JP2007051033A - Porous ceramic support - Google Patents

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Akihiro Kawahara
彰広 川原
Shigeo Nagaya
重夫 長屋
Takushi Seo
拓史 瀬尾
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Noritake Co Ltd
Chubu Electric Power Co Inc
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Noritake Co Ltd
Chubu Electric Power Co Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous ceramic support which has high gas diffusing performance, high strength and high durability. <P>SOLUTION: The porous ceramic support 10 is constituted to have communication holes 16 each having a sufficiently large diameter of about 0.3-1.5 mm, an extremely high porosity of about 55%, and a high mechanical strength of about 36 MPa in three-point bending strength by using a ceramic material such as La<SB>0.6</SB>Sr<SB>0.4</SB>Ti<SB>0.3</SB>Fe<SB>0.7</SB>O<SB>3</SB>excellent in steam resistance and reduction resistance. Thereby, the porous ceramic support has high gas diffusing performance, high strength and high durability. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、連通孔の孔径が大きく且つ気孔率が高い多孔質セラミック支持体に関する。   The present invention relates to a porous ceramic support having a large communication hole diameter and a high porosity.

例えば、ガス分離用のセラミックフィルター、固体酸化物型燃料電池、或いはこれらを利用した膜型反応装置では、ガス分離膜や電解質膜が薄いほど分離速度や発電量等が高められる。そのため、ガス分離膜や電解質膜を薄膜で構成すると共に、その機械的強度を補う目的で多孔質の支持体上に膜を形成すること(すなわち非対称膜に構成すること)が行われている。   For example, in a ceramic filter for gas separation, a solid oxide fuel cell, or a membrane reactor using these, the thinner the gas separation membrane or the electrolyte membrane, the higher the separation speed, power generation amount, and the like. For this reason, gas separation membranes and electrolyte membranes are composed of thin films, and membranes are formed on porous supports (ie, asymmetric membranes) for the purpose of supplementing their mechanical strength.

上記のような多孔質支持体には、膜を確実に支持し且つその特性を損なわないように、機械的強度や、ガス拡散性能、膜の保持力等が要求される。支持体が存在する非対称膜では、支持体内のガス拡散が遅いことからそのガス拡散性能が前記のような用途における装置性能を左右するのである。上記の各特性のうち、例えばガス拡散性能を高めるためには、気孔率や表裏に貫通する連通孔の孔径を大きくしてガス流路を確保する必要があり、そのような多孔質体は従来から種々提案されている。例えば、空孔率(すなわち気孔率)が30〜97(%)で全空孔のうち連通空孔の割合が80〜100(%)とされた支持体が提案されている(特許文献1を参照)。この支持体は多孔質のセラミックスや金属等で構成され、例えば、粗大な原料粉末の焼結、金属粉等に混合した非水溶性有機溶剤の気化発泡、金属フェルトや金属布等の積層、エッチングや機械加工等による貫通孔形成等によって多孔質体を得る。
特開2003−317740号公報
The porous support as described above is required to have mechanical strength, gas diffusion performance, membrane retention, and the like so as to reliably support the membrane and not impair its characteristics. In the asymmetric membrane in which the support exists, the gas diffusion performance in the above-mentioned application affects the gas diffusion performance because the gas diffusion in the support is slow. Among the above characteristics, for example, in order to improve the gas diffusion performance, it is necessary to ensure the gas flow path by increasing the porosity and the diameter of the communication hole penetrating the front and back, and such a porous body is conventionally used. Various proposals have been made. For example, a support having a porosity (that is, a porosity) of 30 to 97 (%) and a ratio of communication holes to 80 to 100 (%) of all the holes has been proposed (see Patent Document 1). reference). This support is composed of porous ceramics, metal, etc., for example, sintering of coarse raw material powder, vaporization foam of water-insoluble organic solvent mixed with metal powder, lamination of metal felt, metal cloth, etc., etching A porous body is obtained by forming a through hole by machining or the like.
JP 2003-317740 A

ところで、固体酸化物型燃料電池や膜型反応装置等では、支持体が高温、高圧、還元雰囲気、或いは水蒸気雰囲気に曝されるため、耐還元性、耐水蒸気性、および高い機械的強度を有しながら、気孔率や連通孔の孔径が可及的に大きいことが望まれる。例えば、酸素或いは酸素イオンが膜を透過させられる場合には、酸素を含むガスの供給側で還元雰囲気になり、また、供給ガスが水素やメタン等を含む場合には酸素と結合して水蒸気が生ずるためである。   By the way, in solid oxide fuel cells, membrane reactors, etc., the support is exposed to high temperature, high pressure, reducing atmosphere, or steam atmosphere, so it has reduction resistance, steam resistance, and high mechanical strength. However, it is desired that the porosity and the diameter of the communication hole are as large as possible. For example, when oxygen or oxygen ions are allowed to permeate through the membrane, a reducing atmosphere is formed on the supply side of the gas containing oxygen, and when the supply gas contains hydrogen, methane, etc., water is bonded to oxygen to form water vapor. This is because it occurs.

しかしながら、前記特許文献1には、前記のような比較的大きな気孔率を含む幅広い気孔率範囲が記載されているものの、支持体の耐還元性や耐水蒸気性、機械的強度、膜の保持力等は何ら考慮されていない。特許文献1に挙げられている支持体のうち、例えば、金属材料では、前記のような雰囲気において長期間に亘る十分な耐蝕性が得られない。一方、セラミック材料によれば、耐蝕性の確保は容易であるが、気孔率や孔径を大きくしながら強度を確保することが困難である。例えば、前記特許文献1には、セラミックスで支持体を構成する実施例として気孔率が40(%)以下のものが記載されているに過ぎない。この実施例のものは、気孔率が比較的小さいことから性能が低く、しかも、これがどの程度の機械的強度を有するかは明らかではない。   However, although Patent Document 1 describes a wide porosity range including a relatively large porosity as described above, the reduction resistance, water vapor resistance, mechanical strength, and membrane retention of the support are described. Etc. are not considered at all. Among the supports listed in Patent Document 1, for example, a metal material cannot provide sufficient corrosion resistance over a long period of time in the above atmosphere. On the other hand, according to the ceramic material, it is easy to ensure the corrosion resistance, but it is difficult to ensure the strength while increasing the porosity and the hole diameter. For example, Patent Document 1 merely describes an example in which the support is made of ceramics and has a porosity of 40% or less. This example has low performance because of its relatively low porosity, and it is not clear how much mechanical strength it has.

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、その目的は、ガス拡散性能が高く、高強度で耐久性の高い多孔質セラミック支持体を提供することにある。   The present invention has been made against the background of the above circumstances, and an object thereof is to provide a porous ceramic support having high gas diffusion performance, high strength and high durability.

斯かる目的を達成するため、本発明の多孔質セラミック支持体の要旨とするところは、構成比が H2O/N2=2 である1000(℃)の水蒸気雰囲気中で24時間放置した場合の厚み変化量が100(μm)未満、1000(℃)のH2雰囲気中で24時間放置した場合の構造変化が実質的にないセラミック材料で構成され、且つ0.2〜10(mm)の範囲内の孔径の多数の連通孔と、50〜99.9(%)の範囲内の気孔率と、10(MPa)以上の3点曲げ強度とを有することにある。 In order to achieve such an object, the gist of the porous ceramic support of the present invention is that when it is left for 24 hours in a steam atmosphere of 1000 (° C.) where the composition ratio is H 2 O / N 2 = 2 The thickness change amount is less than 100 (μm) and is composed of a ceramic material that does not substantially change in structure when left in an H 2 atmosphere at 1000 (° C.) for 24 hours, and within a range of 0.2 to 10 (mm) A large number of communicating holes, a porosity within a range of 50 to 99.9 (%), and a three-point bending strength of 10 (MPa) or more.

このようにすれば、多孔質セラミック支持体は、耐水蒸気性および耐還元性に優れるセラミック材料を用いて、十分に大きい孔径および気孔率と高い機械的強度を有するものに構成される。そのため、ガス拡散性能が高く、高強度で耐久性の高い多孔質セラミック支持体が得られる。なお、1000(℃)の水蒸気雰囲気中で24時間放置した場合の厚み変化量が100(μm)以上では、耐水蒸気性が不足するため、また、1000(℃)のH2雰囲気中で24時間放置した場合に構造変化が生じると、耐還元性が不足するため、何れの場合も固体酸化物型燃料電池や膜型反応装置等の支持体として用いることができない。また、孔径が0.2(mm)未満或いは気孔率が50(%)未満では、供給された気体の拡散速度が不足するため、十分な装置性能が得られない。一方、連通孔の孔径は大きいほど特性が向上する傾向にあるが10(mm)を超えると支持体上への膜形成が困難になり、気孔率が99.9(%)を超えると機械的強度の確保が困難になる。また、支持体として使用するためには、3点曲げ強度で10(MPa)以上が必要である。 In this way, the porous ceramic support is configured to have a sufficiently large pore diameter and porosity and high mechanical strength using a ceramic material excellent in water vapor resistance and reduction resistance. Therefore, a porous ceramic support having high gas diffusion performance, high strength and high durability can be obtained. Note that when the thickness change amount when left in a steam atmosphere at 1000 (° C.) for 24 hours is 100 (μm) or more, the steam resistance is insufficient, and also in a H 2 atmosphere at 1000 (° C.) for 24 hours. If the structure changes when left untreated, the reduction resistance is insufficient, and in any case, it cannot be used as a support for a solid oxide fuel cell, a membrane reactor or the like. Further, if the pore diameter is less than 0.2 (mm) or the porosity is less than 50 (%), the diffusion rate of the supplied gas is insufficient, so that sufficient device performance cannot be obtained. On the other hand, the larger the hole diameter of the communication holes, the more the characteristics tend to improve. However, when the diameter exceeds 10 (mm), it becomes difficult to form a film on the support, and when the porosity exceeds 99.9 (%), the mechanical strength is increased. It becomes difficult to secure. Further, in order to use it as a support, a three-point bending strength of 10 (MPa) or more is required.

