JP2012074207A - Fuel cell electrolyte sheet manufacturing method - Google Patents

Fuel cell electrolyte sheet manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2012074207A
JP2012074207A JP2010217364A JP2010217364A JP2012074207A JP 2012074207 A JP2012074207 A JP 2012074207A JP 2010217364 A JP2010217364 A JP 2010217364A JP 2010217364 A JP2010217364 A JP 2010217364A JP 2012074207 A JP2012074207 A JP 2012074207A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sheet
firing
laminate
electrolyte sheet
green sheet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010217364A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Hata
和男 秦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Shokubai Co Ltd
Original Assignee
Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Shokubai Co Ltd filed Critical Nippon Shokubai Co Ltd
Priority to JP2010217364A priority Critical patent/JP2012074207A/en
Publication of JP2012074207A publication Critical patent/JP2012074207A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell electrolyte sheet manufacturing method which makes it possible to restrict the breakage of a sheet, as well as to reduce undulation or a warp occurring in the sheet.SOLUTION: The manufacturing method of the prevent invention includes a process (I) in which a ceramic porous spacer and a zirconia based green sheet are alternately stacked on a ceramic setter, with the spacer disposed in the bottom and the top layers, to dispose a laminate composed of the spacer and the green sheet; a process (II) in which a weight is placed on the laminate so that a load on the green sheet will be 0.1 to 3.0 g/cm, and the laminate is calcined at 1000 to 1300°C to prepare an electrolyte sheet precursor, and a process (III) in which, following the process (II), a weight is placed on the laminate so that a load on the electrotype sheet precursor will be 3.0 to 80.0 g/cm, and the electrotype sheet precursor is calcined at 1350 to 1500°C.

Description

本発明は、燃料電池用電解質シート、詳しくは固体酸化物形燃料電池用電解質シートの製造方法に関する。   The present invention relates to an electrolyte sheet for a fuel cell, and more particularly to a method for producing an electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell.

近年、燃料電池はクリーンエネルギー源として注目されている。燃料電池のうち、電解質に固体のセラミックを使用している固体酸化物形燃料電池は、作動温度が高いため排熱を利用でき、さらに高効率で電力を得ることができる等の長所を有しており、家庭用電源から大規模発電まで幅広い分野での活用が期待されている。   In recent years, fuel cells have attracted attention as clean energy sources. Among fuel cells, solid oxide fuel cells that use solid ceramics as an electrolyte have advantages such as being able to use exhaust heat because of the high operating temperature, and obtaining power with high efficiency. It is expected to be used in a wide range of fields from household power supplies to large-scale power generation.

固体酸化物形燃料電池のセルは、基本構造として、カソード(空気極)とアノード(燃料極)との間にセラミックからなる電解質を配置した構造を有する。例えば平型の固体酸化物形燃料電池は、カソード、電解質シート及びアノードを重ね合わせたものを単セルとし、この単セルがインターコネクタを挟んで複数積み重ねられることによって高出力を得る。このように、カソード、電解質シート及びアノードを複数積み重ねる構造の場合、電解質シートの割れ等の破損を防ぐために、電解質シートには高い平坦性が要求される。   A cell of a solid oxide fuel cell has a basic structure in which an electrolyte made of ceramic is disposed between a cathode (air electrode) and an anode (fuel electrode). For example, in a flat solid oxide fuel cell, a single cell is formed by superposing a cathode, an electrolyte sheet, and an anode, and a high output is obtained by stacking a plurality of single cells with an interconnector interposed therebetween. Thus, in the case of a structure in which a plurality of cathodes, electrolyte sheets, and anodes are stacked, the electrolyte sheet is required to have high flatness in order to prevent damage such as cracking of the electrolyte sheet.

固体酸化物形燃料電池の電解質には、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)及びスカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)等のジルコニア系セラミック材料が好適に用いられる。したがって、電解質シートを得るためには、これらのジルコニア系セラミック材料からなる平坦性の高いシートを製造する必要がある。   Zirconia-based ceramic materials such as yttria-stabilized zirconia (YSZ) and scandia-stabilized zirconia (ScSZ) are preferably used for the electrolyte of the solid oxide fuel cell. Therefore, in order to obtain an electrolyte sheet, it is necessary to manufacture a highly flat sheet made of these zirconia ceramic materials.

セラミック材料からなるシート(セラミックシート)は、通常、セラミック原料粉末、バインダー及び溶剤等を混合及び粉砕して得られるスラリーをドクターブレード法等によりシート状に成形してグリーンシートを作製し、このグリーンシートを焼成することによって作製できる。   A sheet made of a ceramic material (ceramic sheet) is usually formed into a green sheet by forming a slurry obtained by mixing and pulverizing ceramic raw material powder, a binder, a solvent and the like into a sheet shape by a doctor blade method or the like. It can be produced by firing the sheet.

しかし、このような方法で得られるセラミックシートにはうねり及び反りが発生しやすく、平坦性の高いシートが得られにくいという問題がある。なお、ここでの「うねり」とは、シートの周縁部に存在する連続した2つ以上の山脈状の変形(シートの局部的な変形)あり、「反り」とは、シートの周縁部が反りあがった弓状のシート全体の変形のことである。以下、本明細書において、「うねり」及び「反り」を同様の意味で用いる。   However, the ceramic sheet obtained by such a method is prone to swell and warp, and there is a problem that it is difficult to obtain a highly flat sheet. Here, “swell” means two or more continuous mountain-shaped deformations (local deformation of the sheet) existing at the peripheral edge of the sheet, and “warp” means that the peripheral edge of the sheet warps. It is a deformation of the entire raised arcuate sheet. Hereinafter, in this specification, “swell” and “warp” are used in the same meaning.

従来、セラミックシートのうねり及び反りの発生を抑制するための様々な技術が提案されている。   Conventionally, various techniques for suppressing the occurrence of waviness and warpage of a ceramic sheet have been proposed.

例えば、特許文献1には、セラミックグリーンシートを1600〜1800℃の温度で本焼成し、その後、反りが生じた焼結シートに対して1400〜1500℃の温度で反り修正焼成を行う方法が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a method in which main firing of a ceramic green sheet is performed at a temperature of 1600 to 1800 ° C., and then warp correction firing is performed at a temperature of 1400 to 1500 ° C. on a sintered sheet in which warpage has occurred. Has been.

特許文献2には、セラミックグリーンシートを表面が平滑な耐火性の複数の板で挟持して400〜1000℃の温度で予備焼成し、次いで、予備焼成後のシートを、耐火性の複数の板からはずしてから、1000℃を超える温度で焼成する方法が開示されている。   In Patent Document 2, a ceramic green sheet is sandwiched between a plurality of fire-resistant plates having a smooth surface and pre-fired at a temperature of 400 to 1000 ° C., and then the pre-fired sheet is formed into a plurality of fire-resistant plates. A method of firing at a temperature exceeding 1000 ° C. after removal from the steel is disclosed.

特許文献3には、セラミックグリーンシートのみを多段に重ねて所定の温度(本来の焼成温度)よりも低い温度で焼成し、その後、得られたセラミック基板をセッターと交互に重ねて多段に積層して前記所定の温度で焼成する方法が開示されている。   In Patent Document 3, only ceramic green sheets are stacked in multiple stages and fired at a temperature lower than a predetermined temperature (original firing temperature), and then the obtained ceramic substrates are alternately stacked with setters and stacked in multiple stages. A method of firing at the predetermined temperature is disclosed.

特許文献4に開示されているシート状のジルコニア焼結体の製造方法では、重しを使用して、ジルコニアのグリーンシートに荷重をかけた状態で、このグリーンシートを焼成する。このときの重しは、重しの単位面積あたりの重量をW(g/cm2)、個々の重しの面積をS(cm2)、グリーンシートの単位面積あたりにかかる荷重をG(g/cm2)としたときに、S≦200、G≦5、W/G≧0.5の条件を満たすものとする。 In the method for producing a sheet-like zirconia sintered body disclosed in Patent Document 4, this green sheet is fired in a state where a weight is applied to the zirconia green sheet using a weight. At this time, the weight per unit area of the weight is W (g / cm 2 ), the area of each weight is S (cm 2 ), and the load applied per unit area of the green sheet is G (g / Cm 2 ), S ≦ 200, G ≦ 5, and W / G ≧ 0.5.

特許文献5には、セラミックセッターの上にセラミックグリーンシートとセラミック多孔質スペーサとを交互に積み重ねて積層体とし、この積層体の最上部に、重しとして、静的曲げ弾性率が5〜15MPa、材質がアルミナ、ジルコニア、ムライト及び/又はコージェライト、かさ比率が0.8〜2、通気率が0.01〜0.1cm2、気孔率が50〜75%である多孔質焼成用治具を載置して焼成する、セラミックシートの製造方法が開示されている。 In Patent Document 5, ceramic green sheets and ceramic porous spacers are alternately stacked on a ceramic setter to form a laminated body, and a static bending elastic modulus of 5 to 15 MPa is applied to the top of the laminated body as a weight. Porous firing jig whose material is alumina, zirconia, mullite and / or cordierite, bulk ratio 0.8-2, air permeability 0.01-0.1 cm 2 , porosity 50-75% A method for producing a ceramic sheet is disclosed in which a ceramic sheet is placed and fired.

特開平5−136544号公報JP-A-5-136544 特開昭63−295480号公報JP-A 63-295480 特開平2−311370号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-311370 特開平6−9268号公報JP-A-6-9268 特開2007−302515号公報JP 2007-302515 A

しかし、特許文献1〜3に開示されているような2段階で焼成を行う方法では、うねり及び反り発生の抑制効果が不十分であった。例えば、特許文献1に開示されている、反りが生じている焼結シートに対して修正焼成を行う方法の場合、焼結シートに一旦生じてしまった反りをさらなる焼成で修正することは非常に難しく、例えば修正焼成に長時間を要する等の問題があった。   However, in the method of firing in two stages as disclosed in Patent Documents 1 to 3, the effect of suppressing the occurrence of waviness and warpage was insufficient. For example, in the case of the method disclosed in Patent Document 1 in which correction firing is performed on a sintered sheet having warpage, it is very difficult to correct the warpage once generated in the sintered sheet by further firing. There is a problem that it is difficult, for example, it takes a long time for correction baking.

