JP2003238201A - Sealing material, joined body, electrochemical apparatus, and crystallized glass - Google Patents

Sealing material, joined body, electrochemical apparatus, and crystallized glass

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide such a sealing material that can maintain sealing performance under such conditions under which the sealing material is exposed to oxidizing and reducing substances in a high temperature region or is exposed to heating cycles between a low temperature and a high temperature. <P>SOLUTION: The sealing material 8 consisting of crystallized glass is provided. While molten glass is brought into contact with object members 6 and 7 to be sealed, the temperature of the molten glass is lowered in this state. The molten glass is crystallized during the temperature lowering, by which the sealing material 8 is obtained. The coefficient of thermal expansion of the material constituting the object members 6 and 7 is 8×10<SP>-6</SP>to 12×10<SP>-6</SP>/K. More preferably, the crystallized glass is glass of Li<SB>2</SB>O-Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>-SiO<SB>2</SB>system and the main crystalline phase of the crystallized glass is lithium disilicate (Li<SB>2</SB>O.2 SiO<SB>2</SB>) phase. The object members preferably include electrochemical cells. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、封止材、接合体お
よび電気化学装置に関するものである。また、本発明
は、8×10−6/K以上、12×10−6/K以下の
熱膨張係数を有する結晶化ガラスに関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sealing material, a bonded body and an electrochemical device. Further, the present invention relates to crystallized glass having a thermal expansion coefficient of 8 × 10 −6 / K or more and 12 × 10 −6 / K or less.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体電解質型燃料電池(SOFC)とし
て、いわゆる平板型と円筒型とが提唱されている。この
うち、円筒型SOFCは実用化に最も近い状態にある
が、単位面積当たりの出力密度が低いという問題があ
る。また、平板型SOFCは比較的高い出力密度が得ら
れるものの、シールが困難であるという問題がある。
2. Description of the Related Art As solid oxide fuel cells (SOFC), so-called flat plate type and cylindrical type have been proposed. Among them, the cylindrical SOFC is in the state of being most practically used, but there is a problem that the output density per unit area is low. Further, the flat plate type SOFC has a problem that sealing is difficult, although a relatively high power density can be obtained.

【0003】SOFC用シール材としては、ホウ珪酸ガ
ラスやパイレックス(登録商標)ガラスからなる溶融ガ
ラスが知られていた。電池の運転温度、例えば1000
℃においては、パイレックスガラスは高粘度の溶融体と
なり、この状態でシール材として機能する。しかし、特
開平10−92450号公報の記載によると、溶融した
シール材は、他のSOFC構成材料との熱膨張差が大き
いため、電池の温度の昇温−降温サイクルに伴い、シー
ル部分の歪みが拡大し、固体電解質の破損やシール性能
の低下を招く(0003参照)。このため、特開平10
−92450号公報記載の発明では、溶融ガラスを使用
しないシール方法を提案している。即ち、SOFCに対
して結晶化前の原ガラスを接触させ、この状態で温度を
上昇させ、原ガラスを軟化させる。そして、更にSOF
Cの運転温度(例えば1000℃)以上まで温度を上昇
させることによって、いったん軟化した原ガラスを結晶
化させる。結晶化ガラスは硬質の固相状態の物体であ
り、SOFCの運転温度では溶融状態とはならない。特
開平10−321244号公報にも同様の結晶化ガラス
からなるシール材が記載されている。
As a sealing material for SOFC, a molten glass made of borosilicate glass or Pyrex (registered trademark) glass has been known. Battery operating temperature, eg 1000
At ° C, Pyrex glass becomes a high-viscosity melt and functions as a sealant in this state. However, according to the description of Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-92450, the melted seal material has a large difference in thermal expansion from other SOFC constituent materials, and therefore the distortion of the seal portion occurs as the battery temperature rises and falls. Cause the damage of the solid electrolyte and the deterioration of the sealing performance (see 0003). For this reason,
The invention described in Japanese Patent No. 92450 proposes a sealing method that does not use molten glass. That is, the raw glass before crystallization is brought into contact with the SOFC, and the temperature is raised in this state to soften the raw glass. And further SOF
By raising the temperature above the operating temperature of C (for example, 1000 ° C.) or higher, the once-softened raw glass is crystallized. Crystallized glass is a hard solid-state object and does not become molten at the operating temperature of SOFC. Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 10-321244 also describes a similar sealing material made of crystallized glass.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者が検
討したところ、このようなシール材には以下の問題があ
ることが分かった。即ち、SOFCにおいては、酸化性
ガスと還元性ガスとの間で僅かでもガスリークがある
と、発電出力が著しく低下するために、リーク防止性能
を高く保持することが重要である。しかし、結晶化ガラ
スからなるシール材を使用した場合には、結晶化ガラス
と、SOFCを構成するセラミックスとの界面における
密着性が低く、このために接合直後においても若干のガ
スリークが見られた。その上、SOFCを熱サイクルに
供した後には、界面の密着性が更に低下し、ガスリーク
量が徐々に上昇する傾向が見られることが判明した。
However, as a result of examination by the present inventor, it was found that such a sealing material has the following problems. That is, in the SOFC, if there is even a slight gas leak between the oxidizing gas and the reducing gas, the power generation output is significantly reduced, so it is important to maintain high leak prevention performance. However, when a sealing material made of crystallized glass was used, the adhesiveness at the interface between the crystallized glass and the ceramics constituting the SOFC was low, and as a result, some gas leakage was observed immediately after joining. Moreover, it was found that after the SOFC was subjected to a thermal cycle, the adhesiveness at the interface was further reduced and the gas leak amount tended to gradually increase.

【0005】本発明の課題は、高温領域において酸化
性、還元性物質に対して曝露され、また低温と高温との
間の加熱サイクルにさらされるような条件下で、封止性
能を維持できるような封止材を提供することである。
It is an object of the present invention to maintain sealing performance under conditions such that it is exposed to oxidizing and reducing substances in a high temperature region and is exposed to a heating cycle between low temperature and high temperature. Another object is to provide a simple sealing material.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、結晶化ガラス
からなる封止材であって、封止されるべき対象部材に対
して溶融ガラスを接触させた状態で溶融ガラスを降温す
る際に、溶融ガラスを結晶化させることによって得られ
たことを特徴とする、封止材に係るものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is an encapsulating material made of crystallized glass, which is used for lowering the temperature of molten glass while the molten glass is in contact with the target member to be sealed. The present invention relates to a sealing material, which is obtained by crystallizing molten glass.

【0007】また、本発明は、前記封止材と、この封止
材によって封着されている複数の対象部材とを備えてい
ることを特徴とする、接合体に係るものである。
The present invention also relates to a joined body, comprising the above-mentioned sealing material and a plurality of target members sealed by the sealing material.

【0008】また、本発明は、気密質の固体電解質、陽
極および陰極を備えている電気化学セルと、この電気化
学セルとの間で気密性が保持されるべき他の部材とを備
えている電気化学装置であって、電気化学セルと他の部
材とを封止する封止材を備えており、この封止材が、溶
融ガラスを降温する際に溶融ガラスを結晶化させること
によって得られた結晶化ガラスからなることを特徴とす
る。
Further, the present invention comprises an electrochemical cell having a hermetic solid electrolyte, an anode and a cathode, and another member whose airtightness should be maintained between the electrochemical cell. An electrochemical device comprising a sealing material for sealing an electrochemical cell and another member, the sealing material being obtained by crystallizing molten glass when the temperature of the molten glass is lowered. It is characterized by being made of crystallized glass.

【0009】本発明者は、対象部材に対して溶融ガラス
を接触させた状態で溶融ガラスを降温する際に、溶融ガ
ラスを結晶化させることによって、封止材を得ることを
想到した。つまり、対象部材に対して溶融ガラスをいっ
たん接触させ、ガラスと対象部材との密着性を非常に高
くした上で、この状態で溶融ガラスの温度を降下させ、
この降温過程において溶融ガラスの結晶化を行ってい
る。この結果、結晶化ガラスからなる封止材と対象部材
との界面における密着性が高く、しかも結晶化ガラスの
高い強度を利用できることから、熱サイクルに対しても
強い。
The present inventor has conceived to obtain a sealing material by crystallizing the molten glass when the temperature of the molten glass is lowered while the molten glass is in contact with the target member. That is, once the molten glass is brought into contact with the target member, the adhesion between the glass and the target member is made extremely high, and then the temperature of the molten glass is lowered in this state,
Crystallization of the molten glass is performed in this temperature decreasing process. As a result, the adhesiveness at the interface between the encapsulant made of crystallized glass and the target member is high, and the high strength of crystallized glass can be utilized, so that it is strong against thermal cycles.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明においては、対象部材に対
して溶融ガラスを接触させる。そして、この状態で溶融
ガラスを降温する際に溶融ガラスを結晶化させる。ここ
で、溶融時の加熱温度は特に限定されないが、一般的に
は800〜1200℃であることが多い。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, molten glass is brought into contact with a target member. Then, when the temperature of the molten glass is lowered in this state, the molten glass is crystallized. Here, the heating temperature at the time of melting is not particularly limited, but is generally 800 to 1200 ° C. in many cases.