なお、本願において3点曲げ強度は、常温における曲げ強さ試験方法を規定するJIS R1601に準拠した試験方法による値であるが、多孔質材料における曲げ強度測定では、JISに定められた試験片寸法では再現性の高い測定が困難である。そのため、上記強度は、安定した測定結果が得られるように孔径や気孔率等に応じて試験片の形状を適宜定めて、例えば、6×8×20(mm)程度の大きさとして測定した値である。また、本願において気孔率は、支持体の質量と、連通孔等の開口が無いものとした場合の体積とから算出した密度を、構成材料の真密度で除して算出される値である。   In this application, the three-point bending strength is a value obtained by a test method in accordance with JIS R1601 that defines a bending strength test method at room temperature. Therefore, measurement with high reproducibility is difficult. Therefore, the above strength is a value measured as a size of about 6 × 8 × 20 (mm), for example, by appropriately determining the shape of the test piece according to the hole diameter, porosity, etc. so that a stable measurement result can be obtained. It is. In the present application, the porosity is a value calculated by dividing the density calculated from the mass of the support and the volume when there is no opening such as a communication hole by the true density of the constituent material.

ここで、好適には、前記多孔質セラミック支持体は、一般式Ln1-xAexMO3(但しLnはランタノイドから選択される少なくとも一種、AeはSr,Ca,Baのうちから選択される少なくとも一種、MはFe,Ga,Ti,Al,In,Sn,Zr,V,Cr,Zn,Ge,Sc,Y,Nb,Mn,Co,Ni,Cu,Ru,Mgのうちから選択される少なくとも一種、0≦x≦1)で表されるペロブスカイト複合酸化物、安定化ジルコニア、アルミナ、酸化セリウム、および酸化マグネシウムの何れかから成るものである。これらの材料は固体酸化物型燃料電池や膜型反応装置等を構成する目的で支持体の表面に設けられるセラミック膜との熱膨張率差が小さいため、支持体と膜との固着強度が高められる利点がある。 Here, preferably, the porous ceramic support is a general formula Ln 1-x Ae x MO 3 (where Ln is at least one selected from lanthanoids, and Ae is selected from Sr, Ca, Ba) At least one, M is selected from Fe, Ga, Ti, Al, In, Sn, Zr, V, Cr, Zn, Ge, Sc, Y, Nb, Mn, Co, Ni, Cu, Ru, Mg It is composed of at least one of perovskite composite oxide represented by 0 ≦ x ≦ 1), stabilized zirconia, alumina, cerium oxide, and magnesium oxide. Since these materials have a small difference in thermal expansion coefficient from the ceramic membrane provided on the surface of the support for the purpose of constituting a solid oxide fuel cell, a membrane reactor, etc., the adhesion strength between the support and the membrane is increased. There are advantages to being

また、ペロブスカイト複合酸化物や安定化ジルコニア等が支持体材料として用いられる場合には、支持体上に形成される酸素分離膜や電解質膜と支持体とを同系統の材料で構成し得ることから、両者の熱膨張係数を一致させ或いは略一致させることによって、製造工程や使用時に加熱或いは冷却された場合にも、熱膨張量の相違に起因して破損することが好適に抑制される利点もある。   In addition, when perovskite complex oxide, stabilized zirconia or the like is used as a support material, the oxygen separation membrane or electrolyte membrane formed on the support and the support can be composed of the same material. Also, by matching or substantially matching the thermal expansion coefficients of both, even when heated or cooled during the manufacturing process or use, there is also an advantage that damage due to the difference in thermal expansion amount is suitably suppressed. is there.

上記ペロブスカイト複合酸化物としては、例えば、LaSrGaFeO3、LaSrTiFeO3、LaSrGaMgO3等が挙げられる。これらは比較的高い耐水蒸気性を有し、且つ、高い耐還元性を有することから、特に好適である。しかも、これらは電解質材料でもあることから、酸素イオン伝導性に優れ、支持体自身を酸素が透過し得る利点もある。 Examples of the perovskite composite oxide include LaSrGaFeO 3 , LaSrTiFeO 3 , and LaSrGaMgO 3 . These are particularly suitable because they have a relatively high water vapor resistance and a high reduction resistance. Moreover, since these are also electrolyte materials, they have excellent oxygen ion conductivity, and there is an advantage that oxygen can permeate the support itself.

なお、多孔質支持体の構成材料は、その上に形成される酸素分離膜や電解質膜の構成材料と同系統材料に限られない。例えば、要求される機械的強度が比較的高い場合等には、支持体上に形成される膜材質に拘らず、安定化ジルコニアやアルミナ等の高強度材料も好ましい。   The constituent material of the porous support is not limited to the same material as the constituent material of the oxygen separation membrane or electrolyte membrane formed thereon. For example, when the required mechanical strength is relatively high, a high strength material such as stabilized zirconia or alumina is preferable regardless of the material of the film formed on the support.

上記安定化ジルコニアの安定化剤は特に限定されず、イットリア、セリア、マグネシア等、種々の安定化剤を添加したものを用いることができる。また、酸素透過性の面では完全安定化したものが好ましいが、これに限られず、部分安定化或いは準安定化したもの等も機械的強度の面で好ましい。   The stabilizer for the stabilized zirconia is not particularly limited, and those added with various stabilizers such as yttria, ceria and magnesia can be used. Further, in terms of oxygen permeability, a completely stabilized one is preferable, but not limited to this, a partially stabilized or semi-stabilized one is also preferable in terms of mechanical strength.

また、上記アルミナは、純度の高いものが好ましいが、例えば90〜60(%)程度の低純度のものでも差し支えない。また、ジルコニア等と複合化した複合材料も好適に用いられる。   The alumina is preferably high in purity, but may be low purity, for example, about 90 to 60 (%). Moreover, a composite material combined with zirconia or the like is also preferably used.

また、好適には、前記多孔質セラミック支持体は、三次元網目構造を有する有機多孔体にセラミック微粉末を含む泥漿を含浸させ且つ乾燥処理および焼成処理を施すことによって得られるセラミック多孔体から成るものである。すなわち、多孔質セラミック支持体は、焼成処理によって有機多孔体を焼失させると共に、含浸させたセラミック微粉末を焼結させることにより製造される。このようにして製造されたセラミック多孔体は、三次元網目構造の骨格を成すセラミックスが緻密質に焼結していることから、高い機械的強度を有しながら、全体として高い気孔率を有するので、高い酸素透過量を有するセラミックフィルター、高い発電特性を有する固体酸化物型燃料電池、およびこれらを用いた膜型反応装置等の支持体として特に好適である。   Preferably, the porous ceramic support is made of a ceramic porous body obtained by impregnating an organic porous body having a three-dimensional network structure with slurry containing ceramic fine powder, and performing a drying treatment and a firing treatment. Is. That is, the porous ceramic support is produced by burning out the organic porous body by a firing treatment and sintering the impregnated ceramic fine powder. The ceramic porous body manufactured in this way has a high porosity as a whole while having high mechanical strength because the ceramics that form the framework of the three-dimensional network structure are densely sintered. It is particularly suitable as a support for ceramic filters having a high oxygen permeation amount, solid oxide fuel cells having high power generation characteristics, and membrane reactors using these.

また、好適には、上記のセラミック多孔体は、前記三次元網目構造を構成する骨格の各骨部(すなわち実体部分)の直径が100〜1000(μm)の範囲内である。このようにすれば、十分な機械的強度を確保しつつ高いガス拡散性能が得られる。直径が100(μm)未満では機械的強度が低くなり、1000(μm)を超えると多孔体中において骨部の占める割合が多くなるのでガス拡散性能が低下する。   Preferably, in the ceramic porous body, a diameter of each bone part (that is, a substantial part) of the skeleton constituting the three-dimensional network structure is in a range of 100 to 1000 (μm). In this way, high gas diffusion performance can be obtained while ensuring sufficient mechanical strength. When the diameter is less than 100 (μm), the mechanical strength is low, and when it exceeds 1000 (μm), the ratio of the bone portion in the porous body increases, so the gas diffusion performance decreases.

また、好適には、前記セラミック多孔体を製造するためのセラミック微粉末は、0.2〜20(μm)の範囲内の平均粒径を備えたものである。このようにすれば、前記のような直径を有する骨格を備えたセラミック多孔体が得られる。   Preferably, the ceramic fine powder for producing the ceramic porous body has an average particle size in the range of 0.2 to 20 (μm). In this way, a ceramic porous body having a skeleton having the diameter as described above can be obtained.

また、好適には、前記多孔質セラミック支持体は、それぞれ所定形状の多数の開口部を備えた複数枚の未焼成セラミック薄板を、それら多数の開口部の各々が他の未焼成セラミック薄板で部分的に覆われるように積層し且つ焼成処理を施すことによって得られる板状セラミックスから成るものである。このようにして製造される複数の薄板状層が積層された板状セラミックスは、積層された複数枚の薄板の各々を緻密質に構成し得ることから、高い機械的強度を有しながら、全体として高い気孔率を有するものとできる。しかも、未焼成セラミック薄板から生成された薄板状層の各々が相互に他の層の開口部を部分的に覆う位置関係にあることから、開口部の大きさを形成が容易な比較的大きい寸法としながら、それらによって形成される連通孔すなわちガス流路を適度な大きさで設けることができる。したがって、高い酸素透過量を有するセラミックフィルター、高い発電特性を有する固体酸化物型燃料電池、およびこれらを用いた膜型反応装置等の支持体として特に好適である。本発明の多孔質セラミック支持体は、鋳込み成形等によって製造することもできるが、前述したようなセラミック多孔体または上述したような板状セラミックスで構成することが好ましい。なお、前記多数の開口部は、一の未焼成セラミック薄板に形成されているものの全てが他の未焼成セラミック薄板で部分的に覆われる必要はなく、全く覆われていないものや完全に覆われたものが存在しても差し支えない。   Preferably, the porous ceramic support includes a plurality of unfired ceramic thin plates each having a plurality of openings each having a predetermined shape, and each of the many openings is partially formed by another unfired ceramic thin plate. It is made of a plate-like ceramic obtained by laminating so as to be covered and firing. Since the plate-like ceramics produced by laminating a plurality of thin plate-like layers can be densely constructed, each of the laminated thin plates can have a high mechanical strength. As having a high porosity. In addition, since each of the thin plate-like layers generated from the unfired ceramic thin plate is in a positional relationship that partially covers the opening of the other layer, the size of the opening is relatively large and easy to form. However, the communication hole, that is, the gas flow path formed by them can be provided in an appropriate size. Therefore, it is particularly suitable as a support for a ceramic filter having a high oxygen permeation amount, a solid oxide fuel cell having high power generation characteristics, and a membrane reactor using these. The porous ceramic support of the present invention can also be produced by casting or the like, but is preferably composed of the ceramic porous body as described above or the plate-like ceramic as described above. In addition, it is not necessary that all the openings formed in one unfired ceramic thin plate are partially covered with another unfired ceramic thin plate, and the openings are not covered at all or are completely covered. There is no problem.