また、特許文献4及び5に開示されているような、荷重をかけながら焼成を行う方法では、うねり及び反りの発生をさらに低減させるために荷重をかけすぎると、シートが割れたりシートにクラックが入ったりしてしまうという問題が発生するため、うねり及び反りのさらなる低減は困難であった。   Further, in the method of firing while applying a load as disclosed in Patent Documents 4 and 5, if a load is applied excessively in order to further reduce the occurrence of waviness and warpage, the sheet is cracked or cracked. Since the problem of entering would occur, it was difficult to further reduce waviness and warpage.

そこで、うねり及び反りの発生をさらに低減できるセラミックシートの製造方法が求められている。特に、固体酸化物形燃料電池に用いられる電解質シートは、ScSZのような高価格材料からなるため、コスト低減のためにも、うねり及び反りの発生をさらに低減する必要があった。   Therefore, there is a demand for a method for manufacturing a ceramic sheet that can further reduce the occurrence of swell and warpage. In particular, since the electrolyte sheet used in the solid oxide fuel cell is made of a high-priced material such as ScSZ, it is necessary to further reduce the occurrence of swell and warp in order to reduce the cost.

本発明は、シートの破損を抑制しつつ、且つ従来の方法を用いた場合よりもシートに発生するうねり及び反りを低減できる、燃料電池用電解質シートの製造方法を提供することを課題とする。   This invention makes it a subject to provide the manufacturing method of the electrolyte sheet for fuel cells which can reduce the wave | undulation and curvature which generate | occur | produce in a sheet | seat compared with the case where the conventional method is used, suppressing the breakage | damage of a sheet | seat.

上記の課題を解決するために、本発明者は、電解質シートに発生するうねり及び反りについて検討を行い、うねり及び反り(特にうねり)はセラミックの本来の焼成温度で焼成する時よりも、この焼成温度よりも低い温度域で熱処理を行う時(例えば、グリーンシートの脱脂工程中等)に発生しやすいこと、さらにうねり及び反りを低減するための効果的な荷重のかけ方を見出し、以下の本発明の製造方法を完成するに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has studied the swell and warp generated in the electrolyte sheet, and the swell and warp (especially swell) are more than this when firing at the original firing temperature of the ceramic. It is easy to occur when heat treatment is performed in a temperature range lower than the temperature (for example, during the degreasing process of the green sheet), and further find out how to apply an effective load for reducing waviness and warpage. The production method was completed.

本発明の燃料電池用電解質シートの製造方法は、
(I)セラミックセッター上に、最下層及び最上層にセラミック多孔質スペーサが配置されるように、セラミック多孔質スペーサとジルコニア系グリーンシートとを交互に積み重ねて、前記セラミック多孔質スペーサと前記グリーンシートとからなる積層体を配置する工程と、
(II)前記積層体中の前記グリーンシートにかかる荷重が0.1〜3.0g/cm2の範囲内となるように、前記積層体の最上層に配置された前記セラミック多孔質スペーサ上に重しを載置して、前記積層体中の前記グリーンシートを1000〜1300℃の温度で焼成して電解質シート前駆体を作製する工程と、
(III)前記工程(II)の後に、前記積層体中の前記電解質シート前駆体にかかる荷重が3.0〜80.0g/cm2の範囲内となるように、前記積層体の最上層に配置された前記セラミック多孔質スペーサ上に重しを載置して、前記積層体中の前記電解質シート前駆体を1350〜1500℃の温度で焼成する工程と、
を含む。
The method for producing an electrolyte sheet for a fuel cell according to the present invention includes:
(I) On the ceramic setter, the ceramic porous spacer and the zirconia green sheet are alternately stacked so that the ceramic porous spacer is disposed in the lowermost layer and the uppermost layer, and the ceramic porous spacer and the green sheet are stacked. A step of arranging a laminate comprising:
(II) On the ceramic porous spacer disposed in the uppermost layer of the laminate so that the load applied to the green sheet in the laminate is in the range of 0.1 to 3.0 g / cm 2. Placing a weight, and firing the green sheet in the laminate at a temperature of 1000 to 1300 ° C. to produce an electrolyte sheet precursor;
(III) After the step (II), on the uppermost layer of the laminate so that the load applied to the electrolyte sheet precursor in the laminate is in the range of 3.0 to 80.0 g / cm 2. Placing a weight on the disposed ceramic porous spacer and firing the electrolyte sheet precursor in the laminate at a temperature of 1350-1500 ° C .;
including.

本発明の燃料電池用電解質シートの製造方法によれば、シートの破損を抑制しつつ、従来の方法と比較してシートに発生するうねり及び反りを低減できる。すなわち、本発明の燃料電池用電解質シートの製造方法によれば、高い生産性を維持しながら、高品質の電解質シートを提供できる。   According to the method for producing an electrolyte sheet for a fuel cell of the present invention, it is possible to reduce waviness and warpage generated in the sheet as compared with the conventional method while suppressing damage to the sheet. That is, according to the method for producing an electrolyte sheet for fuel cells of the present invention, a high-quality electrolyte sheet can be provided while maintaining high productivity.

以下、本発明の実施の形態について、具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.

本実施の形態における燃料電池用電解質シートの製造方法は、
(I)セラミックセッター上に、最下層及び最上層にセラミック多孔質スペーサが配置されるように、セラミック多孔質スペーサとジルコニア系グリーンシートとを交互に積み重ねて、前記セラミック多孔質スペーサと前記グリーンシートとからなる積層体を配置する工程と、
(II)前記積層体中の前記グリーンシートにかかる荷重が0.1〜3.0g/cm2の範囲内となるように、前記積層体の最上層に配置された前記セラミック多孔質スペーサ上に重しを載置して、前記積層体中の前記グリーンシートを1000〜1300℃の温度で焼成して電解質シート前駆体を作製する工程と、
(III)前記工程(II)の後に、前記積層体中の前記電解質シート前駆体にかかる荷重が3.0〜80.0g/cm2の範囲内となるように、前記積層体の最上層に配置された前記セラミック多孔質スペーサ上に重しを載置して、前記積層体中の前記電解質シート前駆体を1350〜1500℃の温度で焼成する工程と、
を含む。なお、工程(II)において1000〜1300℃の温度で焼成するとは、焼成時の最高温度が1000〜1300℃の範囲内であるということであり、工程(III)において1350〜1500℃の温度で焼成するとは、焼成時の最高温度が1350〜1500℃の範囲内であるということである。
The manufacturing method of the fuel cell electrolyte sheet in the present embodiment,
(I) On the ceramic setter, the ceramic porous spacer and the zirconia green sheet are alternately stacked so that the ceramic porous spacer is disposed in the lowermost layer and the uppermost layer, and the ceramic porous spacer and the green sheet are stacked. A step of arranging a laminate comprising:
(II) On the ceramic porous spacer disposed in the uppermost layer of the laminate so that the load applied to the green sheet in the laminate is in the range of 0.1 to 3.0 g / cm 2. Placing a weight, and firing the green sheet in the laminate at a temperature of 1000 to 1300 ° C. to produce an electrolyte sheet precursor;
(III) After the step (II), on the uppermost layer of the laminate so that the load applied to the electrolyte sheet precursor in the laminate is in the range of 3.0 to 80.0 g / cm 2. Placing a weight on the disposed ceramic porous spacer and firing the electrolyte sheet precursor in the laminate at a temperature of 1350-1500 ° C .;
including. Note that firing at a temperature of 1000 to 1300 ° C. in step (II) means that the maximum temperature during firing is in the range of 1000 to 1300 ° C., and at a temperature of 1350 to 1500 ° C. in step (III). Firing means that the maximum temperature during firing is in the range of 1350-1500 ° C.

まず、工程(I)で用いられるジルコニア系グリーンシートについて説明する。本実施の形態の製造方法において用いられるジルコニア系グリーンシートは、例えば、ジルコニア系原料粉末に、バインダー及び溶剤を添加し、さらに必要に応じて分散剤、可塑剤、潤滑剤及び消泡剤等を添加してスラリーを調製し、このスラリーをシート状に成形して乾燥させることによって得ることができる。ジルコニア系原料粉末としては、MgO、CaO、SrO及びBaO等のアルカリ土類金属酸化物;Sc23、Y23、La23、CeO2、Pr23、Nd23、Sm23、Eu23、Gd23、Tb23、Dy23、Ho23、Er23及びYb23等の希土類元素酸化物;及び、Bi23及びIn23等の酸化物、から選択される1種もしくは2種以上を、安定化剤として含有するジルコニアの粉末を例示できる。さらに、その他の添加剤として、SiO2、Ge23、B23、SnO2、Ta25及びNb25から選択される何れかの酸化物が含まれていてもよい。これらの中でも、より高レベルの酸素イオン伝導性、強度及び靭性を確保する上で好ましいのは、スカンジア、イットリア、セリア及びイッテルビアからなる群から選択される少なくとも何れか1種を安定化剤として含む、安定化ジルコニアである。安定化ジルコニア全体における安定化剤の含有量は、スカンジアで4〜12モル%、イットリアで3〜10モル%、セリアで0.5〜2モル%、イッテルビアで4〜15モル%である。結晶系は正方晶系であってもよいし立方晶系であってもよいが、スカンジアを含むジルコニアの場合、スカンジアの含有量が多くなると結晶系が菱面体晶に転移することがあるので、結晶系を立方晶系に安定化するために、第三成分としてセリアやアルミナ等を加えてもよい。以下、例えば、4モル%のスカンジアで安定化されたジルコニア(「4モル%のスカンジアを安定化剤として含むジルコニア」という意味。以下、同様の表現を同様の意味で用いる。)を4ScSZ、10モル%のスカンジア及び1モル%のセリアで安定化されたジルコニアを10Sc1CeSZ、8モル%のイットリアで安定化されたジルコニアを8YSZと表記する。 First, the zirconia green sheet used in step (I) will be described. The zirconia green sheet used in the manufacturing method of the present embodiment is, for example, a binder and a solvent are added to the zirconia raw material powder, and a dispersant, a plasticizer, a lubricant, an antifoaming agent, etc. are added as necessary. It can be obtained by adding to prepare a slurry, molding the slurry into a sheet and drying. Examples of the zirconia-based raw material powder include alkaline earth metal oxides such as MgO, CaO, SrO and BaO; Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Pr 2 O 3 and Nd 2 O 3. Rare earth element oxides such as Sm 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 and Yb 2 O 3 ; and Bi Examples thereof include zirconia powder containing one or more selected from oxides such as 2 O 3 and In 2 O 3 as a stabilizer. Further, as other additives, any oxide selected from SiO 2 , Ge 2 O 3 , B 2 O 3 , SnO 2 , Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5 may be contained. Among these, in order to ensure a higher level of oxygen ion conductivity, strength and toughness, at least one selected from the group consisting of scandia, yttria, ceria and ytterbia is included as a stabilizer. , Stabilized zirconia. The content of the stabilizer in the entire stabilized zirconia is 4 to 12 mol% for scandia, 3 to 10 mol% for yttria, 0.5 to 2 mol% for ceria, and 4 to 15 mol% for ytterbia. The crystal system may be a tetragonal system or a cubic system, but in the case of zirconia containing scandia, if the scandia content increases, the crystal system may transition to rhombohedral crystals. In order to stabilize the crystal system into a cubic system, ceria, alumina or the like may be added as a third component. Hereinafter, for example, zirconia stabilized with 4 mol% of scandia (meaning “zirconia containing 4 mol% of scandia as a stabilizer”. Hereinafter, the same expression is used in the same sense.) 4ScSZ, 10 Zirconia stabilized with mol% scandia and 1 mol% ceria is denoted as 10Sc1CeSZ, and zirconia stabilized with 8 mol% yttria is denoted as 8YSZ.