【0011】本発明においては、まず原ガラス(結晶化
前のガラス)の温度を上昇させて溶融させる。ここで、
原ガラスは、まず原ガラスに固有の軟化温度において軟
化する。更に昇温を続けると、原ガラスに固有の溶融温
度において溶融が始まる。次いで溶融ガラスの温度を低
下させ、所定の結晶化温度に保持して溶融ガラスを結晶
化させる。結晶化後の結晶化ガラスに固有の軟化温度
は、結晶化温度よりも高くなり、かつ結晶化前の原ガラ
スの軟化温度よりも高くなる。
In the present invention, first, the temperature of the original glass (glass before crystallization) is raised and melted. here,
The raw glass first softens at the softening temperature specific to the raw glass. When the temperature is further raised, melting starts at the melting temperature specific to the raw glass. Next, the temperature of the molten glass is lowered, and the molten glass is crystallized while being maintained at a predetermined crystallization temperature. The softening temperature specific to the crystallized glass after crystallization is higher than the crystallization temperature and higher than the softening temperature of the original glass before crystallization.

【0012】ここで、本発明においては、原ガラスを溶
融させるための加熱温度は、結晶化ガラスの軟化温度以
上であることが好ましい。原ガラスを溶融させるための
加熱温度は、結晶化ガラスの軟化温度+20℃以上であ
ることが更に好ましい。
Here, in the present invention, the heating temperature for melting the raw glass is preferably equal to or higher than the softening temperature of the crystallized glass. The heating temperature for melting the raw glass is more preferably the softening temperature of the crystallized glass + 20 ° C. or higher.

【0013】好適な実施形態においては、結晶化を行う
際の最高温度を、結晶化ガラスの軟化温度以下とし、こ
れによって封止性能を一層向上させることができる。特
に好ましくは、結晶化を行う際の最高温度を、結晶化ガ
ラスの軟化温度−50℃以下とする。本発明を電気化学
セルに対して適用する場合には、結晶化を行う際の最高
温度以下で、一般に電気化学セルは定常運転される。
In a preferred embodiment, the maximum temperature during crystallization is set to be equal to or lower than the softening temperature of the crystallized glass, whereby the sealing performance can be further improved. Particularly preferably, the maximum temperature during crystallization is set to -50 ° C or lower of the softening temperature of the crystallized glass. When the present invention is applied to an electrochemical cell, the electrochemical cell is normally operated at a temperature not higher than the maximum temperature during crystallization.

【0014】結晶化ガラスの組成系は特に限定されず、
以下の組成系を例示できる。LiO−Al−S
iO2、LiO−MgO−Al−SiO2、
gO−Al−SiO2、LiO−MgO−Al
−SiO2、−P5,LiO−CaO−S
iO2、LiO−ZnO−Al−SiO2、
O−Al−TiO−SiO2、LiO−
Al−SiO2、−P5,NaO−Al
−SiO2、CaO−Al−SiOがあ
る。
The composition system of the crystallized glass is not particularly limited,
The following composition systems can be illustrated. Li 2 O-Al 2 O 3 -S
iO 2, Li 2 O-MgO -Al 2 O 3 -SiO 2, M
gO-Al 2 O 3 -SiO 2 , Li 2 O-MgO-Al
2 O 3 -SiO 2, -P 2 O 5, Li 2 O-CaO-S
iO 2, Li 2 O-ZnO -Al 2 O 3 -SiO 2, L
i 2 O-Al 2 O 3 -TiO 2 -SiO 2, Li 2 O-
Al 2 O 3 -SiO 2, -P 2 O 5, Na 2 O-Al 2
O 3 is -SiO 2, CaO-Al 2 O 3 -SiO 2.

【0015】好ましくは、結晶化ガラスの主結晶相がリ
チウムダイシリケート(LiO・2SiO)相であ
る。この場合には、LiO−Al−SiO
の結晶化ガラスの熱膨張係数を8〜12×10−6
Kの範囲内にすることが容易である。ここで、主結晶相
とは、結晶化ガラスの全結晶相のうち最も容積の大きい
結晶相のことである。
Preferably, the main crystal phase of the crystallized glass is a lithium disilicate (Li 2 O.2SiO 2 ) phase. In this case, the coefficient of thermal expansion of the crystallized glass of Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 system is 8 to 12 × 10 −6 /.
It is easy to set it within the range of K. Here, the main crystal phase is a crystal phase having the largest volume among all crystal phases of crystallized glass.

【0016】この場合、副結晶相としては、β−スポジ
ュウメン相、クリストバライト相、クオーツ相、ユーク
リプタイト相、ペタライト相、Al相、Li
・SiO相を含有していてよい。
In this case, as the sub-crystal phase, β-spodumene phase, cristobalite phase, quartz phase, eucryptite phase, petalite phase, Al 2 O 3 phase, Li 2 O
-It may contain a SiO 2 phase.

【0017】好ましくは、結晶化ガラスが少なくともβ
−スポジュウメン相を含有していることが好ましい。
Preferably, the crystallized glass is at least β.
It preferably contains a Spodumene phase.

【0018】LiO−Al−SiO系の結晶
化ガラスにおいて、以下の組成系が特に好ましい。 SiO:70〜90重量%(好ましくは75〜86重
量%) LiO:5〜20重量%(好ましくは10〜17重量
%) Al:2〜15重量%(好ましくは2〜8重量
%) P:1〜15重量%(好ましくは1〜5重量%)
In the crystallized glass of the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 system, the following composition systems are particularly preferable. SiO 2: 70 to 90 wt% (preferably 75 to 86 wt%) Li 2 O: 5~20 wt% (preferably 10 to 17 wt%) Al 2 O 3: 2~15 wt% (preferably 2 to 8 wt%) P 2 O 5: 1~15 wt% (preferably 1 to 5% by weight)

【0019】特に、75〜85重量%のSiO、14
〜17重量%のLiO、2〜6重量%のAl
よび1〜5重量%のPの組成を有する結晶化ガラ
スは、Li2Oの比率を調整することによって、8×1
−6/K以上、12×10−6/Kの間で熱膨張係数
を調整し、封止対象部材の熱膨張係数に適合させ得るこ
とを見出した。Li2O量とガラスの熱膨張係数との関
係は図5に例示する。具体的には、2つの封止対象部材
の材質を、表1に示すように変更したときには、封止材
の熱膨張係数が表1の「接合可能な熱膨張範囲」にない
と、封止が困難である。表1の右欄には、接合可能な熱
膨張係数の範囲に対応する結晶化ガラスのLi2O量お
よびAl23量を示す。
In particular, 75 to 85% by weight of SiO 2 , 14
A crystallized glass having a composition of ˜17 wt% Li 2 O, 2-6 wt% Al 2 O 3 and 1-5 wt% P 2 O 5 can be prepared by adjusting the Li 2 O ratio. 8x1
0 -6 / K or more, to adjust the coefficient of thermal expansion between 12 × 10 -6 / K, was found to be adapted to the thermal expansion coefficient of the sealing target member. The relationship between the amount of Li 2 O and the coefficient of thermal expansion of glass is illustrated in FIG. Specifically, when the materials of the two sealing target members are changed as shown in Table 1, if the thermal expansion coefficient of the sealing material is not within the "bondable thermal expansion range" of Table 1, the sealing is performed. Is difficult. The right column of Table 1 shows the amounts of Li 2 O and Al 2 O 3 of the crystallized glass corresponding to the range of the coefficient of thermal expansion that can be joined.

【表1】 [Table 1]

【0020】原ガラスの組成において、SiOは、リ
チウムダイシリケート相等の結晶相を得るために必要不
可欠な基本的成分であるが、SiOの量が70重量%
未満であると、リチウムダイシリケート相の析出が困難
となり、90%を越えると、原ガラスの溶融が困難にな
る。
In the composition of the raw glass, SiO 2 is an essential essential component for obtaining a crystal phase such as a lithium disilicate phase, but the amount of SiO 2 is 70% by weight.
If it is less than 90%, it becomes difficult to deposit the lithium disilicate phase, and if it exceeds 90%, it becomes difficult to melt the raw glass.

【0021】原ガラスにおけるAl成分が15重
量%を越えると、ユークリプタイト相の生成量が過多に
なり易く、結晶化ガラスの強度が低下する。
When the Al 2 O 3 component in the raw glass exceeds 15% by weight, the amount of the eucryptite phase produced tends to be excessive, and the strength of the crystallized glass decreases.

【0022】この系の結晶化ガラスにおいてZrO
添加しない場合には、結晶中においてユークリプタイト
(LiO・Al・2SiO)相およびβ−ス
ポジュウメン(Li・Al・4SiO)相が
生成し易くなる。しかし、ZrOを10重量%以下添
加することもできる。
[0022] Without the addition of ZrO 2 in the glass-ceramics of the system, in the crystal eucryptite (Li 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2) phase and β- Supojuumen (Li 2 · Al 2 O The 3 · 4SiO 2 ) phase is easily generated. However, it is also possible to add 10 wt% or less of ZrO 2 .