また、好適には、上記の板状セラミックスは、複数枚の未焼成セラミックスの各々に備えられた前記多数の開口部が、それぞれ0.01×0.01〜10×10(mm)の範囲内の大きさを備え且つ0.01〜5(mm)の範囲内の相互間隔を以て設けられたものである。このようにすれば、焼成収縮後に適度な大きさの連通孔すなわちガス流路を備えた多孔質セラミック支持体が得られる。   Preferably, in the plate-like ceramic, the plurality of openings provided in each of the plurality of green ceramics each have a size within a range of 0.01 × 0.01 to 10 × 10 (mm). Provided and provided with a mutual interval within a range of 0.01 to 5 (mm). In this way, a porous ceramic support having a communication hole, that is, a gas flow path having an appropriate size after firing shrinkage can be obtained.

また、好適には、前記多孔質セラミック支持体は、セラミックフィルター、固体酸化物型燃料電池、或いはこれらを利用した膜型反応装置(GTL等)に用いられるものである。本発明の多孔質セラミック支持体は、特に用途を限定されるものではないが、これらの用途に好適に用いられる。例えば、セラミックフィルター用途では、支持体上にガス分離膜が設けられ、固体酸化物型燃料電池用途では支持体上に固体電解質膜が設けられる。   Preferably, the porous ceramic support is used for a ceramic filter, a solid oxide fuel cell, or a membrane reactor (GTL or the like) using these. The use of the porous ceramic support of the present invention is not particularly limited, but is suitably used for these uses. For example, in a ceramic filter application, a gas separation membrane is provided on the support, and in a solid oxide fuel cell application, a solid electrolyte membrane is provided on the support.

上記の固体電解質膜材料は、所望する特性に応じて適宜のものを用い得るが、例えば、LaSrGaFeO3系(例えば、mol比でLa 35%、Sr 15%、Ga 30%、Fe 20%)、LaSrTiFeO3系(例えば、mol比でLa 30%、Sr 20%、Ti 15%、Fe 35%)等が挙げられる。また、LaSrGaO3系、LaSrGaMgCoO3系、LaSrTiO3系、LaSrTiMgCoO3系等も好適である。 The above-mentioned solid electrolyte membrane material may be appropriately selected depending on the desired properties, for example, LaSrGaFeO 3 series (for example, La 35%, Sr 15%, Ga 30%, Fe 20% in mol ratio), LaSrTiFeO 3 system (for example, La 30%, Sr 20%, Ti 15%, Fe 35% in mol ratio) and the like can be mentioned. Further, LaSrGaO 3 system, LaSrGaMgCoO 3 system, LaSrTiO 3 system, LaSrTiMgCoO 3 system and the like are also suitable.

また、好適には、前記多孔質セラミック支持体は、平板状を成すものである。前記のようなセラミック多孔体または板状セラミックスは、特に形状を限定されるものではなく、円筒や角筒等の筒状を成すものであってもよいが、平板状の多孔質セラミック支持体に好適である。   Preferably, the porous ceramic support has a flat plate shape. The shape of the ceramic porous body or the plate-shaped ceramic as described above is not particularly limited, and may be a cylindrical shape such as a cylinder or a square tube. Is preferred.

また、好適には、前記多孔質セラミック支持体は、その一面に電解質材料を設けた後にこれと同時焼成することにより生成されるものである。未焼成材料の焼成収縮と、焼成済材料の熱膨張および収縮の相違による剥離を抑制するためには同時焼成が好ましい。例えば、多孔質セラミック支持体と電解質膜が同系材料で構成される場合には、焼成条件が一致し或いは略一致するため、同時焼成が可能である。   Preferably, the porous ceramic support is formed by providing an electrolyte material on one surface thereof and firing it at the same time. Simultaneous firing is preferable in order to suppress firing due to differences in firing shrinkage of the unfired material and thermal expansion and shrinkage of the fired material. For example, when the porous ceramic support and the electrolyte membrane are made of the same material, the firing conditions coincide or substantially coincide with each other, so that simultaneous firing is possible.

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the drawings are appropriately simplified or modified, and the dimensional ratios, shapes, and the like of the respective parts are not necessarily drawn accurately.

図1は、本発明の一実施例の多孔質セラミック支持体10(以下、支持体10という)の全体を示す斜視図である。支持体10は、例えば表面12に電解質膜が形成されることによって固体酸化物型燃料電池の支持体として用いられるものであって、全体形状が薄い円板状を成し、表面12から裏面14に貫通する多数の連通孔16を備えている。支持体10は、例えば同一孔明き形状の薄板状層18a,18b,・・・18hが例えば8層程度積層されたものである。これらは焼成過程で一体化させられている。支持体10の全体の寸法は用途に応じて適宜定められるものであるが、例えばφ22×t2.5(mm)程度であり、各層の厚さ寸法は例えば0.32(mm)程度である。   FIG. 1 is a perspective view showing an entire porous ceramic support 10 (hereinafter referred to as support 10) according to an embodiment of the present invention. The support 10 is used as a support for a solid oxide fuel cell, for example, by forming an electrolyte membrane on the surface 12. The support 10 has a thin disk shape as a whole. A large number of communication holes 16 penetrating through are provided. The support 10 is formed by laminating, for example, about eight layers of thin plate-like layers 18a, 18b,. These are integrated in the firing process. The overall dimensions of the support 10 are appropriately determined according to the application, but are, for example, about φ22 × t2.5 (mm), and the thickness dimension of each layer is, for example, about 0.32 (mm).

図2は、上記の薄板状層18aの構成を説明するための平面図である。薄板状層18b〜18hも同一形状に構成されている。薄板状層18a〜18hのそれぞれに形成されている開口部16aは、例えばL=4.0(mm)程度、W=0.8(mm)程度の大きさの矩形を基本形状とするが、外周縁近傍ではその外周縁に沿って変形された形状を備えている。開口部16aの相互間隔(g1、g2)は、その長手方向およびこれに直交する方向の何れにおいても、0.4(mm)程度である。支持体10は、これら複数枚の薄板状層が、例えば開口部16aの長手方向が互いに直交する向きで順次に重ねられることによって構成されている。そのため、これら開口部16aが交差等することにより形成される連通孔16は、実質的に0.3〜1.5(mm)程度の孔径(円近似で)を備え、且つ表面12から裏面14に真っ直ぐに貫通する直管状孔である。この結果、支持体10は、例えば、55(%)程度の極めて高い気孔率を有するものとなっている。   FIG. 2 is a plan view for explaining the configuration of the thin plate layer 18a. The thin plate-like layers 18b to 18h are also configured in the same shape. The opening 16a formed in each of the thin plate-like layers 18a to 18h has a basic shape of, for example, a rectangle with a size of about L = 4.0 (mm) and about W = 0.8 (mm). It has a shape deformed along its outer periphery. The mutual interval (g1, g2) of the openings 16a is about 0.4 (mm) in both the longitudinal direction and the direction orthogonal thereto. The support 10 is configured by sequentially laminating the plurality of thin plate-like layers, for example, in such a direction that the longitudinal directions of the openings 16a are orthogonal to each other. Therefore, the communication hole 16 formed by the intersection of these openings 16a has a hole diameter (approximately circular) of about 0.3 to 1.5 (mm), and penetrates straight from the front surface 12 to the back surface 14. It is a straight tubular hole. As a result, the support 10 has an extremely high porosity of, for example, about 55 (%).

また、上記の支持体10は、固体酸化物型燃料電池に要求される耐水蒸気性および耐還元性に優れるセラミック材料、例えば、La0.6Sr0.4Ti0.3Fe0.7O3から成るものであり、連通孔16以外の骨格部分は緻密質に焼結させられている。そのため、支持体10は、上記のような気孔率の高い多孔質体でありながら、3点曲げ強度で例えば36(MPa)程度の十分に高い強度を備えている。 The support 10 is made of a ceramic material excellent in water vapor resistance and reduction resistance required for a solid oxide fuel cell, for example, La 0.6 Sr 0.4 Ti 0.3 Fe 0.7 O 3. The skeleton portion other than the holes 16 is sintered densely. For this reason, the support 10 is a porous body having a high porosity as described above, and has a sufficiently high strength of, for example, about 36 (MPa) at a three-point bending strength.

したがって、本実施例の支持体10によれば、耐水蒸気性および耐還元性に優れるLa0.6Sr0.4Ti0.3Fe0.7O3等のセラミック材料を用いて、0.3〜1.5(mm)程度の十分に大きい連通孔16の孔径および55(%)程度の極めて高い気孔率と、3点曲げ強度で36(MPa)程度の高い機械的強度を有するものに構成されていることから、ガス拡散性能が高く、高強度で耐久性の高い特性を有する。 Therefore, according to the support 10 of the present embodiment, a ceramic material such as La 0.6 Sr 0.4 Ti 0.3 Fe 0.7 O 3 that has excellent water vapor resistance and reduction resistance is sufficiently used, and is about 0.3 to 1.5 (mm). It has high gas diffusion performance because it has a large communication hole 16 diameter and extremely high porosity of about 55 (%) and high mechanical strength of about 36 (MPa) at 3 point bending strength. High strength and high durability.

図3は、上記の支持体10の製造方法を説明するための工程図である。湿式混合工程PA1では、原料に溶剤、分散剤、可塑剤、バインダーを加え、玉石等で湿式混合し、スラリーを調製する。調合仕様は、例えば下記の通りである。なお、有機バインダーとしては、例えば、メタクリル樹脂を用い得る。
[調合仕様]
原料:平均粒子径 0.5〜5(μm) 100重量部
分散剤:非イオン性界面活性剤 1重量部
可塑剤:フタル酸エステル 5重量部
バインダー:有機バインダー 10重量部
溶剤:キシレン 50重量部
FIG. 3 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the support 10. In the wet mixing process PA1, a solvent, a dispersant, a plasticizer, and a binder are added to the raw material, and wet mixing is performed using cobblestone or the like to prepare a slurry. The formulation specifications are, for example, as follows. In addition, as an organic binder, a methacryl resin can be used, for example.
[Formulation specifications]
Raw material: Average particle size 0.5 to 5 (μm) 100 parts by weight Dispersant: Nonionic surfactant 1 part by weight Plasticizer: Phthalate ester 5 parts by weight Binder: Organic binder 10 parts by weight Solvent: Xylene 50 parts by weight

次いで、粘度調整工程PA2では、所望する粘度に応じてスラリーの粘度を調整する。例えば、粘度が高い場合には、スラリーに溶剤を加えて粘度を低下させ、粘度が低い場合には、スラリーを混合しながら真空乾燥して、粘度を上昇させる。このようにして、粘度を例えば2000(mPa・s)に調整する。次いで、脱泡工程PA3では、例えばフィルターで濾すことによってスラリーを脱泡する。   Next, in the viscosity adjustment step PA2, the viscosity of the slurry is adjusted according to the desired viscosity. For example, when the viscosity is high, a solvent is added to the slurry to reduce the viscosity, and when the viscosity is low, the slurry is vacuum dried while mixing to increase the viscosity. In this way, the viscosity is adjusted to 2000 (mPa · s), for example. Next, in the defoaming step PA3, the slurry is defoamed by, for example, filtering through a filter.