本実施の形態で用いられるジルコニア系グリーンシートは、以上のようなジルコニア系原料粉末を用いて作製されるものであり、スカンジア、イットリア、セリア及びイットリビアからなる群から選択される少なくともいずれか1種を含むジルコニア系シートであることが好ましい。また、本実施の形態の製造方法は、スカンジアを含むジルコニア系グリーンシートに対してより効果を得やすい(うねり及び反りを低減しやすい)ので、スカンジア安定化ジルコニアの粉末や、スカンジア−セリア安定化ジルコニアの粉末等が、ジルコニア系原料粉末として好適に用いられる。例えばスカンジア安定化ジルコニアは、イットリア安定化ジルコニアに比べて、焼成時の最高温度が20〜60℃低い温度であっても、理論密度に対するアルキメデス法で測定した電解質シート密度は、いずれも98%以上でほぼ同等となる傾向を有する。このことから、スカンジア安定化ジルコニアは、イットリア安定化ジルコニアと比較して、熱に対してより敏感で反応性が高い特性を有していると判断される。このような理由から、スカンジアを含むジルコニア系グリーンシートは、本実施の形態の製造方法における工程(III)の焼成によって、うねり及び反りが矯正されやすいと推察される。   The zirconia green sheet used in the present embodiment is produced using the zirconia raw material powder as described above, and is at least one selected from the group consisting of scandia, yttria, ceria, and yttria. A zirconia-based sheet containing seeds is preferable. In addition, since the manufacturing method of the present embodiment is easier to obtain effects on zirconia-based green sheets containing scandia (easily reduces swell and warpage), scandia-stabilized zirconia powder and scandia-ceria stabilization Zirconia powder or the like is preferably used as the zirconia-based raw material powder. For example, scandia-stabilized zirconia has an electrolyte sheet density measured by the Archimedes method with respect to the theoretical density of 98% or more even when the maximum temperature during firing is 20 to 60 ° C. lower than yttria-stabilized zirconia. Tend to be almost equivalent. From this, it is judged that scandia-stabilized zirconia has characteristics that are more sensitive to heat and more reactive than yttria-stabilized zirconia. For these reasons, it is presumed that the zirconia green sheet containing scandia is likely to be corrected for waviness and warpage by firing in step (III) in the production method of the present embodiment.

グリーンシートの作製に用いられるバインダーの種類には制限がなく、従来の電解質シートの製造方法で公知となっている有機バインダーの中から適宜選択できる。有機バインダーとしては、エチレン系共重合体、スチレン系共重合体、アクリレート系及びメタクリレート系共重合体、酢酸ビニル系共重合体、マレイン酸系共重合体、ビニルアセタール系樹脂、ビニルホルマール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ビニルアルコール系樹脂、エチルセルロース等のセルロース類及びワックス類等が例示される。これらの中でもグリーンシートの成形性や強度、特に量産のために大量焼成するときの熱分解性などの点から、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等の炭素数10以下のアルキル基を有するアルキルアクリレート類;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ドデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート等の炭素数20以下のアルキル基を有するアルキルメタクリレート類;ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート等のヒドロキシアルキル基を有するヒドロキシアルキルアクリレート又はヒドロキシアルキルメタクリレート類;ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート等のアミノアルキルアクリレート又はアミノアルキルメタクリレート類;(メタ)アクリル酸、マレイン酸、モノイソプロピルマレート等のマレイン酸半エステル等のカルボキシル基含有モノマー等の中から少なくとも1種を重合又は共重合させることによって得られるポリマーが好ましく使用される。   There is no restriction | limiting in the kind of binder used for preparation of a green sheet, It can select suitably from the organic binders well-known with the manufacturing method of the conventional electrolyte sheet. Organic binders include ethylene copolymers, styrene copolymers, acrylate and methacrylate copolymers, vinyl acetate copolymers, maleic acid copolymers, vinyl acetal resins, vinyl formal resins, polyvinyl Examples include butyral resin, vinyl alcohol resin, celluloses such as ethyl cellulose, and waxes. Among these, green acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, butyl acrylate, isobutyl acrylate, cyclohexyl acrylate, and 2-ethylhexyl from the viewpoints of green sheet moldability and strength, especially thermal decomposability when mass-fired for mass production. Alkyl acrylates having an alkyl group having 10 or less carbon atoms such as acrylates; 20 or less carbon atoms such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, dodecyl methacrylate, lauryl methacrylate Alkyl methacrylates having the following alkyl groups: hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate Hydroxyalkyl acrylates or hydroxyalkyl methacrylates having a hydroxyalkyl group such as relate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl methacrylate; aminoalkyl acrylates or aminoalkyl methacrylates such as dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate; (meth) acrylic acid A polymer obtained by polymerizing or copolymerizing at least one of monomers containing a carboxyl group such as maleic acid half ester such as maleic acid and monoisopropylmalate is preferably used.

グリーンシートの作製に用いられる溶剤の種類には制限がなく、従来の電解質シートの製造方法で公知となっている溶剤の中から適宜選択できる。例えば、炭素数が2〜4のエタノール、イソプロパノール、n−ブタノール等のアルキルアルコール;1−ヘキサノール等のアルコール類;アセトン、2−ブタノン等のケトン類;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等の酢酸エステル類、等の中から適宜選択した溶剤を使用できる。これらの溶剤は、単独で使用してもよいし、2種以上を適宜混合して使用してもよい。   There is no restriction | limiting in the kind of solvent used for preparation of a green sheet, It can select suitably from the solvents well-known with the manufacturing method of the conventional electrolyte sheet. For example, alkyl alcohols having 2 to 4 carbon atoms such as ethanol, isopropanol and n-butanol; alcohols such as 1-hexanol; ketones such as acetone and 2-butanone; aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane and heptane Solvents appropriately selected from: aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene and ethylbenzene; acetic esters such as methyl acetate, ethyl acetate and butyl acetate can be used. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

必要に応じて用いられる分散剤、可塑剤、潤滑剤及び消泡剤には、従来の製造方法で電解質シートを製造する際に用いられる公知の分散剤、可塑剤、潤滑剤及び消泡剤を、それぞれ用いることができる。   Dispersants, plasticizers, lubricants and antifoaming agents used as necessary include known dispersants, plasticizers, lubricants and antifoaming agents used in the production of electrolyte sheets by conventional production methods. , Can be used respectively.

ジルコニア系原料粉末、バインダー及び溶剤等を混合して作製されたスラリーを、通常の方法、例えばドクターブレード法、押出成形法又はカレンダーロール法等によりシート状に成形し、乾燥させて、所定の形状に切断することによって、ジルコニア系グリーンシートを作製できる。グリーンシートの大きさ及び厚さは、目的とする電解質シートの大きさ及び厚さと、焼成による収縮率とから求められる。本実施の形態の製造方法で用いられるグリーンシートは、最終的に得られる電解質シートが50〜1000cm2の面積を有し、且つ0.05〜0.5mmの厚さを有するように、大きさ及び厚さを有することが好ましい。 A slurry prepared by mixing zirconia-based raw material powder, a binder, a solvent, and the like is formed into a sheet shape by a normal method, for example, a doctor blade method, an extrusion molding method, or a calendar roll method, and dried to a predetermined shape. By cutting into zirconia, a zirconia green sheet can be produced. The size and thickness of the green sheet are determined from the size and thickness of the target electrolyte sheet and the shrinkage rate due to firing. The green sheet used in the manufacturing method of the present embodiment is sized so that the finally obtained electrolyte sheet has an area of 50 to 1000 cm 2 and a thickness of 0.05 to 0.5 mm. And having a thickness.

グリーンシートの形状は、電解質シートが適用される固体酸化物形燃料電池の形状に応じて適宜決定されればよいため、特に制限されない。   The shape of the green sheet is not particularly limited because it may be appropriately determined according to the shape of the solid oxide fuel cell to which the electrolyte sheet is applied.

セラミックセッター上に、最下層及び最上層にセラミック多孔質スペーサが配置されるように、セラミック多孔質スペーサと、上記のように作製されたグリーンシートとを交互に積み重ねて、セラミック多孔質スペーサとグリーンシートとからなる積層体を配置する。積み重ねられるグリーンシートの枚数は、その寸法にもよるが、例えば2〜20枚であり、好ましくは4〜12枚である。なお、セラミックセッター及びセラミック多孔質スペーサには、電解質シートを作製する際に一般的に用いられる、公知のセラミックセッター及びセラミック多孔質スペーサが使用できる。   On the ceramic setter, the ceramic porous spacer and the green sheet produced as described above are alternately stacked so that the ceramic porous spacer is disposed in the lowermost layer and the uppermost layer, and the ceramic porous spacer and the green are stacked. A laminate composed of a sheet is disposed. The number of green sheets to be stacked is, for example, 2 to 20 sheets, preferably 4 to 12 sheets, depending on the dimensions. As the ceramic setter and the ceramic porous spacer, known ceramic setters and ceramic porous spacers that are generally used when producing an electrolyte sheet can be used.