【0023】また、2.0重量部以下のCr
2.5重量部以下のMnOを結晶化ガラス中に含有させ
ることができる。
Further, 2.0 parts by weight or less of Cr 2 O 3 ,
2.5 parts by weight or less of MnO can be contained in the crystallized glass.

【0024】前記結晶化ガラス中には、他の成分を含有
させることができる。まず、TiO、SnO、Zr
や金、銀、白金等の貴金属およびCaF等のフッ化
物を、単独で、または2種以上混合して、含有させるこ
とができる。また、KOを0〜7重量%含有させるこ
とができる。これは、ガラスの溶融、成形温度を低下さ
せるのと共に、成形時のガラスの失透を抑制する効果が
ある。この作用を発揮させるには、この含有量を2重量
%以上とすることが更に好ましい。また、この含有量が
7重量%を越えると、結晶化ガラスの強度が低下する傾
向がある。
Other components can be contained in the crystallized glass. First, TiO 2 , SnO 2 , Zr
O 2 and noble metals such as gold, silver and platinum and fluorides such as CaF can be contained alone or in admixture of two or more. Further, 0 to 7% by weight of K 2 O can be contained. This has the effects of lowering the melting and molding temperatures of the glass and suppressing devitrification of the glass during molding. In order to exert this effect, it is more preferable that the content is 2% by weight or more. Further, if the content exceeds 7% by weight, the strength of the crystallized glass tends to decrease.

【0025】また、AsとSbとの一方ま
たは双方を、合計で0〜2重量%含有させることもでき
る。これらは、ガラス溶融の際の清澄剤である。その
他、B成分を0〜3重量%、CaO成分を0〜3
重量%、SrOを0〜3重量%、BaOを0〜3重量%
含有させることができる。
Further, one or both of As 2 O 3 and Sb 2 O 3 may be contained in a total amount of 0 to 2% by weight. These are fining agents during glass melting. In addition, 0 to 3% by weight of B 2 O 3 component and 0 to 3 of CaO component
% By weight, SrO 0 to 3% by weight, BaO 0 to 3% by weight
Can be included.

【0026】原ガラスを製造する際には、上記の各金属
原子を含有する各原料を、上記の重量比率に該当するよ
うに混合し、この混合物を溶融させる。この原料として
は、各金属原子の酸化物、炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩、
水酸化物を例示することができる。次いで、溶融した混
合物を降温し、ほぼ均一組成の原ガラスを得る。
When producing the raw glass, the respective raw materials containing the above-mentioned metal atoms are mixed so as to correspond to the above weight ratio, and the mixture is melted. As the raw material, oxides, carbonates, nitrates, phosphates of each metal atom,
A hydroxide can be illustrated. Next, the molten mixture is cooled to obtain a raw glass having a substantially uniform composition.

【0027】次いで、好ましくは、この原ガラスを解砕
あるいは粉砕し、原ガラスの粉末を得る。少なくともこ
の原ガラスの粉末を対象部材の封止面に接触させる。
Then, preferably, the raw glass is crushed or crushed to obtain a powder of the raw glass. At least the powder of the raw glass is brought into contact with the sealing surface of the target member.

【0028】原ガラスの粉末を対象部材に対して接触さ
せる方法は限定されないが、以下を例示できる。 (1)各金属原子を含有する各原料に対して、ポリビニ
ルアルコール、メチルセルロースなどの結合剤を添加
し、良く混合し、ペースト状の封止用混合物を調製す
る。このペーストを対象部材の封止面に塗布する。 (2)各金属原子を含有する各原料に対して、ポリビニ
ルアルコール、メチルセルロースなどの結合剤を添加
し、良く混合し、流動性の混合物を得る。この流動性の
混合物を成形して所定形状の成形体を得る。この成形体
を、対象部材の封止面に接触させる。成形体は、通常は
平板状あるいは膜状であり、その平面的形状は、封止面
の平面形状に適合している。この成形法は特に限定され
ず、ドクターブレード法、プレス成形法、押出成形法を
例示できる。
The method of bringing the powder of the raw glass into contact with the target member is not limited, but the following can be exemplified. (1) To each raw material containing each metal atom, a binder such as polyvinyl alcohol or methyl cellulose is added and mixed well to prepare a paste-like sealing mixture. This paste is applied to the sealing surface of the target member. (2) A binder such as polyvinyl alcohol or methyl cellulose is added to each raw material containing each metal atom and mixed well to obtain a fluid mixture. This fluid mixture is molded to obtain a molded product having a predetermined shape. This molded body is brought into contact with the sealing surface of the target member. The molded body is usually in the shape of a flat plate or a film, and the planar shape thereof conforms to the planar shape of the sealing surface. This molding method is not particularly limited, and examples thereof include a doctor blade method, a press molding method, and an extrusion molding method.

【0029】このように少なくとも原ガラスの粉末を対
象部材の封止面に接触させた後、加熱し、溶融させる。
In this way, at least the powder of the raw glass is brought into contact with the sealing surface of the target member, and then heated and melted.

【0030】ここで、原ガラスを加熱する際には、少な
くとも500℃以上の温度領域での温度上昇速度を50
〜300℃/時間に制御することによって結晶核の生成
を進行させることができる。また、少なくとも500℃
〜580℃の温度領域内で1〜4時間保持することによ
って結晶核の生成を進行させることができる。
Here, when heating the raw glass, the temperature rising rate is 50 at least in the temperature range of 500 ° C. or higher.
The generation of crystal nuclei can be promoted by controlling the temperature to 300 ° C / hour. Also, at least 500 ° C
The generation of crystal nuclei can be promoted by holding in the temperature range of ˜580 ° C. for 1 to 4 hours.

【0031】LiO−Al−SiO系の原ガ
ラスを溶融させる際の加熱温度は、800〜1200℃
とすることが好ましく、900〜1200℃とすること
が更に好ましい。
The heating temperature for melting the Li 2 O--Al 2 O 3 --SiO 2 type raw glass is 800 to 1200 ° C.
It is preferable to set it as follows, and it is more preferable to set it as 900-1200 degreeC.

【0032】次いで、溶融ガラスを降温させ、結晶化さ
せる。この際には、所定の温度に保持することで結晶化
を進行させることが好ましい。LiO−Al
SiO系の場合には、結晶化温度は、800〜900
℃とすることが好ましく、830〜880℃とすること
が更に好ましい。また、上記温度範囲における保持時間
は、1時間以上とすることが特に好ましい。
Next, the molten glass is cooled to crystallize it. At this time, it is preferable to promote crystallization by maintaining a predetermined temperature. Li 2 O-Al 2 O 3 -
In the case of SiO 2 system, the crystallization temperature is 800 to 900.
C. is preferable, and 830 to 880.degree. C. is more preferable. The holding time in the above temperature range is particularly preferably 1 hour or more.

【0033】溶融ガラスを降温し、結晶化させる際に
は、結晶化温度以下の温度にいったん降温することによ
って、結晶核の生成を進行させることができる。この実
施形態においては、450〜580℃の温度範囲で保持
することが好ましい。この際には、450〜580℃の
温度範囲で、温度を上昇および/または下降させること
も可能である。この実施形態に係る温度スケジュール
は、例えば図6に示す。
When the molten glass is cooled and crystallized, the crystal nuclei can be produced by temporarily lowering the temperature below the crystallization temperature. In this embodiment, it is preferable to maintain the temperature range of 450 to 580 ° C. At this time, it is also possible to raise and / or lower the temperature in the temperature range of 450 to 580 ° C. The temperature schedule according to this embodiment is shown in FIG. 6, for example.

【0034】本発明において、封止されるべき対象部材
の熱膨張係数は限定されないが、8×10−6/K以
上、12×10−6/K以下であることが好ましい。た
だし、この熱膨張係数(α)は、40〜800℃の範囲
の値を示差膨張計によって測定し、下式によって計算し
た。l40は40℃での試料長さ、l800は800℃での試
料長さを表す。
In the present invention, the coefficient of thermal expansion of the target member to be sealed is not limited, but is preferably 8 × 10 −6 / K or more and 12 × 10 −6 / K or less. However, the coefficient of thermal expansion (α) was calculated by the following formula by measuring a value in the range of 40 to 800 ° C. with a differential expansion meter. l 40 represents the sample length at 40 ° C. and l 800 represents the sample length at 800 ° C.

【数1】 [Equation 1]

【0035】封止されるべき部材は、セラミック部材、
金属部材、セラミックス−金属複合材であってよい。好
ましくは、少なくともセラミック部材を含む。また、セ
ラミックスの種類は限定されないが、ジルコニア、ラン
タンクロマイト、ランタンマンガナイト、マグネシア−
アルミナスピネルであってよい。また、複合材として
は、ニッケル−ジルコニアサーメットなどの金属−ジル
コニアサーメットを例示できる。金属としては、94C
r5FeYニッケルなどの耐熱性金属が挙げられ
る。
The member to be sealed is a ceramic member,
It may be a metal member or a ceramic-metal composite material. Preferably, at least a ceramic member is included. The type of ceramics is not limited, but zirconia, lanthanum chromite, lanthanum manganite, magnesia-
It may be an alumina spinel. Further, as the composite material, a metal-zirconia cermet such as nickel-zirconia cermet can be exemplified. As a metal, 94C
refractory metal such as r5FeY 2 O 3 nickel and the like.