次いで、シート成型工程PA4では、ドクターブレード法等の適宜のシート成形法を用いて、上記のスラリーから未焼成セラミックシート(すなわち未焼成セラミック薄板)を成形する。成型厚みは、材料特性や支持体10の用途等に応じて適宜定められるが、例えば0.4(mm)〜0.1(mm)程度である。乾燥工程PA5では、成形した未焼成セラミックシートを常温で乾燥する。   Next, in the sheet forming step PA4, an unfired ceramic sheet (that is, an unfired ceramic thin plate) is formed from the slurry using an appropriate sheet forming method such as a doctor blade method. The molding thickness is appropriately determined according to the material characteristics, the use of the support 10, and the like, and is, for example, about 0.4 (mm) to 0.1 (mm). In the drying step PA5, the formed green ceramic sheet is dried at room temperature.

次いで、パターニング工程PA6では、打ち抜き若しくはレーザー加工等の適宜の加工方法により、上記の未焼成セラミックシートを前記図2に示すような円形に加工すると共に、開口部16aを形成する。加工寸法は前記のような各部の寸法が得られるように焼成収縮を考慮して定められるが、例えば、外径が27.5(mm)程度、開口部16aの寸法等がL=5.0(mm)程度、W=1.0(mm)程度、g1=g2=0.5(mm)程度である。次いで、積層工程PA7では、開口部16aを形成した円形の複数枚、例えば8枚の未焼成セラミックシートを、接しているもの相互にその開口部16aの長手方向が直交する向きですなわち互い違いの向きとなるように重ね合わせ、圧着する。   Next, in the patterning step PA6, the unfired ceramic sheet is processed into a circular shape as shown in FIG. 2 and an opening 16a is formed by an appropriate processing method such as punching or laser processing. The processing dimensions are determined in consideration of firing shrinkage so that the dimensions of each part as described above can be obtained. For example, the outer diameter is about 27.5 (mm), and the dimension of the opening 16a is about L = 5.0 (mm). W = about 1.0 (mm) and g1 = g2 = about 0.5 (mm). Next, in the lamination step PA7, a plurality of circular ceramic sheets, for example, eight unfired ceramic sheets in which the openings 16a are formed, are in contact with each other so that the longitudinal directions of the openings 16a are orthogonal to each other, that is, staggered directions. Overlap and crimp so that

次いで、電解質製膜工程PA8においては、未焼成セラミックシートが積層圧着された積層体の一面に、別途製造した電解質膜を載せて圧着する等により、その電解質膜を製膜する。電解質膜は、用途に応じた適宜の材料から成るものを用いることができるが、例えば、支持体10と同材料であるLa0.6Sr0.4Ti0.3Fe0.7O3から成るもの等が好適である。 Next, in the electrolyte film forming step PA8, the electrolyte film is formed by, for example, placing a separately manufactured electrolyte film on one surface of the laminated body on which the unfired ceramic sheet is laminated and pressure bonded. As the electrolyte membrane, a material made of an appropriate material according to the application can be used. For example, a material made of La 0.6 Sr 0.4 Ti 0.3 Fe 0.7 O 3 which is the same material as the support 10 is suitable.

上記の電解質膜は、例えば図4に示される工程に従って製造される。先ず、スラリー調製工程PS1では、例えば、電解質原料粉末に溶剤、分散剤、可塑剤、バインダーを加え、玉石等で湿式混合し、スラリーを調製する。調合仕様は、例えば下記の通りである。下記の有機バインダーとしては、例えばメタクリル樹脂を用い得る。
[調合仕様]
原料:平均粒子径 0.5〜3(μm) 100重量部
分散剤:非イオン性界面活性剤 1重量部
可塑剤:フタル酸エステル 2.5重量部
バインダー:有機バインダー 5重量部
溶剤:キシレン 100重量部
Said electrolyte membrane is manufactured according to the process shown, for example in FIG. First, in the slurry preparation step PS1, for example, a solvent, a dispersant, a plasticizer, and a binder are added to the electrolyte raw material powder, and wet-mixed with cobblestone or the like to prepare a slurry. The formulation specifications are, for example, as follows. As the following organic binder, for example, a methacrylic resin can be used.
[Formulation specifications]
Raw material: Average particle size 0.5-3 (μm) 100 parts by weight Dispersant: Nonionic surfactant 1 part by weight Plasticizer: Phthalate ester 2.5 parts by weight Binder: Organic binder 5 parts by weight Solvent: Xylene 100 parts by weight

次いで、粘度調整工程PS2では、所望する粘度に応じてスラリーの粘度を調整する。例えば、粘度が高い場合には、スラリーに溶剤を加えて粘度を低下させ、粘度が低い場合には、スラリーを混合しながら真空乾燥し、粘度を上昇させる。このようにして、粘度を例えば1000(mPa・s)に調整する。次いで、脱泡工程PS3では、例えばフィルターで濾すことによってスラリーを脱泡する。   Next, in the viscosity adjustment step PS2, the viscosity of the slurry is adjusted according to the desired viscosity. For example, when the viscosity is high, a solvent is added to the slurry to reduce the viscosity, and when the viscosity is low, the slurry is vacuum dried while mixing to increase the viscosity. In this way, the viscosity is adjusted to, for example, 1000 (mPa · s). Next, in the defoaming step PS3, the slurry is defoamed, for example, by filtering with a filter.

次いで、シート成型工程PS4においては、ドクターブレード法等の適宜のシート成形法を用いて、上記のスラリーから電解質材料シートを成形する。成型厚みは、材料特性や用途等に応じて適宜定められるが、例えば0.12(mm)程度である。次いで、乾燥工程PS5では、成型した電解質材料シートを、例えば常温で乾燥する。   Next, in the sheet forming step PS4, an electrolyte material sheet is formed from the slurry using an appropriate sheet forming method such as a doctor blade method. The molding thickness is appropriately determined according to the material characteristics, application, and the like, and is, for example, about 0.12 (mm). Next, in the drying step PS5, the molded electrolyte material sheet is dried at room temperature, for example.

図3に戻って、前記の電解質膜製膜工程PA8では、上記のようにして製造した電解質材料シートを、前記支持体10を構成するための積層体の寸法に合わせた適宜の寸法に切断加工し、その積層体上に製膜する。次いで、焼成工程PA9では、支持体10および電解質膜の構成材料に応じた焼成温度、例えばその焼結温度よりも十分に高い1500(℃)程度の温度で、例えば6時間程度の焼成処理を施す。これにより、積層体を構成する未焼成セラミックシートの各々から板状層18が生成されると共にそれらが相互に結合させられ、同時にその一面12に電解質膜が形成される。すなわち、この実施形態においては、支持体10は単独では製造されず、電解質膜と同時焼成により製造される。   Returning to FIG. 3, in the electrolyte membrane forming process PA <b> 8, the electrolyte material sheet manufactured as described above is cut into an appropriate size according to the size of the laminate for constituting the support 10. And it forms into a film on the laminated body. Next, in the firing step PA9, a firing process is performed at a firing temperature corresponding to the constituent material of the support 10 and the electrolyte membrane, for example, about 1500 (° C.) sufficiently higher than the sintering temperature, for example, for about 6 hours. . Thereby, a plate-like layer 18 is generated from each of the unfired ceramic sheets constituting the laminate, and they are bonded to each other. At the same time, an electrolyte membrane is formed on one surface 12 thereof. That is, in this embodiment, the support 10 is not manufactured alone, but is manufactured by co-firing with the electrolyte membrane.

したがって、本実施例においては、前記のように比較的大きな開口部16aを有するようにパターニングされた複数枚の未焼成セラミックシートが開口部16aの向きが互い違いに重なるように積層され、焼成処理を施されることによって支持体10が製造されることから、その開口部16aによって表面12から裏面14に真っ直ぐに貫通する孔径の大きな連通孔16が形成されると共に、開口以外の部分が焼結させられることによって高強度が得られる。そのため、前記のように耐水蒸気性、耐還元性に優れる材料を用いることによって、ガス拡散性能が高く、高強度で耐久性の高い支持体が得られるのである。   Therefore, in this embodiment, a plurality of unfired ceramic sheets patterned so as to have a relatively large opening 16a as described above are laminated so that the directions of the openings 16a overlap each other, and the firing process is performed. Since the support 10 is manufactured by being applied, the opening 16a forms the communication hole 16 having a large hole diameter that penetrates straight from the front surface 12 to the back surface 14 and sinters other than the opening. High strength can be obtained. Therefore, by using a material excellent in water vapor resistance and reduction resistance as described above, a support having high gas diffusion performance, high strength and high durability can be obtained.

図5は、前記の多孔質セラミック支持体10の他の製造方法、或いはこれと略同様に構成された支持体の製造方法を説明するための工程図である。この製造方法は、前記図3に示されるパターニング法に対して、開口部16aを有する未焼成セラミック薄板の作成方法が相違し、積層工程PA7以下は同様に処理されるものである。   FIG. 5 is a process diagram for explaining another method for manufacturing the porous ceramic support 10 or a method for manufacturing a support substantially similar to the above. This manufacturing method is different from the patterning method shown in FIG. 3 in the method for producing the unfired ceramic thin plate having the openings 16a, and the lamination process PA7 and the subsequent processes are performed in the same manner.