本実施の形態の製造方法において用いられるセラミック多孔質スペーサは、アルミナ、ジルコニア及びムライトからなる群から選択される少なくともいずれか1種を含む多孔質体からなることが好ましい。これらは、耐クリープ性及び耐スポーリング性に優れており、高温雰囲気下でジルコニアとの反応性が低いためである。   The ceramic porous spacer used in the manufacturing method of the present embodiment is preferably made of a porous body containing at least one selected from the group consisting of alumina, zirconia and mullite. This is because they are excellent in creep resistance and spalling resistance and have low reactivity with zirconia in a high temperature atmosphere.

セラミック多孔質スペーサの気孔率は、30%以上70%以下が好ましい。セラミック多孔質スペーサがこのような気孔率を有することにより、セラミック多孔質スペーサとジルコニア系グリーンシートとを交互に積み重ねた状態でジルコニア系グリーンシートを焼成する際に、バインダー、可塑剤及び分散剤等の有機成分の熱分解によって生成するガス成分を速やかに外部に放出させて脱脂効果を促進できるからである。気孔率が30%未満である多孔質スペーサを使用すると、通気性の低下によって有機成分の燃焼及び有機成分分解ガスの放出が不十分となり、積層体上に重しを載置しても、電解質シートに発生するうねり及び反りの高さが大きく、且つ多くなり、クラックや割れが生じる原因になる。一方、気孔率が70%を超える多孔質スペーサを使用すると、有機成分の燃焼及び有機成分分解ガスの効率的な放出が行われてうねり及び反りの発生は低減されるが、多孔質スペーサ自体の強度が不十分となるため、ハンドリング性が著しく低下して複数回の使用に耐えられなくなる他、多孔質スペーサ表面の平滑性も悪くなって電解質シートにクラックや割れが生じやすくなる等の問題が生じる。多孔質スペーサのより好ましい気孔率は35%以上65%以下であり、さらに好ましい気孔率は40%以上60%以下である。   The porosity of the ceramic porous spacer is preferably 30% or more and 70% or less. When the ceramic porous spacer has such a porosity, when firing the zirconia green sheet in a state where the ceramic porous spacer and the zirconia green sheet are alternately stacked, a binder, a plasticizer, a dispersant, etc. This is because the gas component produced by the thermal decomposition of the organic component can be promptly released to the outside and the degreasing effect can be promoted. When a porous spacer having a porosity of less than 30% is used, combustion of organic components and release of organic component decomposition gas become insufficient due to a decrease in air permeability, and even if a weight is placed on the laminate, the electrolyte The height of waviness and warpage generated in the sheet is large and large, which causes cracks and cracks. On the other hand, when a porous spacer having a porosity of more than 70% is used, combustion of the organic component and efficient release of the organic component decomposition gas are performed to reduce the occurrence of swell and warp. Since the strength is insufficient, the handling property is remarkably lowered and it cannot be used multiple times, and the smoothness of the surface of the porous spacer is also deteriorated so that the electrolyte sheet is likely to be cracked or cracked. Arise. A more preferable porosity of the porous spacer is 35% or more and 65% or less, and a more preferable porosity is 40% or more and 60% or less.

なお、ここでいう気孔率とは、JIS R2205の「耐火れんがの見掛気孔率の測定方法」に準拠して求められる気孔率のことである。試料の見掛気孔率(P0)は、乾燥試料の質量(W1)、飽水試料の水中の質量(W2)、飽水試料の質量(W3)から、下記式(1)で算出される。
0={(W3−W1)/(W3−W2)}×100 ・・・(1)
In addition, the porosity here is the porosity calculated | required based on "The measuring method of the apparent porosity of a refractory brick" of JISR2205. The apparent porosity (P 0 ) of the sample is expressed by the following formula (1) from the mass of the dry sample (W 1 ), the mass of the saturated sample in water (W 2 ), and the mass of the saturated sample (W 3 ). Calculated.
P 0 = {(W 3 −W 1 ) / (W 3 −W 2 )} × 100 (1)

また、多孔質スペーサの厚さが100μm未満では、気孔率が上記の好ましい範囲内であっても多孔質スペーサ自体のハンドリング強度が十分でなく、一方、厚さが500μmを超えると、ハンドリング強度は十分であるがジルコニア系グリーンシートからの有機成分分解ガスが効率良く放散されにくくなり、電解質シートにうねり及び反りが発生しやすくなる。多孔質スペーサのより好ましい厚さは120μm以上400μm以下であり、さらに好ましい厚さは150μm以上350μm以下である。   Also, if the thickness of the porous spacer is less than 100 μm, the handling strength of the porous spacer itself is not sufficient even if the porosity is within the above preferred range, while if the thickness exceeds 500 μm, the handling strength is Although sufficient, the organic component decomposition gas from the zirconia green sheet is less likely to be efficiently diffused, and undulation and warpage are likely to occur in the electrolyte sheet. A more preferable thickness of the porous spacer is 120 μm or more and 400 μm or less, and a more preferable thickness is 150 μm or more and 350 μm or less.

多孔質スペーサの面積及び形状は、目的とする電解質シートの面積及び形状から特定されるジルコニア系グリーンシートの面積及び形状に基づいて決定される。したがって、多孔質スペーサの形状は、焼成するグリーンシートの形状と相似形であることが好ましく、円形、楕円形、角形又はR(アール)を持った角形等、いずれでもよく、これらの形状内に円形、楕円形、角形又はR(アール)を持った角形等の穴を有するものであってもよい。   The area and shape of the porous spacer are determined based on the area and shape of the zirconia green sheet specified from the area and shape of the target electrolyte sheet. Accordingly, the shape of the porous spacer is preferably similar to the shape of the green sheet to be fired, and may be any of a circular shape, an elliptical shape, a square shape, a square shape having R (R), and the like. It may have a hole such as a circle, an ellipse, a square, or a square having R (R).

ジルコニア系グリーンシートは、多孔質スペーサと交互に積み重ねられた状態で焼成されるので、ジルコニア系グリーンシートにかかる荷重が均一になるようにする必要がある。そのためには、多孔質スペーサの面積は、ジルコニア系グリーンシートの面積よりも若干大きく、且つジルコニア系グリーンシートが多孔質スペーサの周縁からはみ出ないようにすることが好ましい。具体的には、ジルコニア系グリーンシートの周縁から多孔質スペーサがはみ出る寸法は、0.5〜5mmの範囲が好ましく、さらに好ましくは1〜3mm、特に好ましくは1〜2mmの範囲内である。そのための多孔質スペーサの好ましい面積は80cm2以上500cm2以下であり、より好ましい面積は100cm2以上400cm2以下となる。なお、多孔質スペーサの面積とは、スペーサに穴が設けられている場合は、当該穴の面積を含んだ多孔質スペーサ表面の面積(外形によって決定される面積)を意味する。 Since the zirconia green sheets are fired in a state where they are alternately stacked with the porous spacers, it is necessary to make the load applied to the zirconia green sheets uniform. For this purpose, it is preferable that the area of the porous spacer is slightly larger than the area of the zirconia green sheet and that the zirconia green sheet does not protrude from the periphery of the porous spacer. Specifically, the dimension in which the porous spacer protrudes from the periphery of the zirconia green sheet is preferably in the range of 0.5 to 5 mm, more preferably in the range of 1 to 3 mm, and particularly preferably in the range of 1 to 2 mm. Preferred areas of porous spacers therefor is a 80 cm 2 or more 500 cm 2 or less, and more preferably the area is a 100 cm 2 or more 400 cm 2 or less. In addition, the area of a porous spacer means the area (area determined by the external shape) of the porous spacer surface including the area of the said hole, when the hole is provided in the spacer.

本実施の形態の製造方法において用いられるセラミックセッターは、一般に、主に電子部品やガラスの焼成に使用されるセラミック製の焼成用治具のことであり、棚板や敷板とも呼ばれる。本実施の形態で用いられるセラミックセッターは、アルミナ、シリカ、マグネシア及びジルコニア等の酸化物、及び/又は、コージェライト、ジルコン及びムライト等の複合酸化物を含み、厚さが5〜30mm程度で、一辺が150〜400mm程度の平板状であり、セラミック多孔質スペーサが載置される敷板であることが好ましい。   The ceramic setter used in the manufacturing method of the present embodiment is generally a ceramic firing jig mainly used for firing electronic parts and glass, and is also called a shelf board or a floor board. The ceramic setter used in the present embodiment includes oxides such as alumina, silica, magnesia and zirconia, and / or composite oxides such as cordierite, zircon and mullite, and has a thickness of about 5 to 30 mm. A flat plate having a side of about 150 to 400 mm and a ceramic porous spacer placed thereon is preferable.

次に、セラミックセッター上に配置された積層体中のグリーンシートに対して、前焼成(工程(II)における焼成)を施す。このとき、積層体中のグリーンシートにかかる荷重が0.1〜3.0g/cm2の範囲内となるように、積層体の最上層に配置されたセラミック多孔質スペーサ上に重しを載置する。重しには、例えば板状又はブロック状の多孔質セラミックが使用される。重しによってグリーンシートにかけられる荷重は、セラミック多孔質スペーサの重量によってグリーンシートにかけられる荷重も考慮して、適宜調整される。すなわち、積層体中のグリーンシートにかかる、セラミック多孔質スペーサによる荷重と、重しによる荷重との合計が、0.1〜3.0g/cm2の範囲内となるように調整する。前焼成における焼成温度は、1000〜1300℃の範囲内とする。 Next, pre-firing (firing in step (II)) is performed on the green sheet in the laminate disposed on the ceramic setter. At this time, a weight is placed on the ceramic porous spacer disposed in the uppermost layer of the laminate so that the load applied to the green sheet in the laminate is in the range of 0.1 to 3.0 g / cm 2. Put. For the weight, for example, a plate-like or block-like porous ceramic is used. The load applied to the green sheet by the weight is appropriately adjusted in consideration of the load applied to the green sheet by the weight of the ceramic porous spacer. That is, the total of the load due to the ceramic porous spacer and the load due to the weight applied to the green sheet in the laminate is adjusted to be in the range of 0.1 to 3.0 g / cm 2 . The firing temperature in the pre-firing is in the range of 1000 to 1300 ° C.