【0036】本発明が対象とする電気化学セルは、電気
化学反応を生じさせるためのセル一般を意味している。
The electrochemical cell targeted by the present invention means a general cell for causing an electrochemical reaction.

【0037】本発明の封止用組成物を電気化学セルに適
用する場合には、電気化学セルの構成部材のうち,固体
電解質、インターコネクター、陽極、陰極、フランジ、
マニホールドや供給管等のガス供給部材に対して適用す
ることが好ましい。
When the encapsulating composition of the present invention is applied to an electrochemical cell, solid electrolyte, interconnector, anode, cathode, flange,
It is preferably applied to a gas supply member such as a manifold or a supply pipe.

【0038】例えば、電気化学セルは、酸素ポンプ、高
温水蒸気電解セルとして使用できる。高温水蒸気電解セ
ルは、水素の製造装置に使用でき、また水蒸気の除去装
置に使用できる。また、電気化学セルを、NOx、SO
xの分解セルとして使用できる。この分解セルは、自動
車、発電装置からの排ガスの浄化装置として使用でき
る。また、好適な実施形態では、電気化学セルが、固体
電解質型燃料電池である。
For example, the electrochemical cell can be used as an oxygen pump or a high temperature steam electrolysis cell. The high temperature steam electrolysis cell can be used in a hydrogen production device and also in a steam removal device. In addition, the electrochemical cell is set to NOx, SO
It can be used as a decomposition cell of x. This decomposition cell can be used as a device for purifying exhaust gas from automobiles and power generators. Further, in a preferred embodiment, the electrochemical cell is a solid oxide fuel cell.

【0039】電気化学セルにおいて、酸化性ガスは、酸
素イオンを固体電解質膜へと供給可能なガスであれば特
に限定されないが、空気、希釈空気、酸素、希釈酸素が
挙げられる。
In the electrochemical cell, the oxidizing gas is not particularly limited as long as it can supply oxygen ions to the solid electrolyte membrane, and examples thereof include air, diluted air, oxygen and diluted oxygen.

【0040】還元性ガスとしては、H、CO, CH
とこれらの混合ガスを例示できる。
As the reducing gas, H 2 , CO, CH 4 can be used.
And these mixed gases can be illustrated.

【0041】インターコネクターとして使用することの
できる材料は、電子伝導性を有するものであれば特に限
定されるものではないが、耐熱性の理由からランタンを
含有するペロブスカイト型複合酸化物であることが好ま
しく、さらには耐熱性、耐酸化性、及び耐還元性の観点
からランタンクロマイトであることが好ましい。
The material that can be used as the interconnector is not particularly limited as long as it has electronic conductivity, but it is a perovskite type complex oxide containing lanthanum for the reason of heat resistance. More preferably, lanthanum chromite is preferable from the viewpoint of heat resistance, oxidation resistance, and reduction resistance.

【0042】固体電解質として使用することのできる材
料はイオン導電性を有するものであれば特に限定される
ものではないが、酸素イオン導電率が高いという理由か
らイットリア安定化ジルコニア又はイットリア部分安定
化ジルコニア、酸化セリウムが好ましい。
The material that can be used as the solid electrolyte is not particularly limited as long as it has ionic conductivity, but yttria-stabilized zirconia or yttria partially-stabilized zirconia is used because of its high oxygen ion conductivity. Cerium oxide is preferred.

【0043】陽極については、還元触媒であれば特に限
定されるものでなく、酸素の還元性が高いという理由か
らランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物であ
ることが好ましく、さらにはランタンマンガナイト又は
ランタンコバルタイトが好ましい。パラジウム、白金、
ルテニウム、白金−ジルコニア混合粉末、パラジウムー
ジルコニア混合粉末、ルテニウムージルコニア混合粉
末、白金−酸化セリウム混合粉末、ルテニウムー酸化セ
リウム混合粉末などを使用することもできる。
The anode is not particularly limited as long as it is a reducing catalyst, and is preferably a perovskite type complex oxide containing lanthanum because of its high oxygen reducing property, and further, lanthanum manganite or Lanthanum cobaltite is preferred. Palladium, platinum,
Ruthenium, platinum-zirconia mixed powder, palladium-zirconia mixed powder, ruthenium-zirconia mixed powder, platinum-cerium oxide mixed powder, ruthenium-cerium oxide mixed powder and the like can also be used.

【0044】ランタンクロマイト及びランタンンマンガ
ナイトは、それぞれ単独で用いることもできるが、熱膨
張の整合性の理由から、ストロンチウム、カルシウム、
クロム(ランタンマンガンナイトの場合)、コバルト、
鉄、ニッケル、アルミニウムなどをドープすることもで
きる。
Although lanthanum chromite and lanthanum manganites can be used alone, strontium, calcium, and
Chromium (for lanthanum manganese), cobalt,
It is also possible to dope with iron, nickel, aluminum and the like.

【0045】陰極として使用することのできる材料は、
酸化触媒であれば特に限定されないが、酸素イオンの酸
化活性が高いという理由から、ニッケル、パラジウム、
白金、ニッケルージルコニア混合粉末、白金−ジルコニ
ア混合粉末、パラジウムージルコニア混合粉末、ニッケ
ルー酸化セリウム混合粉末、白金−酸化セリウム混合粉
末、パラジウムー酸化セリウム混合粉末、ルテニウム、
ルテニウムージルコニア混合粉末などを使用することが
好ましい。
Materials that can be used as the cathode are
Although it is not particularly limited as long as it is an oxidation catalyst, nickel, palladium,
Platinum, nickel-zirconia mixed powder, platinum-zirconia mixed powder, palladium-zirconia mixed powder, nickel-cerium oxide mixed powder, platinum-cerium oxide mixed powder, palladium-cerium oxide mixed powder, ruthenium,
It is preferable to use ruthenium-zirconia mixed powder.

【0046】また、電気化学セルと外部マニホールドと
を使用し、マニホールドから酸化性ガス、還元性ガスを
分配する場合には、マニホールドの材質は、マグネシア
−アルミナスピネル、ジルコニア、またはアルミナであ
ることが好ましい。
When an electrochemical cell and an external manifold are used and an oxidizing gas or a reducing gas is distributed from the manifold, the material of the manifold is magnesia-alumina spinel, zirconia, or alumina. preferable.

【0047】好適な実施形態においては、電気化学セル
がハニカム状の支持体を備えており、支持体の少なくと
も一部が、気密質の固体電解質材料によって構成されて
いる。そして、複数の酸化性ガス流路と複数の還元性ガ
ス流路とが設けられおり、酸化性ガス流路に陽極が面し
ており、還元性ガス流路に陰極が面している。特に好ま
しくは、ハニカム形状の電気化学セルを、各酸化性ガス
流路および各還元性ガス流路に対して各ガスを供給する
ためのマニホールドに対して、本発明の封止材を使用し
て接合する。
In a preferred embodiment, the electrochemical cell includes a honeycomb-shaped support, and at least a part of the support is made of a gas-tight solid electrolyte material. Then, a plurality of oxidizing gas channels and a plurality of reducing gas channels are provided, the oxidizing gas channel faces the anode, and the reducing gas channel faces the cathode. Particularly preferably, a honeycomb-shaped electrochemical cell is used for a manifold for supplying each gas to each oxidizing gas channel and each reducing gas channel, using the sealing material of the present invention. To join.

【0048】[0048]

【実施例】(実験A) (本発明例の成形体4の製造)Li2O:12.6重量
%、Al23:5.0重量%、SiO2:78.0重量
%、K2O:2.4重量%、P25:2.0重量%の割
合で、各酸化物粉末を調合した。調合した粉末を混合し
た後、白金るつぼに調合粉末をいれ、1400℃で3時
間溶融させ、得られた溶融物を水中に投入、冷却し、ガ
ラス塊を作製した。このガラス塊をアルミナ乳鉢で粉砕
し、平均粒径5μmの原ガラス粉末を得た。
EXAMPLES (Experiment A) (Production of Molded Article 4 of the Present Invention) Li 2 O: 12.6% by weight, Al 2 O 3 : 5.0% by weight, SiO 2 : 78.0% by weight, K Each oxide powder was prepared in a ratio of 2 O: 2.4 wt% and P 2 O 5 : 2.0 wt%. After mixing the prepared powders, the prepared powders were put in a platinum crucible and melted at 1400 ° C. for 3 hours, and the obtained melt was put into water and cooled to prepare a glass gob. This glass gob was crushed in an alumina mortar to obtain a raw glass powder having an average particle size of 5 μm.

【0049】前記の原ガラス粉末98重量%に対して、
ポリビニルアルコール(有機バインダー)2 重量%を添
加し、プレス成形用粉末を調製した。その粉末を金型プ
レス法によりプレス成形し、図1(a)に示すように、
外径10mm、内径8mm、厚さ0.5mmのリング状
の成形体4を作製した。
With respect to 98% by weight of the above raw glass powder,
2% by weight of polyvinyl alcohol (organic binder) was added to prepare a powder for press molding. The powder is press-molded by a die pressing method, and as shown in FIG.
A ring-shaped molded body 4 having an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 8 mm and a thickness of 0.5 mm was produced.