図5において、調合工程PB1では、下記の調合仕様で押出原料を調合する。
[調合仕様]
原料:平均粒子径 0.5〜5(μm) 100重量部
可塑剤:アルキルグリコール 5重量部
バインダー:セルロース 5重量部
滑剤:ワックス 2重量部
溶剤:水 5重量部
In FIG. 5, in the preparation process PB1, an extrusion raw material is prepared according to the following preparation specifications.
[Formulation specifications]
Raw material: Average particle size 0.5-5 (μm) 100 parts by weight Plasticizer: Alkyl glycol 5 parts by weight Binder: Cellulose 5 parts by weight Lubricant: Wax 2 parts by weight Solvent: Water 5 parts by weight

次いで、ニーダー混合工程PB2においては、調合した原料をニーダーに投入し、例えば10分間程度の予め定められた時間だけ攪拌混合する。次いで、押出成形工程PB3では、混合した押出原料を押出成形機を用いて成形する。このとき、押出成形機の口金に適宜の形態のものを用いることにより、前記図2に示されるような断面形状の成形体や、個々の開口部16aの大きさがこれよりも小さい或いは大きい成形体、または、開口部16aの配設形態が図2に示されるものとは異なる格子状等の成形体が得られる。   Next, in the kneader mixing step PB2, the prepared raw materials are put into the kneader and stirred and mixed for a predetermined time, for example, about 10 minutes. Next, in the extrusion molding step PB3, the mixed extrusion raw material is molded using an extrusion molding machine. At this time, by using an appropriate shape for the die of the extrusion molding machine, a molded body having a cross-sectional shape as shown in FIG. 2 or a molding in which the size of each opening 16a is smaller or larger than this. A molded body having a lattice shape or the like in which the shape of the body or the opening 16a is different from that shown in FIG. 2 is obtained.

次いで、切断工程PB4では、押し出された成形体を、その押出方向において所望の長さ寸法、例えば0.5〜10(mm)程度の長さ寸法に切断する。この切断工程PB4は、例えば、押出成形工程PB3と同時に、口金から成形体が切断長さに押し出される都度行うことができる。なお、成形体を適当な長さ寸法で成形し、乾燥後、所望の長さ寸法に切断しても差し支えない。次いで、乾燥工程PB5において、成形体に乾燥処理を施して水分を除去する。このようにして得られた成形体すなわち未焼成セラミック薄板を、前記積層工程PA7以下で処理することによっても多孔質セラミック支持体10を得ることができる。   Next, in the cutting step PB4, the extruded molded body is cut into a desired length dimension, for example, a length dimension of about 0.5 to 10 (mm) in the extrusion direction. This cutting process PB4 can be performed, for example, every time the molded body is extruded to the cutting length from the die simultaneously with the extrusion molding process PB3. In addition, it does not interfere even if a molded object is shape | molded by an appropriate length dimension, and after drying, it cut | disconnects to a desired length dimension. Next, in the drying step PB5, the molded body is subjected to a drying process to remove moisture. The porous ceramic support 10 can also be obtained by treating the molded body thus obtained, that is, the unfired ceramic thin plate, in the lamination step PA7 or lower.

図6は、本発明の多孔質セラミック支持体の他の実施例の支持体20の構成を模式的に示す斜視図である。この支持体20は、全体の寸法が例えば前記支持体10と同様に構成されている。また、図7に一部を拡大した電子顕微鏡写真を示すように、支持体20は、三次元網目構造の骨格22を備えたものであって、例えば、84〜91(%)程度の気孔率に構成されている。骨格22の孔径は、例えば0.5〜2.0(mm)程度の範囲内であり、開口は、表面から裏面や側面に向かって屈曲しつつ連通している。すなわち、表面から裏面まで貫通している。   FIG. 6 is a perspective view schematically showing the configuration of the support 20 of another embodiment of the porous ceramic support of the present invention. The overall size of the support 20 is the same as that of the support 10, for example. Further, as shown in an enlarged electron micrograph in FIG. 7, the support 20 is provided with a skeleton 22 having a three-dimensional network structure, for example, a porosity of about 84 to 91 (%). It is configured. The hole diameter of the skeleton 22 is, for example, in the range of about 0.5 to 2.0 (mm), and the opening communicates while being bent from the front surface toward the back surface or the side surface. That is, it penetrates from the front surface to the back surface.

また、上記の支持体20は、セラミックフィルター等に要求される耐水蒸気性および耐還元性に優れるセラミック材料、例えば、酸化アルミニウム等から成るものであり、骨格22の実体部分は緻密質に焼結させられている。そのため、支持体20は、上記のような気孔率の高い多孔質体でありながら、3点曲げ強度で例えば10(MPa)程度の比較的高い強度を備えている。   Further, the support 20 is made of a ceramic material excellent in water vapor resistance and reduction resistance required for a ceramic filter or the like, for example, aluminum oxide, and the substantial part of the skeleton 22 is sintered densely. It has been made. Therefore, the support 20 is a porous body having a high porosity as described above, and has a relatively high strength of, for example, about 10 (MPa) at a three-point bending strength.

したがって、本実施例の支持体20においても、耐水蒸気性および耐還元性に優れるセラミック材料を用いて、0.5〜2.0(mm)程度の十分に大きい孔径および84〜91(%)程度の十分に大きい気孔率と、10(MPa)程度の十分に高い機械的強度を有するものに構成されていることから、ガス拡散性能が高く、高強度で耐久性の高い特性を有する。   Therefore, also in the support 20 of the present embodiment, a sufficiently large pore diameter of about 0.5 to 2.0 (mm) and about 84 to 91 (%) are sufficiently obtained using a ceramic material having excellent water vapor resistance and reduction resistance. Since it is configured to have a large porosity and a sufficiently high mechanical strength of about 10 (MPa), it has high gas diffusion performance, high strength and high durability.

図8は、上記の支持体20の製造方法を説明するための工程図である。スラリー調整工程PC1においては、先ず、ポリエチレン製ポット(容量2L)にセラミック微粉末(例えばアルミナ微粉末) 446.5(g)、タルク 16.0(g)、木節粘土 36.5(g)を入れ、水 155(g)および分散剤 12.5(g)を加える。次いで、玉石(例えばアルミナ玉石、φ10(mm)程度)をポリエチレン製ポットの約1/3まで投入し、ポットミルにて5時間程度攪拌混合する。次いで、有機バインダーであるセラモTB−01(第一工業製薬(株)製)を127.1(g)添加し、更に20時間程度の攪拌を行う。これにより、アルミナ微粉末を含む泥漿すなわちスラリーが得られる。   FIG. 8 is a process diagram for explaining the method of manufacturing the support 20 described above. In the slurry adjustment step PC1, first, 446.5 (g) of ceramic fine powder (for example, alumina fine powder), 16.0 (g) of talc, 36.5 (g) of Kibushi clay are placed in a polyethylene pot (2 L capacity), and water 155 ( g) and dispersant 12.5 (g) are added. Next, cobblestone (for example, alumina cobblestone, about φ10 (mm)) is charged to about 1/3 of a polyethylene pot, and stirred and mixed in a pot mill for about 5 hours. Next, 127.1 (g) of Ceramo TB-01 (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), which is an organic binder, is added and further stirred for about 20 hours. Thereby, a slurry or slurry containing fine alumina powder is obtained.

次いで、スラリー含浸工程PC2では、調製したスラリーに適当な三次元網目構造を有する有機多孔体、例えばウレタンフォーム等を投入し、そのウレタンフォームの空隙にスラリーを含浸する。余剰スラリー除去工程PC3では、例えばローラ等で有機多孔体から余剰のスラリーを押出し、必要最小限のスラリーが空隙内に残留した状態にする。次いで、乾燥工程PC4においては、室温〜100(℃)の範囲内の適当な温度、例えば70(℃)程度の温度で、24時間程度の乾燥処理を施す。   Next, in the slurry impregnation step PC2, an organic porous body having an appropriate three-dimensional network structure, such as urethane foam, is introduced into the prepared slurry, and the slurry is impregnated in the voids of the urethane foam. In the surplus slurry removing step PC3, the surplus slurry is extruded from the organic porous material with a roller or the like, for example, so that the necessary minimum slurry remains in the gap. Next, in the drying step PC4, a drying process is performed for about 24 hours at an appropriate temperature in the range of room temperature to 100 (° C.), for example, a temperature of about 70 (° C.).

次いで、電解質製膜工程PC5では、前記図4に示される工程に従って製造された電解質材料シートを、スラリーを含浸させた有機多孔体の表面に載せる等により、電解質膜を製膜する。そして、焼成工程PC6において、原料および電解質膜の種類に応じた適当な温度、例えば1600(℃)程度の温度で1時間程度の焼成処理を施す。これにより、有機多孔体およびスラリー中の有機成分が焼失させられて、スラリーから有機多孔体の孔形状に倣ったセラミック多孔体が生成されると同時に、電解質材料シートから電解質膜が生成されると共に、これらが相互に固着される。すなわち、本実施例においても、支持体20が製造されると同時に電解質膜が製膜される。   Next, in the electrolyte film forming process PC5, an electrolyte film is formed by placing the electrolyte material sheet manufactured according to the process shown in FIG. 4 on the surface of the organic porous body impregnated with the slurry. In the firing step PC6, a firing process is performed at an appropriate temperature according to the type of the raw material and the electrolyte membrane, for example, a temperature of about 1600 (° C.) for about 1 hour. As a result, the organic porous body and the organic components in the slurry are burned off, and a ceramic porous body that follows the pore shape of the organic porous body is generated from the slurry. At the same time, an electrolyte membrane is generated from the electrolyte material sheet. These are fixed to each other. That is, also in the present embodiment, the electrolyte membrane is formed simultaneously with the production of the support 20.

したがって、本実施例においては、形成されるセラミック多孔体は、有機多孔体の形状に従った三次元網目構造となることから、高い気孔率および大きな孔径を備え、しかも、その連通孔が表面から裏面に略真っ直ぐに貫通する支持体20が得られるのである。このとき、骨格22の実体部分は、セラミック材料が十分に焼結させられることにより、高強度を有するものとなることから、前記のようにガス拡散性能に優れていながら高い機械的強度が得られることになる。すなわち、気孔の大きさや気孔率は有機多孔体の構造に依存し、セラミック材料の焼結状態に依存しないことから、焼結温度を高くしても高い気孔率を確保できるのである。そのため、前記のように耐水蒸気性、耐還元性に優れる材料を用いることによって、ガス拡散性能が高く、高強度で耐久性の高い支持体が得られる。   Therefore, in the present example, the ceramic porous body to be formed has a three-dimensional network structure according to the shape of the organic porous body. The support 20 that penetrates the back surface substantially straight is obtained. At this time, since the substantial part of the skeleton 22 has a high strength by sufficiently sintering the ceramic material, a high mechanical strength can be obtained while having excellent gas diffusion performance as described above. It will be. That is, since the size and porosity of the pores depend on the structure of the organic porous body and do not depend on the sintered state of the ceramic material, a high porosity can be ensured even if the sintering temperature is increased. Therefore, by using a material excellent in water vapor resistance and reduction resistance as described above, a support having high gas diffusion performance, high strength and high durability can be obtained.