上記のような荷重条件及び温度条件の下で前焼成を行うことにより、後の本焼成(工程(III)における焼成)の荷重条件に適したジルコニア系の電解質シート前駆体が得られる。すなわち、後の本焼成において、前焼成で電解質シート前駆体に生じたうねり及び反りを矯正し、さらに、本焼成によってうねり及び反りが発生することを抑制するために、高荷重をかけて焼成を行った場合でも、その高荷重に耐え得る強度を備えた電解質シート前駆体を得ることができる。さらに、このような荷重条件及び温度条件の下で前焼成を行うことにより、前焼成による電解質シート前駆体の割れ及びクラックの発生も生じにくい。   By performing pre-baking under the above load conditions and temperature conditions, a zirconia-based electrolyte sheet precursor suitable for the load conditions of the subsequent main baking (firing in step (III)) is obtained. That is, in the subsequent main firing, in order to correct the waviness and warpage generated in the electrolyte sheet precursor in the pre-firing, and to suppress the occurrence of waviness and warpage due to the main firing, firing is performed under a high load. Even when it is carried out, an electrolyte sheet precursor having a strength capable of withstanding the high load can be obtained. Furthermore, by performing pre-baking under such load conditions and temperature conditions, cracking of the electrolyte sheet precursor and generation of cracks due to pre-baking are less likely to occur.

前焼成時にグリーンシートにかけられる荷重は、好ましくは0.15g/cm2以上、より好ましくは0.2g/cm2以上であり、また、好ましくは2.75g/cm2以下、より好ましくは2.5g/cm2以下である。前焼成時の焼成温度は、好ましくは1020℃以上、より好ましくは1050℃以上であり、また、好ましくは1280℃以下、より好ましくは1250℃以下である。このような荷重条件及び温度条件とすることにより、前焼成によって電解質シート前駆体に発生する割れ及びクラックをより確実に抑制でき、さらに、前焼成で生じるうねり及び反りを後の本焼成によってより確実に矯正できる。 Load applied to the green sheet before the time of firing, preferably 0.15 g / cm 2 or more, more preferably 0.2 g / cm 2 or more, preferably 2.75 g / cm 2 or less, more preferably 2. 5 g / cm 2 or less. The firing temperature at the time of pre-baking is preferably 1020 ° C. or more, more preferably 1050 ° C. or more, and preferably 1280 ° C. or less, more preferably 1250 ° C. or less. By setting such a load condition and temperature condition, it is possible to more reliably suppress cracks and cracks generated in the electrolyte sheet precursor by pre-firing, and furthermore, undulation and warpage generated by pre-firing can be more reliably performed by subsequent post-firing. Can be corrected.

前焼成の後、セラミックセッター上の積層体に対して本焼成を行う。本焼成は、前焼成時の積層体を組み替えることなく、前焼成からの積層状態を維持したまま連続して行われる。ただし、積層体中の電解質シート前駆体にかかる荷重が3.0〜80.0g/cm2の範囲内となるように、積層体の最上層に配置された前記セラミック多孔質スペーサ上に重しを載置する。本焼成における焼成温度は、1350〜1500℃の範囲内とする。 After pre-baking, main baking is performed with respect to the laminated body on a ceramic setter. The main firing is continuously performed while maintaining the laminated state from the pre-firing without changing the laminate at the time of pre-firing. However, the load applied to the electrolyte sheet precursor in the laminate is overlaid on the ceramic porous spacer disposed in the uppermost layer of the laminate so that the load is in the range of 3.0 to 80.0 g / cm 2. Is placed. The firing temperature in the main firing is in the range of 1350 to 1500 ° C.

このような荷重条件及び温度条件の下で本焼成を行うことにより、前焼成で電解質シート前駆体に生じたうねり及び反りを矯正し、且つ本焼成によるうねり及び反りの発生を抑制できる。さらに、このような荷重条件及び温度条件の下で本焼成を行うことにより、本焼成によって得られる電解質シートの割れ及びクラックの発生も生じにくい。   By performing the main firing under such load conditions and temperature conditions, it is possible to correct the waviness and warpage generated in the electrolyte sheet precursor by the pre-firing, and to suppress the occurrence of waviness and warpage due to the main firing. Furthermore, by performing the main baking under such load conditions and temperature conditions, the electrolyte sheet obtained by the main baking is less likely to be cracked and cracked.

本焼成時に電解質シート前駆体にかけられる荷重は、好ましくは5.3g/cm2以上、より好ましくは6.0g/cm2以上であり、また、好ましくは70.0g/cm2以下、より好ましくは60.0g/cm2以下である。本焼成時に電解質シート前駆体にかける荷重は、前焼成時の荷重よりも高いことが望ましい。前焼成時の荷重と本焼成時の荷重とをこのような関係とすることで、前焼成によって発生した電解質シート前駆体のうねり及び反りを、本焼成によってより効果的に矯正することができる。前焼成時の焼成温度は、好ましくは1370℃以上、より好ましくは1390℃以上であり、また、好ましくは1480℃以下、より好ましくは1450℃以下である。このような荷重条件及び温度条件とすることにより、本焼成によって得られる電解質シートの割れ及びクラックの発生をさらに抑制し、且つ前焼成で生じたうねり及び反りをより確実に矯正できる。 The load applied to the electrolyte sheet precursor during the main firing is preferably 5.3 g / cm 2 or more, more preferably 6.0 g / cm 2 or more, and preferably 70.0 g / cm 2 or less, more preferably 60.0 g / cm 2 or less. It is desirable that the load applied to the electrolyte sheet precursor during the main firing is higher than the load during the pre-firing. By setting the load at the time of pre-firing and the load at the time of pre-firing as such a relationship, the swell and warpage of the electrolyte sheet precursor generated by the pre-firing can be more effectively corrected by the main firing. The firing temperature at the time of pre-baking is preferably 1370 ° C. or more, more preferably 1390 ° C. or more, and preferably 1480 ° C. or less, more preferably 1450 ° C. or less. By setting it as such load conditions and temperature conditions, generation | occurrence | production of the crack of an electrolyte sheet obtained by this baking and a crack can be suppressed further, and the wave | undulation and curvature which arose by pre-baking can be corrected more reliably.

本焼成後に得られた焼結シートは、うねり及び反りが低減された、平坦性に優れているシートであり、固体酸化物形燃料電池の電解質シートとして利用される。   The sintered sheet obtained after the main firing is a sheet having excellent flatness with reduced waviness and warpage, and is used as an electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell.

次に、本発明について、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例によって何ら限定されるものではない。   Next, the present invention will be specifically described using examples. In addition, this invention is not limited at all by the Example shown below.

<ジルコニア系グリーンシートの作製方法>
[スカンジア部分安定化ジルコニア(4ScSZ)のグリーンシート]
市販のスカンジア部分安定化ジルコニア(4ScSZ)(以下、「4ScSZ」と記載する。)粉末(第一稀元素化学工業株式会社製、商品名「4ScSZ」、平均粒径:0.6μm)100質量部に対して、メタクリレート系共重合体からなるバインダー(分子量:1000000、ガラス転移温度:−8℃、固形分濃度:50質量%)を固形分換算で15質量部、分散剤としてソルビタン酸トリオレート2質量部、可塑剤としてジブチルフタレート3質量部、溶剤としてトルエン/イソプロパノール混合溶剤(質量比:3/2)50質量部を、ジルコニアボールが装入されたナイロンポケットに入れ、35時間混練して4ScSZスラリーを調製した。得られたスラリーを、碇型の攪拌機を備えた内容積50Lのジャケット付丸底円筒型減圧脱法容器へ移し、攪拌機を30rpmの速度で回転させながら、ジャケット温度40℃として減圧下(約4〜21kPa)で濃縮脱泡して粘度を5Pa・sに調整し、塗工用スラリーとした。この塗工用スラリーを塗工装置のスラリーダムに移し、ドクターブレード法によってポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に塗工し、塗工部に続く乾燥部(50℃、80℃及び110℃の3ゾーンを有する乾燥部)を0.4m/分の速度で通過させて乾燥させることにより、厚さ180μmの4ScSZグリーンシートを得た。このグリーンシートを切断して、直径が約118mmの円形の4ScSZグリーンシートを得た。
<Production method of zirconia green sheet>
[Green sheet of scandia partially stabilized zirconia (4ScSZ)]
Commercially available scandia partially stabilized zirconia (4ScSZ) (hereinafter referred to as “4ScSZ”) powder (trade name “4ScSZ”, average particle size: 0.6 μm, manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Co., Ltd.) 100 parts by mass On the other hand, a binder made of a methacrylate copolymer (molecular weight: 1000000, glass transition temperature: −8 ° C., solid content concentration: 50 mass%) is 15 mass parts in terms of solid content, and sorbitan acid trioleate 2 as a dispersant. 4 parts by weight of 3 parts by weight of dibutyl phthalate as a plasticizer and 50 parts by weight of a toluene / isopropanol mixed solvent (mass ratio: 3/2) as a solvent in a nylon pocket charged with zirconia balls and kneaded for 35 hours A slurry was prepared. The obtained slurry was transferred to a jacketed round bottom cylindrical vacuum depressurization vessel equipped with a bowl-shaped stirrer, and the jacket temperature was reduced to 30 ° C. while the stirrer was rotated at a speed of 30 rpm. The viscosity was adjusted to 5 Pa · s by concentration and defoaming at 21 kPa) to obtain a slurry for coating. This coating slurry is transferred to a slurry dam of a coating apparatus, coated on a polyethylene terephthalate (PET) film by a doctor blade method, and a drying section (3 zones at 50 ° C., 80 ° C. and 110 ° C.) following the coating portion. The 4ScSZ green sheet having a thickness of 180 μm was obtained by passing the dried part) at a rate of 0.4 m / min and drying. The green sheet was cut to obtain a circular 4ScSZ green sheet having a diameter of about 118 mm.

[イットリア部分安定化ジルコニア(8YSZ)のグリーンシート]
市販のイットリア部分安定化ジルコニア(8YSZ)(以下、「8YSZ」と記載する。)粉末(第一稀元素化学工業株式会社製、商品名「HSY−8」、平均粒径:0.4μm)を用いたこと以外は、4ScSZグリーンシートと同様の方法で8YSZグリーンシートを作製した。ただし、得られた8YSZグリーンシートの厚さは325μmであった。
[Green sheet of yttria partially stabilized zirconia (8YSZ)]
Commercially available yttria partially stabilized zirconia (8YSZ) (hereinafter referred to as “8YSZ”) powder (Daiichi Rare Element Chemical Industries, Ltd., trade name “HSY-8”, average particle size: 0.4 μm) An 8YSZ green sheet was produced in the same manner as the 4ScSZ green sheet except that it was used. However, the thickness of the obtained 8YSZ green sheet was 325 μm.