【0050】(封止対象部材6の製造)8モルイットリ
ア安定化ジルコニア粉末98重量%に対して、ポリビニ
ルアルコール2重量%を添加し、プレス成形用粉末を調
製した。この粉末をプレス成形し、外径14mm、内径
12mm、長さ50mmのパイプ状の成形体を作製し
た。その成形体を、空気中、1400℃3時間焼成し
た。得られた焼成体を加工し、外径10mm、内径8m
m、長さ30mmの円筒形状の部材6を得た。
(Production of Member 6 to be Sealed) 2% by weight of polyvinyl alcohol was added to 98% by weight of 8 mol yttria-stabilized zirconia powder to prepare a powder for press molding. This powder was press-molded to prepare a pipe-shaped molded body having an outer diameter of 14 mm, an inner diameter of 12 mm and a length of 50 mm. The compact was fired in air at 1400 ° C. for 3 hours. The fired body obtained is processed to have an outer diameter of 10 mm and an inner diameter of 8 m.
A cylindrical member 6 having m and a length of 30 mm was obtained.

【0051】また、カルシウムドープランタンクロマイ
ト粉末98重量%に対してポリビニルアルコール2重量
%を添加し、プレス成形用粉末を調製し、この粉末をプ
レス成形し、外径14mm、内径12mm、長さ50m
mのパイプ状の成形体を作製した。この成形体を空気
中、1500℃で3時間焼成し、得られた焼成体を加工
し、外径10mm、内径8mm、長さ30mmの円筒状
部材6を得た。
Further, 2% by weight of polyvinyl alcohol was added to 98% by weight of calcium dope lanthanum chromite powder to prepare a powder for press molding, and this powder was press molded to have an outer diameter of 14 mm, an inner diameter of 12 mm and a length of 50 m.
A pipe-shaped molded body of m was produced. This molded body was fired in air at 1500 ° C. for 3 hours, and the obtained fired body was processed to obtain a cylindrical member 6 having an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 8 mm and a length of 30 mm.

【0052】(対象部材7の製造)マグネシア−アルミ
ナスピネル粉末98重量%に対してポリビニルアルコー
ル2重量%を添加し、プレス成形用粉末を調製した。こ
の粉末をプレス成形し、外径14mm、内径12mm、
長さ50mmのパイプ状の成形体を作製した。この成形
体を空気中、1500℃で3時間焼成し、得られた焼成
体を加工し、外径10mm、内径8mm、長さ30mm
の円筒状部材7を得た。
(Production of Target Member 7) 2% by weight of polyvinyl alcohol was added to 98% by weight of magnesia-alumina spinel powder to prepare a powder for press molding. This powder was press-molded to give an outer diameter of 14 mm, an inner diameter of 12 mm,
A pipe-shaped molded body having a length of 50 mm was produced. This formed body is fired in air at 1500 ° C. for 3 hours, and the obtained fired body is processed to have an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 8 mm, and a length of 30 mm.
The cylindrical member 7 of was obtained.

【0053】(接合体Aの製造)前記の8モルイットリ
ア安定化ジルコニアからなる円筒状部材6、マグネシア
−アルミナスピネルからなる円筒状部材7、および成形
体4を、図1(a)に示すように電気炉内にセットし
た。大気雰囲気で、昇温速度200℃/時間で960℃
まで昇温し、960℃で1時間保持し、原ガラスを溶融
させた。ここで、溶融時の加熱温度960℃は、本結晶
化ガラスの軟化温度(920℃)よりも高くした。次い
で、860℃まで降温し、860℃で3時間保持し、結
晶化処理を行った。次いで、電気炉を冷却し、安定化ジ
ルコニアからなる部材6/封止材8/マグネシア−アル
ミナスピネルからなる部材7を備えた接合体5を得た。
この接合体を接合体Aと称する。
(Manufacture of bonded body A) The cylindrical member 6 made of 8 mol yttria-stabilized zirconia, the cylindrical member 7 made of magnesia-alumina spinel, and the molded body 4 are shown in FIG. 1 (a). It was set in the electric furnace. 960 ° C at a heating rate of 200 ° C / hour in the air
The temperature was raised up to and kept at 960 ° C. for 1 hour to melt the raw glass. Here, the heating temperature at the time of melting 960 ° C. was set higher than the softening temperature (920 ° C.) of the present crystallized glass. Then, the temperature was lowered to 860 ° C., and the temperature was kept at 860 ° C. for 3 hours to perform crystallization treatment. Next, the electric furnace was cooled to obtain a joined body 5 including a member 6 made of stabilized zirconia / a sealing material 8 / a member 7 made of magnesia-alumina spinel.
This joined body is referred to as a joined body A.

【0054】(接合体Bの製造)接合体Aにおいて、部
材6の材質を、上述したカルシウムドープランタンクロ
マイトとした。そして、上述のようにして、本発明の結
晶化ガラスを使用し、部材6を部材7に対して接合し
た。得られた接合体を接合体B(ランタンクロマイトか
らなる部材6/封止材8/マグネシア−アルミナスピネ
ルからなる部材7)と称する。
(Manufacture of Bonded Body B) In the bonded body A, the material of the member 6 was the above-described calcium dope tank chromite. Then, the member 6 was joined to the member 7 using the crystallized glass of the present invention as described above. The obtained joined body is referred to as a joined body B (member 6 made of lanthanum chromite / sealant 8 / member 7 made of magnesia-alumina spinel).

【0055】(比較例1)TiO2:9重量%、Al2
3:23重量%、SiO2:48重量%、MnO2:19重
量%の組成で各粉末を調合した。この組成の結晶化ガラ
スの熱膨張率は、ジルコニアの熱膨張率に近いので、比
較試料とした。この粉末を混合した後、白金るつぼに調
合粉末をいれ、1400℃で3時間溶融させ、溶融物を
水中に投入し、冷却し、ガラスの塊を作製した。このガ
ラスをアルミナ乳鉢で粉砕し、平均粒径5μmの粉末を
得た。この粉末にポリビニルアルコール2重量%と水を
添加して湿式混合し、得られたスラリーを乾燥、解砕
し、封止用原ガラス粉末とした。この粉末を金型プレス
法により成形し、外径10mm、内径8mm、厚さ0.
5mmのリング状の成形体4を作製した。
(Comparative Example 1) TiO 2 : 9% by weight, Al 2 O
Each powder was prepared with a composition of 3 : 23% by weight, SiO 2 : 48% by weight, and MnO 2 : 19% by weight. The coefficient of thermal expansion of the crystallized glass of this composition is close to that of zirconia, and thus was used as a comparative sample. After mixing this powder, the prepared powder was put into a platinum crucible and melted at 1400 ° C. for 3 hours, and the melt was put into water and cooled to prepare a glass lump. This glass was crushed in an alumina mortar to obtain a powder having an average particle size of 5 μm. 2% by weight of polyvinyl alcohol and water were added to this powder and wet-mixed, and the obtained slurry was dried and crushed to obtain a raw glass powder for sealing. This powder was molded by a die pressing method, and had an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 8 mm and a thickness of 0.
A ring-shaped molded body 4 of 5 mm was produced.

【0056】前述の各部材6、7と成形体4とを、図1
(a)に示すように電気炉内にセットした。大気雰囲気
で、昇温速度200℃/時間で1050℃まで昇温し、
1050℃で3時間保持し、結晶化処理をおこなった。
次いで、冷却し、安定化ジルコニアからなる部材6/封
止材8/マグネシア−アルミナスピネルからなる部材7
(接合体C)、または、ランタンクロマイトからなる部
材6/封止材8/マグネシア−アルミナスピネルからな
る部材7(接合体D)を製造した。
The above-mentioned members 6 and 7 and the molded body 4 are shown in FIG.
It was set in an electric furnace as shown in (a). In an air atmosphere, the temperature is raised to 1050 ° C. at a heating rate of 200 ° C./hour,
It was kept at 1050 ° C. for 3 hours for crystallization treatment.
Then, the member is cooled and is made of stabilized zirconia 6 / sealant 8 / magnesia-alumina spinel member 7
(Joined body C) or member 6 made of lanthanum chromite / sealant 8 / member 7 made of magnesia-alumina spinel (joined body D) was manufactured.