図9は、本発明の更に他の実施例である鋳込み法による多孔質セラミック支持体の製造方法を説明するための工程図である。スラリー調製工程PD1では、例えば、原料に溶剤、分散剤、可塑剤、バインダー、気孔形成剤を加え、玉石等で湿式混合しスラリーを調製する。調合仕様は下記の通りである。なお、原料は例えば前記支持体10の場合と同様なLa0.6Sr0.4Ti0.3Fe0.7O3等であり、気孔形成剤の粒子径は例えば50(μm)〜3(mm)の範囲内である。この調合仕様においても、有機バインダーとしては例えばメタクリル樹脂を用い得る。
[調合仕様]
原料:平均粒子径 0.5〜5(μm) 100重量部
分散剤:非イオン性界面活性剤 1重量部
可塑剤:フタル酸エステル 5重量部
バインダー:有機バインダー 10重量部
溶剤:キシレン 30重量部
気孔形成剤:クルミ殻若しくは炭素 10重量部
FIG. 9 is a process diagram for explaining a method for producing a porous ceramic support by a casting method according to still another embodiment of the present invention. In the slurry preparation step PD1, for example, a solvent, a dispersant, a plasticizer, a binder, and a pore forming agent are added to the raw material, and wet-mixed with cobblestone or the like to prepare a slurry. The formulation specifications are as follows. The raw material is, for example, La 0.6 Sr 0.4 Ti 0.3 Fe 0.7 O 3 or the like as in the case of the support 10, and the particle diameter of the pore forming agent is, for example, in the range of 50 (μm) to 3 (mm). . Also in this blending specification, for example, a methacrylic resin can be used as the organic binder.
[Formulation specifications]
Raw material: Average particle size 0.5 to 5 (μm) 100 parts by weight Dispersant: Nonionic surfactant 1 part by weight Plasticizer: Phthalate ester 5 parts by weight Binder: Organic binder 10 parts by weight Solvent: Xylene 30 parts by weight Pore formation Agent: Walnut shell or carbon 10 parts by weight

次いで、粘度調整工程PD2においては、所望する粘度に応じてスラリーの粘度を調整する。例えば、粘度が高い場合には、スラリーに溶剤を加えて粘度を低下させ、粘度が低い場合には、スラリーを混合しながら真空乾燥し、粘度を上昇させる。このようにして、粘度を鋳込みに適した例えば3000(mPa・s)程度に調整する。   Next, in the viscosity adjustment step PD2, the viscosity of the slurry is adjusted according to the desired viscosity. For example, when the viscosity is high, a solvent is added to the slurry to reduce the viscosity, and when the viscosity is low, the slurry is vacuum dried while mixing to increase the viscosity. In this way, the viscosity is adjusted to, for example, about 3000 (mPa · s) suitable for casting.

次いで、鋳込み工程PD3では、例えば石膏型に流し込み、硬化後、型から取り出して鋳込み成形する。石膏型の寸法・形状は、焼成収縮を考慮して、製造しようとする支持体の寸法・形状に応じて適宜定められる。次いで、乾燥工程PD4では、例えば80(℃)程度の温度で乾燥処理を施す。   Next, in the casting step PD3, for example, it is poured into a gypsum mold, cured, and taken out from the mold and cast-molded. The size and shape of the gypsum mold are appropriately determined according to the size and shape of the support to be manufactured in consideration of shrinkage during firing. Next, in the drying step PD4, for example, a drying process is performed at a temperature of about 80 (° C.).

次いで、電解質製膜工程PD5では、前記図4に示される工程に従って製造された電解質材料シートを、成形体の表面に載せる等により、電解質膜を製膜する。そして、焼成工程PD6において、原料および電解質膜の種類に応じた適当な温度、例えば1600(℃)程度の温度で1時間程度の焼成処理を施す。これにより、成形体中の有機成分すなわち分散剤、可塑剤、気孔形成剤等が焼失させられると共に原料粒子が焼結させられて多孔質セラミック支持体が生成されると同時に、電解質材料シートから電解質膜が生成され且つその支持体表面に固着され、固体酸化物型燃料電池のエレメントが得られる。   Next, in the electrolyte film forming process PD5, an electrolyte film is formed by placing an electrolyte material sheet manufactured according to the process shown in FIG. 4 on the surface of the molded body. In the firing step PD6, a firing process is performed at an appropriate temperature according to the type of the raw material and the electrolyte membrane, for example, a temperature of about 1600 (° C.) for about 1 hour. As a result, the organic components in the molded body, that is, the dispersant, the plasticizer, the pore-forming agent, and the like are burned off, and the raw material particles are sintered to form a porous ceramic support, and at the same time, the electrolyte material sheet is used as an electrolyte. A membrane is formed and adhered to the support surface to obtain a solid oxide fuel cell element.

本実施例の製造方法によれば、耐水蒸気性および耐還元性に優れた前記のようなセラミック材料を用いて、例えば、平均細孔径が0.1〜0.5(mm)程度、気孔率が50〜60(%)程度と十分に大きい支持体が得られる。なお、3点曲げ強度は1〜5(MPa)程度とやや低いため、この製造方法は、要求される機械的強度が比較的低い場合に好適である。   According to the production method of the present embodiment, using the ceramic material as described above excellent in water vapor resistance and reduction resistance, for example, the average pore diameter is about 0.1 to 0.5 (mm), the porosity is 50 to 60 A sufficiently large (%) support can be obtained. Since the three-point bending strength is somewhat low, about 1 to 5 (MPa), this manufacturing method is suitable when the required mechanical strength is relatively low.

以下、上記のような構成例および製造方法例において、種々の原料を用いて固体酸化物型燃料電池のエレメントを製造して、特性を評価した結果を説明する。   Hereinafter, the results of evaluating the characteristics of the elements of the solid oxide fuel cell manufactured using various raw materials in the above-described configuration examples and manufacturing method examples will be described.

下記の表1に、評価に用いた支持体用原料および電解質膜用原料の組成と粒子径を示す。先ず、第1段階として、支持体用原料の基本特性を評価した。評価項目は、固体酸化物型燃料電池用途で望まれる酸素移動性(すなわち酸素イオン伝導性)、耐水蒸気性、および耐還元性である。また、電解質膜との固着強度確保のためには、熱膨張率差が小さいことが望まれるので、同時に熱膨張率も評価した。結果を表2に示す。   Table 1 below shows the composition and particle size of the support material and the electrolyte membrane material used in the evaluation. First, as a first step, the basic characteristics of the support material were evaluated. Evaluation items are oxygen mobility (that is, oxygen ion conductivity), water vapor resistance, and reduction resistance, which are desired for solid oxide fuel cell applications. Further, in order to secure the adhesion strength with the electrolyte membrane, it is desired that the difference in thermal expansion coefficient is small, so the thermal expansion coefficient was also evaluated at the same time. The results are shown in Table 2.

上記の表2において、「酸素移動性」欄の「○」は酸素移動量が2(cc/min/cm2)以上、「△」は1(cc/min/cm2)前後、「×」は、1(cc/min/cm2)よりも遙かに低いことをそれぞれ意味する。酸素移動性の点では、La系ペロブスカイト複合酸化物と、酸化セリウムが好ましく、酸化ジルコニウムが次いで好ましい。しかしながら、支持体10等は前述したように多孔質に構成されることによって電解質膜へのガス流路を確保するものであるので、酸素移動性が高い方が好ましいが必須ではない。すなわち、酸素移動性が「×」評価のものであっても本発明の支持体として使用することができる。 In Table 2 above, “O” in the “Oxygen Mobility” column indicates an oxygen transfer amount of 2 (cc / min / cm 2 ) or more, “△” indicates around 1 (cc / min / cm 2 ), “×” Means much lower than 1 (cc / min / cm 2 ). In terms of oxygen mobility, La-based perovskite composite oxide and cerium oxide are preferable, and zirconium oxide is next preferable. However, since the support 10 and the like are configured to be porous as described above to secure a gas flow path to the electrolyte membrane, higher oxygen mobility is preferable but not essential. That is, even if the oxygen mobility is evaluated as “x”, it can be used as the support of the present invention.

また、「耐水蒸気性」欄の数値は、1000(℃)水蒸気雰囲気中(水蒸気/窒素ガス=2)に24時間放置し、走査型電子顕微鏡(SEM)にて測定した厚みの変化量である。この数値が小さいほど構造変化が少なく、耐水蒸気性に優れる。上記の評価結果によれば、酸化珪素は耐水蒸気性が著しく劣り、固体酸化物型燃料電池等の用途には適さない。また、酸化チタン、窒化珪素、およびLaSrTiFe以外のペロブスカイト複合酸化物は20〜50(μm)程度の厚み変化が認められ、使用可能ではあるが、やや耐水蒸気性に劣る。耐水蒸気性の面では、厚み変化の生じない酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、およびLaSrTiFe系ペロブスカイト複合酸化物が好ましい。   The numerical value in the “water vapor resistance” column is the amount of change in thickness measured with a scanning electron microscope (SEM) after being left in a 1000 (° C.) water vapor atmosphere (water vapor / nitrogen gas = 2) for 24 hours. . The smaller the value, the less the structural change and the better the water vapor resistance. According to the above evaluation results, silicon oxide is extremely inferior in water vapor resistance and is not suitable for applications such as solid oxide fuel cells. In addition, perovskite composite oxides other than titanium oxide, silicon nitride, and LaSrTiFe have a thickness change of about 20 to 50 (μm) and can be used, but are slightly inferior in water vapor resistance. In terms of water vapor resistance, aluminum oxide, zirconium oxide, cerium oxide, and LaSrTiFe-based perovskite composite oxides that do not change in thickness are preferable.

また、「耐還元性」欄は、1000(℃)のH2雰囲気中で24時間放置し、X線回折装置(XRD)によって構造変化を確認した結果である。構造変化は、測定データのピーク高さから定量し、副相の量を百分率で表した。表2中「変化無し」は、副相が認められないもの、すなわち構造変化が生じないものである。上記評価結果によれば、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化珪素、LaSrGaFe、LaSrTiFe、LaSrGaMgが十分に高い耐還元性を有し、酸化チタン、酸化セリウム、LaSrCoFe、LaSrMnFeが耐還元性の面で不十分である。 The column “Reduction resistance” is the result of confirming the structural change with an X-ray diffractometer (XRD) after being left in an H 2 atmosphere at 1000 (° C.) for 24 hours. The structural change was quantified from the peak height of the measurement data, and the amount of subphase was expressed as a percentage. In Table 2, “no change” means that no subphase is observed, that is, no structural change occurs. According to the above evaluation results, silicon oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon nitride, LaSrGaFe, LaSrTiFe, LaSrGaMg have sufficiently high reduction resistance, and titanium oxide, cerium oxide, LaSrCoFe, LaSrMnFe have reduction resistance surfaces. Is insufficient.

