5】 セラミックグリーンシートを焼成してセ
ラミックシートを製造する際に、気孔率が15〜85%
である多孔質シートを、前記グリーンシートの上に該グ
リーンシートの周縁がはみ出さない様に載せ、且つ当該
多孔質シートとセラミックグリーンシートの間に粉末を
介在させて焼成することを特徴とするセラミックシート
の製法。
5. A porosity of 15 to 85% when firing a ceramic green sheet to produce a ceramic sheet.
Is placed on the green sheet so that the peripheral edge of the green sheet does not protrude, and is fired with a powder interposed between the porous sheet and the ceramic green sheet. Manufacturing method of ceramic sheet.
【請求項6】 前記粉末の平均粒子径が0.3〜100
μmである請求項4または5に記載の製法。
6. An average particle diameter of the powder is 0.3 to 100.
The method according to claim 4 or 5, wherein the particle size is μm.
【請求項7】 前記粉末が、有機質粉末を50重量%以
上含むものである請求項4〜6のいずれかに記載の製
法。
7. The method according to claim 4, wherein the powder contains 50% by weight or more of an organic powder.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003128470A (en) * 2001-10-23 2003-05-08 Mitsubishi Materials Corp Method of manufacturing ceramic substrate and porous ceramic plate
JPWO2003098724A1 (en) * 2002-05-22 2005-09-22 株式会社日本触媒 Electrode support substrate for solid oxide fuel cell and method for producing the same
JP2010138369A (en) * 2008-11-14 2010-06-24 Univ Of Fukui Baking paste composition
JP2014040354A (en) * 2012-08-23 2014-03-06 Noritake Co Ltd Green sheet for forming porous electrode, auxiliary sheet for baking, and utilization of the same
JP2018152299A (en) * 2017-03-14 2018-09-27 株式会社日本触媒 Manufacturing method of green sheet for electrolyte sheet for solid oxide fuel cell, manufacturing method of electrolyte sheet for solid oxide fuel cell, and manufacturing method of solid oxide fuel cell

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003128470A (en) * 2001-10-23 2003-05-08 Mitsubishi Materials Corp Method of manufacturing ceramic substrate and porous ceramic plate
JPWO2003098724A1 (en) * 2002-05-22 2005-09-22 株式会社日本触媒 Electrode support substrate for solid oxide fuel cell and method for producing the same
JP4580755B2 (en) * 2002-05-22 2010-11-17 株式会社日本触媒 Electrode support substrate for solid oxide fuel cell and method for producing the same
JP2010138369A (en) * 2008-11-14 2010-06-24 Univ Of Fukui Baking paste composition
JP2014040354A (en) * 2012-08-23 2014-03-06 Noritake Co Ltd Green sheet for forming porous electrode, auxiliary sheet for baking, and utilization of the same
JP2018152299A (en) * 2017-03-14 2018-09-27 株式会社日本触媒 Manufacturing method of green sheet for electrolyte sheet for solid oxide fuel cell, manufacturing method of electrolyte sheet for solid oxide fuel cell, and manufacturing method of solid oxide fuel cell

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