【0057】(比較例2)パイレックスガラス粉末98
重量%に対してポリビニルアルコール2重量%を添加
し、プレス成形用粉末を調製した。この粉末を金型プレ
ス法により成形し、外径10mm、内径8mm、厚さ
0.5mmのリング状の成形体4を作製した。この成形
体4と前記の各部材6、7とを、図1(a)に示すよう
に電気炉内にセットした。大気雰囲気で860℃まで昇
温速度200℃/時間で昇温し、860℃で1時間保持
し、成形体4を溶融した。その後、冷却し、安定化ジル
コニアからなる部材6/封止材8/マグネシア−アルミ
ナスピネルからなる部材7(接合体E)、または、ラン
タンクロマイトからなる部材6/封止用組成物8/マグ
ネシア−アルミナスピネルからなる部材7(接合体F)
を製造した。
(Comparative Example 2) Pyrex glass powder 98
2% by weight of polyvinyl alcohol was added to the weight% to prepare a powder for press molding. This powder was molded by a die pressing method to prepare a ring-shaped molded body 4 having an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 8 mm and a thickness of 0.5 mm. This molded body 4 and the above-mentioned members 6 and 7 were set in an electric furnace as shown in FIG. In an air atmosphere, the temperature was raised to 860 ° C. at a heating rate of 200 ° C./hour, and the temperature was maintained at 860 ° C. for 1 hour to melt the molded body 4. Then, it is cooled and then a member 6 made of stabilized zirconia / a sealing material 8 / a member 7 made of magnesia-alumina spinel (joined body E) or a member 6 made of lanthanum chromite / a sealing composition 8 / magnesia- Member 7 made of alumina spinel (joined body F)
Was manufactured.

【0058】(リーク試験)各接合体5を、図2に示す
ようセットした。具体的には、各接合体5の両端に蓋1
2、13を、O−リングを介して固定した。一方の蓋1
3の方から供給管14を通して窒素ガスを矢印Bのよう
に導入し、ゲージ15によって圧力を観測し、ゲージ圧
で圧力を1atmに保持し、接合体5からのリーク量を
マスフローメーター16によって測定した。次いで、接
合体をアルコール溶液中に浸漬し、接合部のガスリーク
の有無を観察した。これらの測定結果を表2に示す。
(Leak Test) Each bonded body 5 was set as shown in FIG. Specifically, the lids 1 are provided on both ends of each bonded body 5.
2, 13 were fixed via O-rings. One lid 1
Nitrogen gas was introduced from the No. 3 side through the supply pipe 14 as shown by an arrow B, the pressure was observed by the gauge 15, the pressure was maintained at 1 atm by the gauge pressure, and the leak amount from the bonded body 5 was measured by the mass flow meter 16. did. Next, the bonded body was immersed in an alcohol solution, and the presence or absence of gas leak at the bonded portion was observed. The results of these measurements are shown in Table 2.

【0059】(熱サイクル試験)大気中での熱サイクル
試験を実施した。パイプ状の接合体を5セットごと電気
炉内にセットした。大気雰囲気中で、昇温速度200℃
/時間で800℃に昇温し、800℃で1時間保持し、
その後、降温速度200℃/時間で100℃まで降温
し、100℃で1時間保持した。この昇温−降温サイク
ルを10回繰り返し、熱サイクル試験を行った。その
後、前記のリーク試験を行った。また、水素雰囲気中
で、これと同じ熱サイクル試験を実施した。即ち、水素
雰囲気中で昇温速度200℃/時間で800℃に昇温
し、800℃で1時間保持し、その後、降温速度200
℃/時間で100℃まで降温し、100℃で1時間保持
した。この昇温−降温サイクルを10回繰り返し、熱サ
イクル試験を行った。その後、前記のリーク試験を行っ
た。これらの測定結果を表2に示す。
(Heat Cycle Test) A heat cycle test was performed in the atmosphere. Five sets of pipe-shaped joined bodies were set in an electric furnace. Temperature rising rate of 200 ℃ in air
The temperature is raised to 800 ° C./hour and kept at 800 ° C. for 1 hour.
After that, the temperature was decreased to 100 ° C. at a temperature decreasing rate of 200 ° C./hour, and the temperature was kept at 100 ° C. for 1 hour. This heating / cooling cycle was repeated 10 times to perform a thermal cycle test. Then, the leak test was performed. Further, the same heat cycle test was carried out in a hydrogen atmosphere. That is, the temperature was raised to 800 ° C. at a temperature rising rate of 200 ° C./hour in a hydrogen atmosphere, held at 800 ° C. for 1 hour, and then lowered to 200 ° C.
The temperature was decreased to 100 ° C. at a temperature of 100 ° C./hour, and the temperature was maintained at 100 ° C. for 1 hour. This heating / cooling cycle was repeated 10 times to perform a thermal cycle test. Then, the leak test was performed. The results of these measurements are shown in Table 2.

【0060】[0060]

【表2】 [Table 2]

【0061】比較例1におけるように、通常の結晶化ガ
ラスを使用した場合には、焼成スケジュールの間は封止
材と対象部材との熱膨張の整合性はとれているが、対象
部材との界面の密着性が悪いため,ガスリーク量が大き
い。また、接着強度不足のため、熱サイクル後にはガス
リーク量が増加した。比較例2のガラスシール(溶融シ
ール)は、熱膨張の不整合のため、クラックが入りやす
い。このため、高温では溶融シールとして用いることが
できるが、冷却後はシール性能を維持できない。
As in Comparative Example 1, when ordinary crystallized glass was used, the thermal expansion of the encapsulant and the target member was consistent during the firing schedule, but the target member The amount of gas leak is large due to poor adhesion at the interface. Further, due to insufficient adhesive strength, the amount of gas leak increased after the heat cycle. The glass seal (melt seal) of Comparative Example 2 is likely to be cracked due to mismatch of thermal expansion. Therefore, it can be used as a melt seal at high temperatures, but the seal performance cannot be maintained after cooling.

【0062】本発明例においては、接合体A、Bともに
良好な結果が得られた。即ち、本発明例では、結晶化ガ
ラスの軟化温度(920℃)より高温(960℃)で溶
融させてシールするため、界面における封止材と対象部
材との密着性がよい。しかも、結晶化ガラスの特徴であ
る高強度を利用することができる。従って、封止材の熱
膨張係数を対象部材(ジルコニア、ランタンクロマイ
ト、スピネル)の熱膨張係数に合わせることによって、
還元雰囲気、空気中ともに、熱サイクル後も高い封止性
能を維持できることが分かった。
In the examples of the present invention, good results were obtained for both the bonded bodies A and B. That is, in the example of the present invention, since melting and sealing are performed at a temperature (960 ° C.) higher than the softening temperature (920 ° C.) of the crystallized glass, the adhesion between the sealing material and the target member at the interface is good. Moreover, the high strength characteristic of crystallized glass can be utilized. Therefore, by matching the thermal expansion coefficient of the sealing material with the thermal expansion coefficient of the target member (zirconia, lanthanum chromite, spinel),
It was found that the high sealing performance can be maintained even after the thermal cycle both in the reducing atmosphere and in the air.

【0063】(実験B) (ハニカムセルの作製)図4に示すような横断面を有す
るハニカム型のセル21を作製した。8モルイットリア
安定化ジルコニア粉末100重量部に対してメチルセル
ロースを5重量部と水を18重量部とを添加し、混練
し、押出成形用坏土を調製した。同様にして、ランタン
クロマイト粉末の坏土を調製した。押出成形機にハニカ
ムダイス(縦30 mm×横9mm、孔のピッチ3mm、
壁厚300μm)をセットし、ランタンクロマイト/ジ
ルコニア/ランタンクロマイトの3層からなる積層ハニ
カム成形体を成形した。この成形体は、ほぼ図4に示す
断面形状を有する。この成形体を100℃で乾燥し、空
気中1500℃で3時間焼成し、ハニカム形状の支持体
29を作製した。この支持体29は、2層のランタンク
ロマイト層22A、22Bと、これらの間の一層のジル
コニア層23とからなる。各ランタンクロマイト層22
A、22Bと、中間のジルコニア層23とによって、貫
通孔24、25が形成されている。本例では、各ランタ
ンクロマイト層22A、22Bがインターコネクターな
いしセパレータとして作用し、ジルコニア層23が固体
電解質部として作用する。
(Experiment B) (Production of Honeycomb Cell) A honeycomb-type cell 21 having a cross section as shown in FIG. 4 was produced. 5 parts by weight of methyl cellulose and 18 parts by weight of water were added to 100 parts by weight of 8 mol yttria-stabilized zirconia powder and kneaded to prepare a kneaded material for extrusion molding. Similarly, a kneaded material of lanthanum chromite powder was prepared. Honeycomb dies (30 mm long × 9 mm wide, hole pitch 3 mm,
A wall thickness of 300 μm) was set, and a laminated honeycomb molded body having three layers of lanthanum chromite / zirconia / lanthanum chromite was formed. This molded body has a cross-sectional shape substantially shown in FIG. The formed body was dried at 100 ° C. and fired in air at 1500 ° C. for 3 hours to produce a honeycomb-shaped support body 29. The support 29 is composed of two lanthanum chromite layers 22A and 22B and a zirconia layer 23 between them. Each lantern chromite layer 22
Through holes 24 and 25 are formed by A and 22B and the intermediate zirconia layer 23. In this example, the lanthanum chromite layers 22A and 22B act as interconnectors or separators, and the zirconia layer 23 acts as a solid electrolyte part.

【0064】次いで、ハニカム形状の支持体29の貫通
孔24と25との各内面に白金スラリーを塗布し、10
00℃で白金を焼き付け、陽極26および陰極27を形
成した。従って、本例では、19が酸化性ガス流路とし
て作用し、20が還元性ガス流路として作用する。
Next, platinum slurry is applied to the inner surfaces of the through holes 24 and 25 of the honeycomb-shaped support 29, and the platinum slurry is applied to
Platinum was baked at 00 ° C. to form the anode 26 and the cathode 27. Therefore, in this example, 19 acts as an oxidizing gas passage and 20 acts as a reducing gas passage.