[スカンジア−セリア安定化ジルコニア(10Sc1CeSZ)グリーンシート]
市販のスカンジア−セリア安定化ジルコニア(10Sc1CeSZ)(以下、「10Sc1CeSZ」と記載する。)粉末(第一稀元素化学工業株式会社製、商品名「10Sc1CeSZ」、平均粒径:0.5μm)を用いたこと以外は、4ScSZグリーンシートと同様の方法で10Sc1CeSZグリーンシートを作製した。ただし、得られた10Sc1CeSZグリーンシートの厚さは300μmであった。
[Scandia-ceria stabilized zirconia (10Sc1CeSZ) green sheet]
Commercially available scandia-ceria stabilized zirconia (10Sc1CeSZ) (hereinafter referred to as “10Sc1CeSZ”) powder (manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Co., Ltd., trade name “10Sc1CeSZ”, average particle size: 0.5 μm) is used. A 10Sc1CeSZ green sheet was produced by the same method as that for the 4ScSZ green sheet except for the above. However, the thickness of the obtained 10Sc1CeSZ green sheet was 300 μm.

<セラミック多孔質スペーサの作製>
市販の低ソーダアルミナ粉末(昭和電工株式会社製、商品名「AL−13」、平均粒径:55μm)100質量部に対して、グリーンシートの作製時に用いた上記バインダー12質量部、上記分散剤1質量部、上記可塑剤2質量部及び上記溶剤35質量部を加え、さらに、気孔形成剤としてカーボンブラック10質量部を加えて、グリーンシート作製時と同様の方法でアルミナスラリーを調製した。このアルミナスラリーの粘度を、グリーンシート作製時と同様の方法で10Pa・sに調整して、塗工用スラリーとした。この塗工用スラリーを、グリーンシート作製時と同様の方法でPETフィルム上に塗工し、さらに乾燥させた。ただし、乾燥部の通過速度は0.8m/分であった。これにより、厚さ200μmのアルミナグリーンシートを得た。このアルミナグリーンシートを切断して、直径が約130mmの円形のアルミナグリーンシートを得た。
<Production of ceramic porous spacer>
12 parts by mass of the binder and the dispersant used in the production of the green sheet with respect to 100 parts by mass of commercially available low-soda alumina powder (manufactured by Showa Denko KK, trade name “AL-13”, average particle size: 55 μm) 1 part by mass, 2 parts by mass of the plasticizer and 35 parts by mass of the solvent were added, and 10 parts by mass of carbon black was added as a pore-forming agent to prepare an alumina slurry by the same method as that for producing the green sheet. The viscosity of the alumina slurry was adjusted to 10 Pa · s by the same method as that for producing the green sheet to obtain a coating slurry. This coating slurry was coated on a PET film by the same method as that for producing the green sheet, and further dried. However, the passing speed of the drying section was 0.8 m / min. Thereby, an alumina green sheet having a thickness of 200 μm was obtained. This alumina green sheet was cut to obtain a circular alumina green sheet having a diameter of about 130 mm.

切断された円形のアルミナグリーンシートを、表面が研磨されたアルミナ板上に載置し、その上に刷毛を用いてコーンスターチを均一に塗布した。その上に、さらに円形のアルミナグリーンシートを重ね合わせた。同様の操作を繰り返して、合計10枚のアルミナグリーンシートを、コーンスターチを介して重ね合わせた。その上に、さらに厚さ1.5mmのアルミナ板(三井金属工業株式以外社製、商品名「Y−1」、気孔率:約26%)を載置した。この状態で、大気雰囲気下で500℃にて脱脂を行い、その後1580℃で2時間焼成して、セラミック多孔質スペーサを得た。得られたスペーサは、厚さ180μm、直径120mm、気孔率55%、質量3.6gであった。   The cut circular alumina green sheet was placed on an alumina plate whose surface was polished, and corn starch was uniformly applied thereon using a brush. Further, a circular alumina green sheet was superposed thereon. The same operation was repeated, and a total of 10 alumina green sheets were superposed via corn starch. Furthermore, an alumina plate having a thickness of 1.5 mm (trade name “Y-1” manufactured by a company other than Mitsui Kinzoku Kogyo Co., Ltd., porosity: about 26%) was placed thereon. In this state, degreasing was performed at 500 ° C. in an air atmosphere, followed by firing at 1580 ° C. for 2 hours to obtain a ceramic porous spacer. The obtained spacer had a thickness of 180 μm, a diameter of 120 mm, a porosity of 55%, and a mass of 3.6 g.

<ジルコニア系グリーンシートの前焼成(本発明における工程(II)の焼成)>
300mm角セラミックセッターの上に、上記の方法で作製されたセラミック多孔質スペーサ及び4ScSZグリーンシートからなる積層体を配置した。具体的には、300mm角セラミックセッターの上にセラミック多孔質スペーサを4枚並べて載置し、それぞれの上に4ScSZグリーンシートを載置した。これら4ScSZグリーンシートそれぞれの上に、さらに、セラミック多孔質スペーサ及び4ScSZグリーンシートを交互に積み重ねて、最終的に、最下層及び最上層にセラミック多孔質スペーサが配置された、6枚のセラミック多孔質スペーサと5枚のグリーンシートとからなる4組の積層体をセラミックセッター上に配置した。積層体の最上層に位置するセラミック多孔質スペーサ上に、重しとして、ムライトとアルミナの結晶相を持つ多孔質ブロック(気孔率52%)を、表1に示された荷重となるように載置した。4組の積層体が配置されたセラミックセッター10枚(合計40組の積層体)を、コンベアベルト上に載置し、間口340mm、高さ20mm、前方が約500℃以下で温度設定可能な脱脂ゾーン、後方が約1500℃以下で温度設定可能な焼成ゾーンとなっているトンネル炉式の連続加熱炉に走行速度0.3m/時間で投入して、表1に示された温度を最高温度として前焼成を行った。なお、8YSZグリーンシート及び10Sc1CeSZグリーンシートについても、それぞれ同様の方法にて前焼成を行った。このような前焼成によって、電解質シート前駆体が得られた。
<Pre-firing of zirconia green sheet (firing of step (II) in the present invention)>
On the 300 mm square ceramic setter, a laminate composed of the ceramic porous spacer and the 4ScSZ green sheet prepared by the above method was disposed. Specifically, four ceramic porous spacers were placed side by side on a 300 mm square ceramic setter, and a 4ScSZ green sheet was placed thereon. On each of these 4ScSZ green sheets, ceramic porous spacers and 4ScSZ green sheets are alternately stacked, and finally 6 ceramic porous spacers having ceramic porous spacers disposed in the lowermost layer and the uppermost layer are arranged. Four sets of laminates composed of spacers and five green sheets were placed on a ceramic setter. A porous block (porosity 52%) having a crystalline phase of mullite and alumina as a weight is mounted on the ceramic porous spacer located in the uppermost layer of the laminate so as to have the load shown in Table 1. I put it. 10 pieces of ceramic setters with a total of 40 sets (40 sets in total) are placed on a conveyor belt and degreased with a frontage of 340mm, a height of 20mm, and a front setting of about 500 ° C or less. The temperature shown in Table 1 is set to the maximum temperature in a tunnel furnace type continuous heating furnace, which is a firing zone where the temperature can be set below 1500 ° C at the back of the zone, at a running speed of 0.3 m / hour. Pre-baking was performed. The 8YSZ green sheet and the 10Sc1CeSZ green sheet were also pre-fired by the same method. By such pre-firing, an electrolyte sheet precursor was obtained.

<電解質シート前駆体の本焼成(本発明における工程(III)の焼成)>
上記のように前焼成された、4ScSZ電解質シート前駆体とセラミック多孔質スペーサとからなる積層体の最上層に位置するセラミック多孔質スペーサ上に、重しによる荷重が表1に示すとおりとなるように多孔質ブロックを追加して、再度上記連続加熱炉に走行速度1.0m/時間で投入して、表1に示された温度を最高温度として本焼成を行った。この本焼成によって、厚さの平均値が162μmで直径約100mmの円形の4ScSZ電解質シートを得た。なお、8YSZ電解質シート前駆体及び10Sc1CeSZ電解質シート前駆体についても、それぞれ同様の方法にて前焼成を行い、厚さの平均値が299μmで直径約100mmの円形の8YSZ電解質シート及び厚さの平均値が262μmで直径約100mmの円形の10Sc1CeSZ電解質シートを得た。
<Main firing of electrolyte sheet precursor (firing of step (III) in the present invention)>
On the ceramic porous spacer located in the uppermost layer of the laminate composed of the 4ScSZ electrolyte sheet precursor and the ceramic porous spacer pre-fired as described above, the load due to the weight is as shown in Table 1. A porous block was added to the continuous heating furnace, and the continuous heating furnace was again charged at a running speed of 1.0 m / hour, and the main calcination was performed with the temperature shown in Table 1 as the maximum temperature. By this main firing, a circular 4ScSZ electrolyte sheet having an average thickness of 162 μm and a diameter of about 100 mm was obtained. The 8YSZ electrolyte sheet precursor and the 10Sc1CeSZ electrolyte sheet precursor were also pre-fired by the same method, respectively, and a circular 8YSZ electrolyte sheet having an average thickness of 299 μm and a diameter of about 100 mm and an average thickness A round 10Sc1CeSZ electrolyte sheet having a diameter of about 262 μm and a diameter of about 100 mm was obtained.