また、本評価試験においては、電解質膜用原料として前記表1に示されるようにLaSrGaFeO3、LaSrTiFeO3、LaSrGaO3、LaSrGaMgCoO3、LaSrTiO3、LaSrTiMgCoO3が用いられるため、支持体材料は、これらと熱膨張係数が近似することが好ましい。例えば、電解質がLaSrGaFeO3やLaSrTiFeO3等の場合には、支持体の熱膨張率が11×10-6(/K)程度であることが望ましい。「熱膨張率」欄に記載した測定結果によれば、酸化珪素および窒化珪素は熱膨張係数が著しく小さいため不適当である。また、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化セリウムは、やや熱膨張率が小さいが、支持体と電解質膜との固着強度の不足は構造である程度補償することができるため、この程度の相違であれば特に支障はない。 In this evaluation test, LaSrGaFeO 3 , LaSrTiFeO 3 , LaSrGaO 3 , LaSrGaMgCoO 3 , LaSrTiO 3 , and LaSrTiMgCoO 3 are used as electrolyte membrane materials as shown in Table 1 above. It is preferable that the thermal expansion coefficients are approximate. For example, when the electrolyte is LaSrGaFeO 3 or LaSrTiFeO 3 , it is desirable that the thermal expansion coefficient of the support is about 11 × 10 −6 (/ K). According to the measurement results described in the “Coefficient of thermal expansion” column, silicon oxide and silicon nitride are inappropriate because of their extremely small coefficients of thermal expansion. In addition, aluminum oxide, titanium oxide, and cerium oxide have a slightly low coefficient of thermal expansion, but the lack of adhesion strength between the support and the electrolyte membrane can be compensated to some extent by the structure. There is no hindrance.

以上の結果から、支持体材料としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、LaSrGaFeO3、LaSrTiFeO3、LaSrGaMgO3が好ましいことが判る。なお、上記評価結果には記載していないが、LaSrGaO3も上記3つのペロブスカイト複合酸化物と同程度の特性を有するため好適である。 From the above results, it can be seen that the support material is preferably aluminum oxide, zirconium oxide, LaSrGaFeO 3 , LaSrTiFeO 3 , or LaSrGaMgO 3 . Although not described in the above evaluation results, LaSrGaO 3 is also preferable because it has the same characteristics as the three perovskite complex oxides.

下記の表3、表4は、上記の5つの原料を用いて、前記3種類の製造方法でそれぞれ多孔質セラミック支持体を製造して特性を評価した結果を示したものである。但し、これらの評価では、前記各製造方法において電解質膜を製膜することなく直ちに焼成処理を施し、電解質膜を備えていない支持体を製造して試験片を作製した。なお、表3,4において、「セラミックホーム」は前記図8に示す製造工程で製造した支持体20を、「パターニング」は前記図3または図5に示す製造工程で製造した支持体10をそれぞれ意味する。   Tables 3 and 4 below show the results of evaluating the characteristics of the porous ceramic support produced by the three kinds of production methods using the above five raw materials. However, in these evaluations, a baking treatment was performed immediately without forming an electrolyte membrane in each of the above production methods, and a support without an electrolyte membrane was produced to produce a test piece. In Tables 3 and 4, “Ceramic Home” indicates the support 20 manufactured in the manufacturing process shown in FIG. 8, and “Pattern” indicates the support 10 manufactured in the manufacturing process shown in FIG. 3 or FIG. means.

上記の表3には、気孔率の測定結果を示している。ここに示した気孔率(%)は、試験片の質量(g)および体積(cm3)を測定し、これらと予め判っている真密度(g/cm3)とから、下記(1)式で算出した値である。なお、試験片の体積は、例えば、試験片の直径(矩形底面の場合は縦寸法および横寸法)と厚さ寸法とを測定し、底面積に厚さ寸法を乗じて求めた値、すなわち表面に現れている開気孔や連通孔16等が存在しないものとして求めた値である。何れの材料を用いた場合にも、50(%)以上の大きな気孔率が得られている。すなわち、支持体用途では30(%)程度に過ぎなかった従来に比較して、著しく気孔率が高められている。特に、図8に工程を示す三次元網目構造を有するセラミック多孔体から成る支持体(セラミックホーム)は、80(%)を超える気孔率の支持体が容易に得られることが判る。
気孔率=(質量/体積/真密度)×100 ・・・(1)
Table 3 above shows the measurement results of the porosity. The porosity (%) shown here is obtained by measuring the mass (g) and volume (cm 3 ) of the test piece, and calculating the following formula (1) from these and the true density (g / cm 3 ) known in advance. This is the value calculated in. The volume of the test piece is, for example, a value obtained by measuring the diameter (longitudinal and horizontal dimensions in the case of a rectangular bottom surface) and the thickness dimension, and multiplying the bottom area by the thickness dimension, that is, the surface It is the value calculated | required as what does not have the open pore which appears in FIG. In any case, a large porosity of 50 (%) or more is obtained. That is, the porosity is remarkably increased as compared with the conventional case where the support is only about 30%. In particular, it can be seen that a support (ceramic home) made of a ceramic porous body having a three-dimensional network structure whose process is shown in FIG. 8 can easily provide a support having a porosity exceeding 80%.
Porosity = (mass / volume / true density) × 100 (1)

また、前記の表4には、曲げ強度の測定結果を示している。なお、3点曲げ強度は、万能試験機(インストロン社製 1123型)を用い、常温における曲げ強さ試験方法を規定するJIS R1601 に準拠して、試験片数を5で測定した。なお、本実施例の多孔質材料はJISに定められた試験片寸法では測定が困難であるため、試験片寸法を、前記図3に製造工程を示すパターニングおよび前記図9に製造工程を示す鋳込みについては10(mm)×10(mm)×300(mm)に、セラミックホームについては10(mm)×20(mm)×300(mm)とした。上記測定結果によれば、鋳込み成型の場合には余り高い強度が得られないが、セラミックホームおよびパターニングにおいては、多孔質支持体としては十分に高い強度が得られる。特に、パターニングによれば、鋳込みよりも僅かに小さい程度の気孔率でありながら、著しく高い強度を有している。   Table 4 shows the measurement results of bending strength. The three-point bending strength was measured by using a universal testing machine (Model 1123 manufactured by Instron) and measuring the number of test pieces at 5 in accordance with JIS R1601 that defines the bending strength test method at room temperature. Since the porous material of this example is difficult to measure with the test piece dimensions defined in JIS, the test piece dimensions are shown in FIG. 3 showing the manufacturing process and the casting process shown in FIG. Was set to 10 (mm) x 10 (mm) x 300 (mm), and the ceramic home was set to 10 (mm) x 20 (mm) x 300 (mm). According to the above measurement results, a very high strength cannot be obtained in the case of casting molding, but a sufficiently high strength can be obtained as a porous support in the ceramic home and patterning. In particular, the patterning has a remarkably high strength while having a porosity slightly smaller than casting.

したがって、上記の気孔率および曲げ強度の測定結果によれば、鋳込み成型した支持体でも使用は可能であるが、セラミックホームおよびパターニングが特に好ましいことが明らかである。   Therefore, according to the measurement results of the porosity and bending strength described above, it is clear that a cast-molded support can be used, but ceramic home and patterning are particularly preferable.

次に、上記の各材料から成る支持体を用いて、固体酸化物型燃料電池の酸素透過量および発電特性を評価した結果を説明する。なお、評価に際しては、支持体上に膜厚100(μm)、直径30(mm)の電解質膜を設け、燃料極触媒としてNiを、空気極触媒としてLa0.8Sr0.2CoO3をそれぞれ用いた。なお、燃料極触媒は無くともよい。また、試験条件は、装置温度を800(℃)、燃料極にメタンまたは水素を200(cc/min/cm2)の速度で、空気極に空気を500(cc/min/cm2)の速度でそれぞれ送入するものとした。また、電解質膜は、支持体の燃料極側に設けた。すなわち、支持体が空気極側に位置するように構成した。 Next, the results of evaluating the oxygen permeation amount and the power generation characteristics of the solid oxide fuel cell using the support made of each of the above materials will be described. In the evaluation, an electrolyte membrane having a film thickness of 100 (μm) and a diameter of 30 (mm) was provided on the support, Ni was used as the fuel electrode catalyst, and La 0.8 Sr 0.2 CoO 3 was used as the air electrode catalyst. The fuel electrode catalyst may not be provided. The test conditions were as follows: the device temperature was 800 (° C), the fuel electrode was methane or hydrogen at a speed of 200 (cc / min / cm 2 ), and the air electrode was air at a speed of 500 (cc / min / cm 2 ). It was supposed to be sent in each. The electrolyte membrane was provided on the fuel electrode side of the support. That is, the support was configured to be positioned on the air electrode side.

図10は、発電試験方法を説明するための模式図である。支持体10等の表面12には電解質膜24が備えられており、裏面14には空気極触媒26が設けられている。また、電解質膜24上には燃料極触媒28が設けられている。また、空気極および燃料極間には、負荷30が設けられて発電量が測定可能となっている。なお、酸素透過試験は、同様なエレメント構成で燃料極側に透過する酸素量を測定することによって行われる。酸素透過試験結果を表5に、発電測定結果を表6にそれぞれ示す。   FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a power generation test method. An electrolyte membrane 24 is provided on the front surface 12 of the support 10 or the like, and an air electrode catalyst 26 is provided on the back surface 14. A fuel electrode catalyst 28 is provided on the electrolyte membrane 24. Further, a load 30 is provided between the air electrode and the fuel electrode so that the amount of power generation can be measured. The oxygen permeation test is performed by measuring the amount of oxygen permeating to the fuel electrode side with the same element configuration. Table 5 shows the oxygen permeation test results, and Table 6 shows the power generation measurement results.