【0065】(マニホールドの作製)マグネシア−アル
ミナスピネル粉末98重量%に対してポリビニルアルコ
ール2重量%を添加し、プレス成形用粉末を調製した。
この粉末をプレス成形し、縦30mm、横15mm、厚
さ12mmの成形体を作製した。この成形体を空気中、
1500℃で3時間焼成し、図3に示すマニホールド1
5A、15Bを作製した。
(Preparation of Manifold) 2% by weight of polyvinyl alcohol was added to 98% by weight of magnesia-alumina spinel powder to prepare a powder for press molding.
This powder was press-molded to prepare a molded body having a length of 30 mm, a width of 15 mm and a thickness of 12 mm. In the air,
Manifold 1 shown in FIG. 3 after firing at 1500 ° C. for 3 hours
5A and 15B were produced.

【0066】(セル21とマニホールド15A、15B
との接合)実験Aに記載した本発明例の原ガラス粉末9
8重量%に対して、メチルセルロース2重量部とアルコ
ールとを添加し、ペースト状にした。このペーストを、
ハニカム状セル21の両方の端面に塗布し、マニホール
ド15A、15Bをそれぞれ接着した。次いで、マニホ
ールドの貫通孔内に、マグネシア−アルミナスピネル製
のガス供給管13A、13B、14A、14Bを挿入し
た。各ガス供給管とマニホールド15A、15Bとの間
にも、前述のペーストを介在させた。
(Cell 21 and manifold 15A, 15B
Bonding with the original glass powder 9 of the present invention described in Experiment A
2 parts by weight of methyl cellulose and alcohol were added to 8% by weight to form a paste. This paste
It was applied to both end faces of the honeycomb cell 21, and the manifolds 15A and 15B were adhered to each other. Then, gas supply pipes 13A, 13B, 14A, 14B made of magnesia-alumina spinel were inserted into the through holes of the manifold. The above-mentioned paste was also interposed between each gas supply pipe and the manifolds 15A and 15B.

【0067】この組み立て体を乾燥し、電気炉内にセッ
トした。大気雰囲気で200℃/時間の昇温速度で96
0℃まで昇温し、960℃で1時間保持して溶融させ、
次いで860℃まで降温し、860℃で3時間保持し、
結晶化処理を行った。次いで冷却し、図3の接合体を得
た。ここで、マニホールド15A、15Bとセル21と
は、それぞれ封止材17A、17Bによって接合されて
おり、各マニホールド15Aと15Bと各ガス供給管1
3A、13B、14A、14Bとは、封止材18によっ
て接合されている。
The assembly was dried and set in an electric furnace. 96 at a heating rate of 200 ° C / hour in the air
Heat to 0 ° C and hold at 960 ° C for 1 hour to melt
Then, the temperature was lowered to 860 ° C, and the temperature was kept at 860 ° C for 3 hours.
Crystallization treatment was performed. Then, it cooled and the joined body of FIG. 3 was obtained. Here, the manifolds 15A and 15B and the cell 21 are joined by sealing materials 17A and 17B, respectively, and the manifolds 15A and 15B and the gas supply pipes 1 are connected to each other.
3A, 13B, 14A, and 14B are joined by the sealing material 18.

【0068】得られた接合体について、実験Aと同じ条
件でリーク試験を行った。ただし、一方のガス供給管1
3Aに窒素ガスを流し、他方のガス供給管13Bの出口
を蓋でシールした。この結果、ガスリーク量は、0.0
2cc/分以下であった。また、接合体をアルコール中
に浸漬して観察した場合にも、ガスリークがなかった。
次いで、他方のガス供給管14Aに窒素ガスを流し、一
方のガス供給管14Bの出口を蓋でシールした。そし
て、前述のリーク試験を行った。ガスリーク量は0.0
2cc/分以下であった。また、接合体をアルコール中
に浸漬して観察した場合にも、ガスリークがなかった。
A leak test was conducted on the obtained bonded body under the same conditions as in Experiment A. However, one gas supply pipe 1
Nitrogen gas was flown through 3A, and the outlet of the other gas supply pipe 13B was sealed with a lid. As a result, the gas leak amount is 0.0
It was 2 cc / min or less. Also, no gas leak was observed when the bonded body was observed by immersing it in alcohol.
Next, nitrogen gas was caused to flow through the other gas supply pipe 14A, and the outlet of the one gas supply pipe 14B was sealed with a lid. Then, the leak test described above was performed. Gas leak amount is 0.0
It was 2 cc / min or less. Also, no gas leak was observed when the bonded body was observed by immersing it in alcohol.

【0069】(発電試験)リーク試験を実施した前記接
合体について、集電用の白金メッシュ16をセットし
た。ガス供給管13Aに空気を供給し、ガス供給管14
Aに水素ガスを供給し、接合体の周囲にアルゴンガスを
流し、発電試験を行った。昇温速度200℃/分で80
0℃に昇温し、800℃で8時間保持して発電を行っ
た。次いで、発電を停止し、200℃まで降温した。こ
の操作を10回繰り返し、次いで発電装置からセル21
を取り出し、前述のリーク試験を行った。いずれのサン
プルにおいても、ガスリーク量は0.02cc/分以下
であった。また、接合体をアルコール中に浸漬して観察
した場合にも、ガスリークがなかった。なお、本例で
は、一つのセル21を用いて発電試験を行ったが、セル
21を2個以上積層してスタックとした場合にも、同様
に発電が可能であった。
(Power Generation Test) A platinum mesh 16 for current collection was set on the above-mentioned joined body which had been subjected to the leak test. Air is supplied to the gas supply pipe 13A, and the gas supply pipe 14
A hydrogen gas was supplied to A, and an argon gas was caused to flow around the bonded body to perform a power generation test. 80 at a heating rate of 200 ° C / min
The temperature was raised to 0 ° C., and the temperature was kept at 800 ° C. for 8 hours to generate power. Next, power generation was stopped and the temperature was lowered to 200 ° C. This operation is repeated 10 times, and the cell 21
Was taken out and the above-mentioned leak test was conducted. In all samples, the gas leak rate was 0.02 cc / min or less. Also, no gas leak was observed when the bonded body was observed by immersing it in alcohol. In this example, the power generation test was performed using one cell 21, but power generation was also possible when two or more cells 21 were stacked to form a stack.

【0070】(実験C)実験Aと同様の手順で、ガラス
を作製した。溶融温度は1300℃であり、組成はSi
2:75.5重量%、P25:2.0重量%、K2O:
2.5重量%で、Al23は6.7〜3.9重量%、Li
2Oは13.3〜16.1重量%の範囲でAl23とLi
2Oを足して20重量%になるようにしたガラスを作製し
た。ガラスの熱膨張係数は、図5に示すように9〜12
×10−6(/K)である。そして、実験Aと同様にし
てリング状の成形体4を得た。
(Experiment C) A glass was produced in the same procedure as in Experiment A. The melting temperature is 1300 ° C and the composition is Si
O 2 : 75.5% by weight, P 2 O 5 : 2.0% by weight, K 2 O:
2.5 wt%, Al 2 O 3 is 6.7 to 3.9 wt%, Li
2 O is Al 2 O 3 and Li in the range of 13.3 to 16.1% by weight.
A glass was prepared by adding 2 O so that the glass content became 20% by weight. The coefficient of thermal expansion of glass is 9 to 12 as shown in FIG.
× 10 −6 (/ K). Then, in the same manner as in Experiment A, a ring-shaped molded body 4 was obtained.

【0071】また、実験Aと同様にして、8モルイット
リア安定化ジルコニア(熱膨張係数:10.5×10
−6/K)、ランタンクロマイト(9.9×10
K)、スピネル(10.5×10−6/K)、ニッケル
ジルコニアサーメット(12.5×10−6/K)につ
いて各部材を作製した。ニッケルジルコニアサーメット
の焼成条件は1400℃で3時間とした。次いで、実験
Aと同様にして接合体を製造した。ただし、封止対象部
材の組み合わせは表3に示し、ガラス組成は表4に示
す。焼成スケジュールは図6に示す。各材料の熱膨張係
数は、示差熱膨張計による実測値である。
In the same manner as in Experiment A, 8 mol yttria-stabilized zirconia (coefficient of thermal expansion: 10.5 × 10
-6 / K), lanthanum chromite (9.9 × 10 - 6 /
K), spinel (10.5 × 10 −6 / K), and nickel zirconia cermet (12.5 × 10 −6 / K). The firing condition of the nickel zirconia cermet was 1400 ° C. for 3 hours. Then, a bonded body was manufactured in the same manner as in Experiment A. However, the combination of members to be sealed is shown in Table 3, and the glass composition is shown in Table 4. The firing schedule is shown in FIG. The coefficient of thermal expansion of each material is an actual value measured by a differential thermal expansion meter.