<割れ・クラック発生率、シート破損率の算出>
前焼成後の電解質シート前駆体及び本焼成後の電解質シートについて、割れ及びクラックの有無を目視で観察し、割れ・クラック発生率及びシート破損率を、以下の式(2)〜(4)を用いてそれぞれ算出した。結果は、表1に示すとおりである。
前焼成後の割れ・クラック発生率(%)
={(前焼成後の割れ・クラック発生枚数)/200}×100 ・・・(2)
本焼成後の割れ・クラック発生率(%)
={(本焼成後の割れ・クラック発生枚数)/(200−(前焼成後の割れ・クラッ ク発生枚数)}×100 ・・・(3)
シート破損率(%)
={(前焼成後の割れ・クラック発生枚数+本焼成後の割れ・クラック発生枚数)/
200}×100 ・・・(4)
<Calculation of crack / crack occurrence rate, sheet breakage rate>
About the electrolyte sheet precursor after pre-baking and the electrolyte sheet after main baking, the presence or absence of cracks and cracks is visually observed, and the following formulas (2) to (4) are used for the crack / crack occurrence rate and sheet breakage rate. Respectively and calculated. The results are as shown in Table 1.
Cracking / crack rate after pre-firing (%)
= {(Number of cracks / cracks generated after pre-firing) / 200} × 100 (2)
Cracking / cracking rate after firing (%)
= {(Number of cracks / cracks generated after firing) / (200- (number of cracks / cracks generated after pre-firing)} × 100 (3)
Sheet breakage rate (%)
= {(Number of cracks / cracks generated after pre-firing + number of cracks / cracks generated after main firing) /
200} × 100 (4)

<うねり高さ及び反り高さの測定>
前焼成後の電解質シート前駆体及び本焼成後の電解質シートについてのうねり高さ及び反り高さは、レーザ光学式非接触三次元形状測定装置(UBM社製、商品名「UBM1−14型 マイクロフォーカス エキスパート」、光源:半導体レーザ(780nm)、スポット径:1μm、垂直分離能:0.01μm)を使用して測定された。装置ワーク台上の目視でうねり及び反りが観察される電解質シート前駆体表面にレーザ光を照射し、スキャンさせて測定される最大高さ位置と最低高さ位置との差から求めた。うねり高さの測定の場合、スキャン方向はうねりの山頂部と谷底部とを通る方向であり、1つの電解質シート前駆体内に複数のうねりが観察される場合は、大きいと判断される順に4方向スキャンさせて測定した。また、反り高さの測定の場合のスキャン方向は直径方向であり、1つの電解質シート前駆体内に複数の反りが観察される場合は、大きいと判断される順に4方向スキャンさせて測定した。測定された前焼成後の電解質シート前駆体の反り高さ及びうねり高さのうち最大のものを、「最大反り高さ」及び「最大うねり高さ」として表1に示す。また、本焼成後の電解質シートについても、同様に反り高さ及びうねり高さを測定し、それぞれ最大のものを「最大反り高さ」及び「最大うねり高さ」として表1に示す。さらに、前焼成後の電解質シート前駆体の最大反り高さに対する、本焼成後の電解質シートの最大反り高さの前焼成後の電解質シート前駆体の最大反り高さからの減少を、反り高さ矯正率として表1に示す。同様に、前焼成後の電解質シート前駆体の最大うねり高さに対する、本焼成後の電解質シートの最大うねり高さの前焼成後の電解質シート前駆体の最大うねり高さからの減少を、うねり高さ矯正率として表1に示す。
<Measurement of swell height and warp height>
The waviness height and warpage height of the pre-fired electrolyte sheet precursor and the post-fired electrolyte sheet are measured by a laser optical non-contact three-dimensional shape measuring device (trade name “UBM1-14 type micro focus” manufactured by UBM). “Expert”, light source: semiconductor laser (780 nm), spot diameter: 1 μm, vertical resolution: 0.01 μm). The surface of the electrolyte sheet precursor on which the swell and warpage are visually observed on the apparatus work table was irradiated with laser light, and was obtained from the difference between the maximum height position and the minimum height position measured by scanning. In the case of the measurement of the undulation height, the scanning direction is a direction passing through the ridge peak and valley bottom of the undulation, and when multiple undulations are observed in one electrolyte sheet precursor, the four directions are determined in the order determined to be larger. Scanned and measured. Further, the scan direction in the case of measuring the warp height is the diameter direction, and when a plurality of warps are observed in one electrolyte sheet precursor, the measurement was performed by scanning in four directions in the order judged to be large. The maximum one of the measured warp height and waviness height of the electrolyte sheet precursor after pre-baking is shown in Table 1 as “maximum warp height” and “maximum waviness height”. Also, the electrolyte sheet after the main firing was similarly measured for warp height and waviness height, and the maximum ones are shown in Table 1 as “maximum warp height” and “maximum waviness height”, respectively. Furthermore, the decrease in the maximum warp height of the electrolyte sheet precursor after the main firing relative to the maximum warp height of the electrolyte sheet precursor after the pre-firing from the maximum warp height of the electrolyte sheet precursor after the pre-firing The correction rate is shown in Table 1. Similarly, the decrease in the maximum waviness height of the electrolyte sheet precursor after the main firing relative to the maximum waviness height of the electrolyte sheet precursor after the prefiring is reduced from the maximum waviness height of the electrolyte sheet precursor after the prefiring. Table 1 shows the correction rate.

Figure 2012074207
Figure 2012074207

表1に示すように、単位面積あたりの荷重が0.1〜3.0g/cm2の範囲内で、且つ焼成温度が1000〜1300℃の範囲内で前焼成を行った後、単位面積あたりの荷重が3.0〜80.0g/cm2の範囲内で、且つ焼成温度が1350〜1500℃の範囲内で本焼成を行った、試験例1,2,5,6,7,9,10で得られた焼結シートは、焼成による破損率が5%以下でありながら、うねり高さ及び反り高さの矯正率が40%以上であった。すなわち、本発明の製造方法によって得られた焼結シートは、割れやクラックの発生が抑制され、且つうねり高さ及び反り高さが低減されていた。 As shown in Table 1, after performing pre-baking within a range of a load per unit area of 0.1 to 3.0 g / cm 2 and a baking temperature of 1000 to 1300 ° C., per unit area Test examples 1, 2, 5, 6, 7, 9, wherein the main firing was performed within a range of 3.0 to 80.0 g / cm 2 and a firing temperature of 1350 to 1500 ° C. The sintered sheet obtained in No. 10 had a rate of correction of waviness height and warp height of 40% or more, while the damage rate due to firing was 5% or less. That is, in the sintered sheet obtained by the production method of the present invention, the occurrence of cracks and cracks was suppressed, and the waviness height and warpage height were reduced.

これに対し、試験例8のように、前焼成時の荷重が3.0g/cm2よりも大きいと、前焼成の段階で割れ及びクラックの発生率が非常に大きくなってしまった。そのため、試験例8のように前焼成時に大きな荷重をかける方法は、本焼成を行うまでもなく、適切でないことがわかった。 On the other hand, when the load at the time of pre-firing is larger than 3.0 g / cm 2 as in Test Example 8, the rate of occurrence of cracks and cracks at the pre-firing stage has become very large. Therefore, it was found that the method of applying a large load at the time of pre-firing as in Test Example 8 is not appropriate without performing the main calcination.

試験例3のように、本焼成時の荷重が3.0g/cm2よりも小さいと、破損率は小さくできるが、前焼成で発生したうねり及び反りはその高さがほとんど矯正されず、矯正率は20%以下であった。試験例4のように本焼成時の荷重が80.0g/cm2よりも大きいと、割れやクラックの発生が非常に大きくなり、シート破損率が20%近くまで高くなった。 As in Test Example 3, when the load during the main firing is less than 3.0 g / cm 2 , the breakage rate can be reduced, but the undulation and warpage generated in the pre-firing are hardly corrected and the height is not corrected. The rate was 20% or less. When the load during the main firing was larger than 80.0 g / cm 2 as in Test Example 4, the occurrence of cracks and cracks was very large, and the sheet breakage rate was increased to nearly 20%.

試験例11では、本焼成における荷重条件及び温度条件は試験例1と同じであったが、前焼成は行われなかった。そこで、試験例1と試験例11とを比較すると、試験例11ではシート破損率が10%を超えており、試験例1に対してシート破損率が2倍以上高くなっていた。さらに、試験例11で得られるシートは、最大うねり高さ及び最大反り高さが試験例1で得られるシートよりも大きかった。この結果から、前焼成を行わない1段階焼成において、シートのうねり及び反りを抑制するために従来よりも高い荷重をかけて本焼成を行った場合、発生したうねりや反りがその荷重に耐えられずに破損しやすくなると考えられる。さらに、この結果から、1段焼成で荷重を大きくするだけでは、シートに発生するうねり及び反りを十分に抑制することが困難であることもわかった。すなわち、本発明で特定された荷重条件及び温度条件の下でグリーンシートの前焼成を行うことによって、本焼成時の大きい荷重に耐えられる状態の電解質シート前駆体を得ることができ、この電解質シート前駆体に対して大きい荷重をかけて本焼成を行うことによって、シート破損率が低く、且つうねり及び反りが低減された電解質シートを得ることができる。   In Test Example 11, the load conditions and temperature conditions in the main firing were the same as in Test Example 1, but no pre-firing was performed. Therefore, comparing Test Example 1 and Test Example 11, in Test Example 11, the sheet breakage rate exceeded 10%, and the sheet breakage rate was 2 times higher than Test Example 1. Furthermore, the sheet obtained in Test Example 11 had a maximum waviness height and a maximum warp height higher than those obtained in Test Example 1. From this result, in the one-step firing without pre-firing, when the main firing is performed with a higher load than before in order to suppress sheet waviness and warpage, the generated waviness and warpage can withstand that load. It is thought that it is easy to break without being damaged. Furthermore, from this result, it was also found that it is difficult to sufficiently suppress the undulation and warpage generated in the sheet only by increasing the load by one-step firing. That is, by pre-baking the green sheet under the load conditions and temperature conditions specified in the present invention, an electrolyte sheet precursor that can withstand a large load during the main baking can be obtained. By performing main firing with a large load applied to the precursor, an electrolyte sheet having a low sheet breakage rate and reduced waviness and warpage can be obtained.

また、試験例12のように、前焼成を行わない1段焼成において、シートの破損を抑制するために荷重を1.8g/cm2まで小さくすると、試験例11の場合よりも破損率を低くすることはできたが、うねり高さ及び反り高さが非常に大きくなった。一方、試験例13のように、1段焼成において荷重を100.0g/cm2とすると、試験例11の場合よりもうねり高さ及び反り高さを低くすることはできたが、破損率は非常に大きくなり40%を超えてしまった。 Further, as in Test Example 12, in the one-stage firing without pre-firing, when the load is reduced to 1.8 g / cm 2 in order to suppress breakage of the sheet, the breakage rate is lower than that in Test Example 11. The swell height and warpage height became very large. On the other hand, as in Test Example 13, when the load was 100.0 g / cm 2 in one-stage firing, the bend height and the warp height could be made lower than in Test Example 11, but the breakage rate was It became very large and exceeded 40%.