上記の表5に示されるように、構成材料の如何に関わらず、セラミックホームおよびパターニングにより構成した支持体では極めて大きな酸素透過量が得られた。また、鋳込み法においても、上記2者ほどではないが、従来の支持体に比較して大きな酸素透過量が得られた。鋳込み法によって製造した支持体の特性がやや劣るのは、支持体内の気孔の屈曲が大きいためであると考えられる。すなわち、セラミックホームおよびパターニングは孔径が著しく大きいことから、表面から裏面に略真っ直ぐに連通孔が貫通する。そのため、上記のような高特性が得られるものと考えられる。   As shown in Table 5 above, an extremely large amount of oxygen permeation was obtained with the ceramic home and the support formed by patterning regardless of the constituent material. Also in the casting method, although not as much as the above two, a large oxygen permeation amount was obtained as compared with the conventional support. The reason why the support produced by the casting method is slightly inferior is considered to be due to the large bending of the pores in the support. That is, since the ceramic home and patterning have a remarkably large hole diameter, the communication hole penetrates substantially straight from the front surface to the back surface. Therefore, it is considered that the high characteristics as described above can be obtained.

なお、上記の表5、表6において、「従来支持体」は気孔率30(%)程度、細孔径が10(μm)程度の特性を有するものであって、例えば1000(℃)程度で予め焼成した原料粉末を成形し、焼成処理を施すいわゆる未焼結法で製造したものである。このような従来の支持体は、気孔率が小さく且つ孔径も小さいことから、支持体が固体酸化物型燃料電池における酸素拡散を律速する。そのため、高特性の電解質材料を用いても高い酸素透過量が得られなかったものと考えられる。本実施例の鋳込み法、セラミックホーム、およびパターニングによれば、気孔率および孔径が何れも従来支持体に比較して飛躍的に大きくされているため、著しく高い特性が得られるものと考えられる。   In Tables 5 and 6 above, the “conventional support” has characteristics of a porosity of about 30 (%) and a pore diameter of about 10 (μm). It is produced by a so-called unsintered method in which a fired raw material powder is formed and fired. Since such a conventional support has a small porosity and a small pore diameter, the support determines the oxygen diffusion in the solid oxide fuel cell. For this reason, it is considered that a high oxygen permeation amount was not obtained even when a high-performance electrolyte material was used. According to the casting method, ceramic home, and patterning of this example, the porosity and the hole diameter are both greatly increased as compared with the conventional support, so that it is considered that extremely high characteristics can be obtained.

また、上記の表6に示されるように、発電測定結果においても、鋳込み法、セラミックホーム、パターニングの何れも従来支持体に比較して高い発電量が得られることが確かめられた。特に、セラミックホームおよびパターニングによれば、従来の2倍以上の著しく高い発電量が得られる。   Further, as shown in Table 6 above, it was confirmed that in the power generation measurement results, a high power generation amount was obtained in all of the casting method, the ceramic home, and the patterning as compared with the conventional support. In particular, according to the ceramic home and patterning, a remarkably high power generation amount that is twice or more that of the conventional method can be obtained.

以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail with reference to drawings, this invention can be implemented also in another aspect, A various change can be added in the range which does not deviate from the main point.

連通孔を形成するための開口部をパターニングによって形成した本発明の一実施例の多孔質セラミック支持体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the porous ceramic support body of one Example of this invention which formed the opening part for forming a communicating hole by patterning. 図1の多孔質セラミック支持体を構成するための未焼成セラミックシートを示す平面図である。It is a top view which shows the non-fired ceramic sheet for comprising the porous ceramic support body of FIG. 図1の多孔質セラミック支持体の製造方法の一例の要部を説明する工程図である。It is process drawing explaining the principal part of an example of the manufacturing method of the porous ceramic support body of FIG. 図3の電解質製膜工程に用いられる電解質膜の製造方法の要部を説明する工程図である。It is process drawing explaining the principal part of the manufacturing method of the electrolyte membrane used for the electrolyte membrane forming process of FIG. 図1の多孔質セラミック支持体の他の製造方法を説明するための工程図である。FIG. 5 is a process diagram for explaining another method for producing the porous ceramic support of FIG. 1. 三次元網目構造を有する本発明の他の実施例の多孔質セラミック支持体を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the porous ceramic support body of the other Example of this invention which has a three-dimensional network structure. 図6の多孔質セラミック支持体の一部を拡大して構造を説明するための電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph for magnifying a part of porous ceramic support of Drawing 6, and explaining a structure. 図6の多孔質セラミック支持体の製造方法の要部を説明する工程図である。It is process drawing explaining the principal part of the manufacturing method of the porous ceramic support body of FIG. 本発明の更に他の実施例の製造方法である鋳込み法の要部を説明する工程図である。It is process drawing explaining the principal part of the casting method which is a manufacturing method of the further another Example of this invention. 発電試験方法を説明する図である。It is a figure explaining a power generation test method.

符号の説明Explanation of symbols

10:多孔質セラミック支持体、12:表面、14:裏面、16:連通孔、16a:開口部、18:薄板状層、20:支持体、22:骨格、24:電解質膜、26:空気極触媒、28:燃料極触媒、30:負荷 10: porous ceramic support, 12: front surface, 14: back surface, 16: communication hole, 16a: opening, 18: thin plate layer, 20: support, 22: skeleton, 24: electrolyte membrane, 26: air electrode Catalyst, 28: Fuel electrode catalyst, 30: Load

Claims (4)

構成比が H2O/N2=2 である1000(℃)の水蒸気雰囲気中で24時間放置した場合の厚み変化量が100(μm)未満、1000(℃)のH2雰囲気中で24時間放置した場合の構造変化が実質的にないセラミック材料で構成され、且つ0.2〜10(mm)の範囲内の孔径の多数の連通孔と、50〜99.9(%)の範囲内の気孔率と、10(MPa)以上の3点曲げ強度とを有することを特徴とする多孔質セラミック支持体。 When the composition ratio is left in a steam atmosphere of 1000 (° C.) with H 2 O / N 2 = 2 for 24 hours, the amount of change in thickness is less than 100 (μm) and 24 hours in an H 2 atmosphere of 1000 (° C.) It is composed of a ceramic material that does not substantially change its structure when left to stand, and has a large number of communication holes having a pore diameter in the range of 0.2 to 10 (mm), and a porosity in the range of 50 to 99.9 (%). A porous ceramic support having a three-point bending strength of 10 (MPa) or more. 一般式Ln1-xAexMO3(但しLnはランタノイドから選択される少なくとも一種、AeはSr,Ca,Baのうちから選択される少なくとも一種、MはFe,Ga,Ti,Al,In,Sn,Zr,V,Cr,Zn,Ge,Sc,Y,Nb,Mn,Co,Ni,Cu,Ru,Mgのうちから選択される少なくとも一種、0≦x≦1)で表されるペロブスカイト複合酸化物、安定化ジルコニア、アルミナ、酸化セリウム、および酸化マグネシウムの何れかから成る請求項1に記載の多孔質セラミック支持体。 General formula Ln 1-x Ae x MO 3 (where Ln is at least one selected from lanthanoids, Ae is at least one selected from Sr, Ca, Ba, M is Fe, Ga, Ti, Al, In, Perovskite composite represented by 0 ≦ x ≦ 1), at least one selected from Sn, Zr, V, Cr, Zn, Ge, Sc, Y, Nb, Mn, Co, Ni, Cu, Ru, and Mg The porous ceramic support according to claim 1, comprising any one of oxide, stabilized zirconia, alumina, cerium oxide, and magnesium oxide. 三次元網目構造を有する有機多孔体にセラミック微粉末を含む泥漿を含浸させ且つ乾燥処理および焼成処理を施すことによって得られるセラミック多孔体から成る請求項1に記載の多孔質セラミック支持体。   2. The porous ceramic support according to claim 1, comprising a porous ceramic body obtained by impregnating an organic porous body having a three-dimensional network structure with slurry containing ceramic fine powder, and performing a drying treatment and a firing treatment. それぞれ所定形状の多数の開口部を備えた複数枚の未焼成セラミック薄板を、それら多数の開口部の各々が他の未焼成セラミック薄板で部分的に覆われるように積層し且つ焼成処理を施すことによって得られる板状セラミックスから成る請求項1に記載の多孔質セラミック支持体。
Laminating and firing a plurality of unfired ceramic thin plates each having a large number of openings of a predetermined shape so that each of the large numbers of openings is partially covered with other unfired ceramic thin plates The porous ceramic support according to claim 1, comprising a plate-like ceramic obtained by:
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2930075A1 (en) * 2008-04-14 2009-10-16 Commissariat Energie Atomique TITANATES OF PEROVSKITE OR DERIVED STRUCTURE AND ITS APPLICATIONS
US20110209618A1 (en) * 2008-02-25 2011-09-01 Noritake Co., Ltd. Ceramic product and ceramic member bonding method
KR101511374B1 (en) 2013-03-18 2015-04-10 한국과학기술연구원 Membrane including macro-void support layer
JP2016530073A (en) * 2013-06-11 2016-09-29 テクノロジ アバンセ エ メンブラン アンデュストリエレ Filtration membrane manufacturing method by additive manufacturing method and resulting membrane
CN114787486A (en) * 2019-12-09 2022-07-22 纬湃技术有限公司 Device for exhaust gas aftertreatment and method for producing the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001240480A (en) * 2000-02-29 2001-09-04 Kyocera Corp Porous ceramic structural body, its manufacturing method and fluid permeable member

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001240480A (en) * 2000-02-29 2001-09-04 Kyocera Corp Porous ceramic structural body, its manufacturing method and fluid permeable member

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110209618A1 (en) * 2008-02-25 2011-09-01 Noritake Co., Ltd. Ceramic product and ceramic member bonding method
US8431227B2 (en) * 2008-02-25 2013-04-30 Noritake Co., Ltd Ceramic product and ceramic member bonding method
FR2930075A1 (en) * 2008-04-14 2009-10-16 Commissariat Energie Atomique TITANATES OF PEROVSKITE OR DERIVED STRUCTURE AND ITS APPLICATIONS
EP2110873A1 (en) * 2008-04-14 2009-10-21 Commissariat à l'Energie Atomique Titanates with perovskite or derivative structure and applications thereof
JP2009263225A (en) * 2008-04-14 2009-11-12 Commissariat A L'energie Atomique Titanate of perovskite or derived structure thereof, and use thereof
US8247113B2 (en) 2008-04-14 2012-08-21 Commissariat A L'energie Atomique Titanates of perovskite or derived structure and applications thereof
KR101511374B1 (en) 2013-03-18 2015-04-10 한국과학기술연구원 Membrane including macro-void support layer
JP2016530073A (en) * 2013-06-11 2016-09-29 テクノロジ アバンセ エ メンブラン アンデュストリエレ Filtration membrane manufacturing method by additive manufacturing method and resulting membrane
CN114787486A (en) * 2019-12-09 2022-07-22 纬湃技术有限公司 Device for exhaust gas aftertreatment and method for producing the same

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