【0072】[0072]

【表3】 [Table 3]

【0073】[0073]

【表4】 [Table 4]

【0074】表3に示す各例において、実験Aと同様に
してリーク試験を行った。この結果、リークは見られな
かった。次いで、前記「熱サイクル試験」記載の熱サイ
クルを30回実施し、次いでリーク試験を行った。この後
にリークが見られないものは表3に「○」と表し、リー
クが見られるものは表3に「△」と表した。
In each of the examples shown in Table 3, a leak test was conducted in the same manner as in Experiment A. As a result, no leak was seen. Then, the heat cycle described in the above "heat cycle test" was carried out 30 times, and then a leak test was carried out. After this, those in which no leak was observed were represented by “◯” in Table 3, and those in which leakage was observed were represented by “Δ” in Table 3.

【0075】[0075]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
温領域において酸化性、還元性物質に対して曝露され、
また低温と高温との間の加熱サイクルにさらされるよう
な条件下で、封止性能を維持できるような封止材を提供
できる。
As described above, according to the present invention, exposure to oxidizing and reducing substances in a high temperature range,
Further, it is possible to provide the encapsulating material capable of maintaining the encapsulating performance under the condition of being exposed to the heating cycle between the low temperature and the high temperature.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)は、封止対象の部材6および7と封止用
の原ガラス粉末の成形体4との組み立て体を示す正面図
であり、(b)は、成形体4を加熱溶融させて得られた
接合体5を示す正面図である。
1A is a front view showing an assembly of members 6 and 7 to be sealed and a molded body 4 of a raw glass powder for sealing, and FIG. 1B is a front view showing the molded body 4 heated. It is a front view which shows the joined body 5 obtained by making it fuse | melt.

【図2】接合体5のリーク試験方法を示す模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a leak test method for a bonded body 5.

【図3】セル21へのマニホールドおよびガス供給管の
取り付け状態を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing how the manifold and the gas supply pipe are attached to the cell 21.

【図4】セル21を示す横断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cell 21.

【図5】結晶化ガラスのリチア量およびアルミナ量と熱
膨張係数との関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of lithia and the amount of alumina of crystallized glass and the coefficient of thermal expansion.

【図6】実験Cでの温度スケジュールを示す。FIG. 6 shows the temperature schedule for Experiment C.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 封止用の原ガラス粉末の成形体 5 接合体 6、7 封止の対象部材 8 封止材 1
3A、13B、14A、14B ガス供給管 1
5A、15B マニホールド 17A、17B、
18 封止材 19 酸化性ガス流路 2
0 還元性ガス流路 21 固体電解質型燃料電
池 22A、22B セパレータ 23 固体電解質部 26 陽極 27
陰極 29 ハニカム形状の支持体
4 Molded body of raw glass powder for sealing 5 Bonded bodies 6 and 7 Target member for sealing 8 Sealing material 1
3A, 13B, 14A, 14B gas supply pipe 1
5A, 15B manifold 17A, 17B,
18 Sealing Material 19 Oxidizing Gas Flow Path 2
0 Reducing gas flow path 21 Solid oxide fuel cell 22A, 22B Separator 23 Solid electrolyte part 26 Anode 27
Cathode 29 honeycomb-shaped support

フロントページの続き (72)発明者 河合 応明 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 川崎 真司 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 Fターム(参考) 4G026 BB02 BB05 BB21 BF02 BF42 BG02 BG30 BH13 4G062 AA08 AA11 BB01 CC09 DA07 DB01 DB02 DB03 DB04 DC01 DD01 DD02 DD03 DD04 DE01 DE02 DF01 EA03 EA04 EB01 EC01 ED01 ED02 EE01 EE02 EF01 EG01 FA01 FA10 FB01 FC01 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM17 MM23 MM40 NN34 QQ02 QQ03 QQ06 QQ09 QQ11 5H026 AA06 CV02 EE12 HH00 HH05Continued front page    (72) Inventor Nobuaki Kawai             2-56, Sudacho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi             Inside Hon insulator Co., Ltd. (72) Inventor Shinji Kawasaki             2-56, Sudacho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi             Inside Hon insulator Co., Ltd. F-term (reference) 4G026 BB02 BB05 BB21 BF02 BF42                       BG02 BG30 BH13                 4G062 AA08 AA11 BB01 CC09 DA07                       DB01 DB02 DB03 DB04 DC01                       DD01 DD02 DD03 DD04 DE01                       DE02 DF01 EA03 EA04 EB01                       EC01 ED01 ED02 EE01 EE02                       EF01 EG01 FA01 FA10 FB01                       FC01 FD01 FE01 FF01 FG01                       FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01                       GA10 GB01 GC01 GD01 GE01                       HH01 HH03 HH05 HH07 HH09                       HH11 HH13 HH15 HH17 HH20                       JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10                       KK01 KK03 KK05 KK07 KK10                       MM17 MM23 MM40 NN34 QQ02                       QQ03 QQ06 QQ09 QQ11                 5H026 AA06 CV02 EE12 HH00 HH05

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】結晶化ガラスからなる封止材であって、封
止されるべき対象部材に対して溶融ガラスを接触させた
状態で前記溶融ガラスを降温する際に前記溶融ガラスを
結晶化させることによって得られたことを特徴とする、
封止材。
1. An encapsulating material made of crystallized glass, which crystallizes the molten glass when the temperature of the molten glass is lowered while the molten glass is in contact with a target member to be sealed. Characterized by being obtained by
Sealing material.
【請求項2】前記対象部材が少なくともセラミック部材
を含むことを特徴とする、請求項1記載の封止材。
2. The encapsulant according to claim 1, wherein the target member includes at least a ceramic member.
【請求項3】前記対象部材を構成する材質の熱膨張係数
が、8×10−6/K以上、12×10−6/K以下で
あることを特徴とする、請求項1または2記載の封止
材。
3. The thermal expansion coefficient of the material forming the target member is 8 × 10 −6 / K or more and 12 × 10 −6 / K or less, according to claim 1 or 2. Sealing material.
【請求項4】600℃以上の温度で酸化性ガスと還元性
ガスとに対して曝露されることを特徴とする、請求項1
〜3のいずれか一つの請求項に記載の封止材。
4. The method according to claim 1, wherein the material is exposed to an oxidizing gas and a reducing gas at a temperature of 600 ° C. or higher.
The sealing material according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】前記結晶化ガラスがLiO−Al
−SiO系のガラスであることを特徴とする、請求項
1〜4のいずれか一つの請求項に記載の封止材。
5. The crystallized glass is Li 2 O—Al 2 O 3
The encapsulant according to any one of claims 1 to 4, which is a -SiO 2 -based glass.
【請求項6】前記結晶化ガラスの主結晶相がリチウムダ
イシリケート(LiO・2SiO)相であることを
特徴とする、請求項5記載の封止材。
6. The encapsulant according to claim 5, wherein the main crystal phase of the crystallized glass is a lithium disilicate (Li 2 O.2SiO 2 ) phase.
【請求項7】請求項1〜6のいずれか一つの請求項に記
載の封止材と、この封止材によって封着されている複数
の対象部材とを備えていることを特徴とする、接合体。
7. A sealant according to any one of claims 1 to 6, and a plurality of target members sealed by the sealant. Zygote.
【請求項8】気密質の固体電解質、陽極および陰極を備
えている電気化学セルと、この電気化学セルとの間で気
密性が保持されるべき他の部材とを備えている電気化学
装置であって、 前記電気化学セルと前記他の部材とを封止する封止材を
備えており、この封止材が、溶融ガラスを降温する際に
前記溶融ガラスを結晶化させることによって得られた結
晶化ガラスからなることを特徴とする、電気化学装置。
8. An electrochemical device comprising an electrochemical cell having an airtight solid electrolyte, an anode and a cathode, and another member whose airtightness is to be maintained between the electrochemical cell and the electrochemical cell. It is provided with a sealing material that seals the electrochemical cell and the other member, and the sealing material was obtained by crystallizing the molten glass when the temperature of the molten glass was lowered. An electrochemical device comprising a crystallized glass.
【請求項9】前記結晶化ガラスがLiO−Al
−SiO系のガラスであることを特徴とする、請求項
8記載の電気化学装置。
9. The crystallized glass is Li 2 O—Al 2 O 3
9. The electrochemical device according to claim 8, wherein the electrochemical device is —SiO 2 glass.
【請求項10】前記結晶化ガラスの主結晶相がリチウム
ダイシリケート(Li・2SiO)相であることを
特徴とする、請求項9記載の電気化学装置。
10. The electrochemical device according to claim 9, wherein the main crystal phase of the crystallized glass is a lithium disilicate (Li 2 .2SiO 2 ) phase.
【請求項11】8×10−6/K以上、12×10−6
/K以下の熱膨張係数を有しており、75〜85重量%
のSiO、14〜17重量%のLiO、2〜6重量
%のAlおよび1〜5重量%のP:の組成
を有することを特徴とする、結晶化ガラス。
11. 8 × 10 −6 / K or more, 12 × 10 −6
Has a coefficient of thermal expansion of less than / K, 75-85% by weight
Of SiO 2 , 14-17 wt% Li 2 O, 2-6 wt% Al 2 O 3 and 1-5 wt% P 2 O 5 :, a crystallized glass.
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