試験例14〜17は、前焼成及び本焼成の2段焼成を行い、前焼成時の荷重及び本焼成時の荷重が本発明において特定された範囲内であるが、前焼成及び/又は本焼成の温度が本発明において特定された温度範囲外である試験例である。試験例14は、前焼成時の温度が1000℃よりも低く、本焼成時の温度が1350℃よりも低かった。この試験例14では、シート破損率は1.0%と非常に低かったが、うねり高さ及び反り高さの矯正率は15%以下と低かった。本焼成の温度が1500℃を超える試験例15では、本焼成での割れ及びクラック発生率が大きく、シート破損率は30%近くであった。また、前焼成の温度が1300℃を超えており、且つ、本焼成の温度が1350℃よりも低い試験例16では、うねり高さ及び反り高さの矯正率が10%以下と非常に低かった。前焼成の温度が1300℃を超えており、且つ、本焼成の温度が1500℃を超えている試験例17では、シート破損率が20%を超えていた。   Test Examples 14 to 17 perform two-stage baking of pre-baking and main baking, and the load during pre-baking and the load during main baking are within the range specified in the present invention. This is a test example in which the temperature is outside the temperature range specified in the present invention. In Test Example 14, the temperature during the pre-firing was lower than 1000 ° C, and the temperature during the main firing was lower than 1350 ° C. In Test Example 14, the sheet breakage rate was very low at 1.0%, but the correction ratios for the waviness height and the warp height were as low as 15% or less. In Test Example 15 in which the temperature of the main baking exceeds 1500 ° C., cracks and crack generation rates in the main baking were large, and the sheet breakage rate was close to 30%. Further, in Test Example 16 in which the pre-baking temperature exceeds 1300 ° C. and the main-baking temperature is lower than 1350 ° C., the correction ratio of the swell height and the warp height is as low as 10% or less. . In Test Example 17 in which the pre-baking temperature exceeded 1300 ° C. and the main-baking temperature exceeded 1500 ° C., the sheet breakage rate exceeded 20%.

次に、最終的に得られた電解質シートを、同じシート材料同士で比較する。スカンジアを含むジルコニアをシート材料として用いた試験例1,3,5,7,9〜14及び16では、本発明の製造方法を満たしている試験例1,5,7,9及び10によって得られた電解質シートの最大うねり高さ及び最大反り高さが、本発明の製造方法を満たしていない他の試験例よりも低かった。他の試験例のうち、最大うねり高さ及び最大反り高さが比較的低かった試験例13は、シート破損率が非常に高く、生産性の点から電解質シートの製造方法として適切ではないと考えられた。   Next, the finally obtained electrolyte sheets are compared between the same sheet materials. In Test Examples 1, 3, 5, 7, 9 to 14 and 16 using zirconia containing scandia as a sheet material, it was obtained by Test Examples 1, 5, 7, 9 and 10 satisfying the production method of the present invention. The maximum waviness height and the maximum warp height of the electrolyte sheet were lower than those of other test examples not satisfying the production method of the present invention. Among other test examples, Test Example 13 in which the maximum waviness height and the maximum warp height are relatively low has a very high sheet breakage rate, and is not considered suitable as a method for manufacturing an electrolyte sheet in terms of productivity. It was.

以上の結果、本発明の製造方法によれば、シート生産性とシート品質との両方を満足する電解質シートが得られることがわかった。   As a result, it was found that according to the production method of the present invention, an electrolyte sheet satisfying both sheet productivity and sheet quality can be obtained.

本発明の燃料電池用電解質シートの製造方法は、平坦性の高い電解質シートを生産性高く提供できるので、例えば電解質シートが高価格材料からなる場合であっても、電解質シートの製造方法として好適に利用できる。   The method for producing an electrolyte sheet for a fuel cell according to the present invention can provide an electrolyte sheet having high flatness with high productivity. Therefore, even when the electrolyte sheet is made of a high-priced material, for example, it is suitable as a method for producing an electrolyte sheet. Available.

Claims (4)

(I)セラミックセッター上に、最下層及び最上層にセラミック多孔質スペーサが配置されるように、セラミック多孔質スペーサとジルコニア系グリーンシートとを交互に積み重ねて、前記セラミック多孔質スペーサと前記グリーンシートとからなる積層体を配置する工程と、
(II)前記積層体中の前記グリーンシートにかかる荷重が0.1〜3.0g/cm2の範囲内となるように、前記積層体の最上層に配置された前記セラミック多孔質スペーサ上に重しを載置して、前記積層体中の前記グリーンシートを1000〜1300℃の温度で焼成して電解質シート前駆体を作製する工程と、
(III)前記工程(II)の後に、前記積層体中の前記電解質シート前駆体にかかる荷重が3.0〜80.0g/cm2の範囲内となるように、前記積層体の最上層に配置された前記セラミック多孔質スペーサ上に重しを載置して、前記積層体中の前記電解質シート前駆体を1350〜1500℃の温度で焼成する工程と、
を含む、燃料電池用電解質シートの製造方法。
(I) On the ceramic setter, the ceramic porous spacer and the zirconia green sheet are alternately stacked so that the ceramic porous spacer is disposed in the lowermost layer and the uppermost layer, and the ceramic porous spacer and the green sheet are stacked. A step of arranging a laminate comprising:
(II) On the ceramic porous spacer disposed in the uppermost layer of the laminate so that the load applied to the green sheet in the laminate is in the range of 0.1 to 3.0 g / cm 2. Placing a weight, and firing the green sheet in the laminate at a temperature of 1000 to 1300 ° C. to produce an electrolyte sheet precursor;
(III) After the step (II), on the uppermost layer of the laminate so that the load applied to the electrolyte sheet precursor in the laminate is in the range of 3.0 to 80.0 g / cm 2. Placing a weight on the disposed ceramic porous spacer and firing the electrolyte sheet precursor in the laminate at a temperature of 1350-1500 ° C .;
The manufacturing method of the electrolyte sheet for fuel cells containing this.
前記グリーンシートが、スカンジア、イットリア、セリア及びイッテルビアからなる群から選択される少なくともいずれか1種を含むジルコニア系グリーンシートである、
請求項1に記載の燃料電池用電解質シートの製造方法。
The green sheet is a zirconia-based green sheet containing at least one selected from the group consisting of scandia, yttria, ceria and ytterbia.
The manufacturing method of the electrolyte sheet for fuel cells of Claim 1.
前記セラミック多孔質スペーサが、アルミナ、ジルコニア及びムライトからなる群から選択される少なくともいずれか1種を含む多孔体である
請求項1又は2に記載の燃料電池用電解質シートの製造方法。
3. The method for producing an electrolyte sheet for a fuel cell according to claim 1, wherein the ceramic porous spacer is a porous body containing at least one selected from the group consisting of alumina, zirconia, and mullite.
前記製造方法によって得られる燃料電池用電解質シートが、50〜1000cm2の面積を有し、且つ0.05〜0.5mmの厚さを有する、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池用電解質シートの製造方法。
The electrolyte sheet for a fuel cell obtained by the manufacturing method has an area of 50 to 1000 cm 2 and a thickness of 0.05 to 0.5 mm.
The manufacturing method of the electrolyte sheet for fuel cells of any one of Claims 1-3.
JP2010217364A 2010-09-28 2010-09-28 Fuel cell electrolyte sheet manufacturing method Pending JP2012074207A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010217364A JP2012074207A (en) 2010-09-28 2010-09-28 Fuel cell electrolyte sheet manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010217364A JP2012074207A (en) 2010-09-28 2010-09-28 Fuel cell electrolyte sheet manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012074207A true JP2012074207A (en) 2012-04-12

Family

ID=46170176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010217364A Pending JP2012074207A (en) 2010-09-28 2010-09-28 Fuel cell electrolyte sheet manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012074207A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115632159A (en) * 2022-12-22 2023-01-20 佛山(华南)新材料研究院 Preparation method of multilayer lithium lanthanum zirconium oxide ceramic electrolyte sheet

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115632159A (en) * 2022-12-22 2023-01-20 佛山(华南)新材料研究院 Preparation method of multilayer lithium lanthanum zirconium oxide ceramic electrolyte sheet
CN115632159B (en) * 2022-12-22 2023-02-28 佛山(华南)新材料研究院 Preparation method of multilayer lithium lanthanum zirconium oxide ceramic electrolyte sheet

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20090047562A1 (en) Method for Producing Solid Electrolyte Sheet and Solid Electrolyte Sheet
US9331355B2 (en) Electrolyte sheet including a peripheral region having a surface roughness different from a surface roughness in a region other than the peripheral region, method of producing the same, and solid oxide fuel cell including the same
CN112028627B (en) Solid electrolyte sheet firing method and product
JP2007001860A (en) Porous ceramic thin plate and method of manufacturing ceramic sheet using thin plate
JP6535174B2 (en) METHOD FOR PRODUCING LAMINATE FOR SOLID OXIDE FUEL CELL AND PRE-LAYERED LAYER FOR LAMINATE FOR SOLID OXIDE FUEL CELL
JP2006104058A (en) Ceramic sheet
JP2007302515A (en) Manufacturing process of ceramic sheet and porous firing implement used in the process
JP3971056B2 (en) Manufacturing method of ceramic sheet
JP5484155B2 (en) ELECTROLYTE SHEET FOR SOLID OXIDE FUEL CELL, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND CELL FOR SOLID OXIDE FUEL CELL USING THE SAME
JP5704990B2 (en) ELECTROLYTE SHEET FOR SOLID OXIDE FUEL CELL, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND CELL FOR SOLID OXIDE FUEL CELL USING THE SAME
JP5823230B2 (en) Manufacturing method of electrolyte sheet for fuel cell
JP2734425B2 (en) Manufacturing method of ceramic sheet
US10804557B2 (en) Zirconia electrolyte and method for producing zirconia electrolyte
JP2013140695A (en) Method for manufacturing zirconia-based electrolytic sheet for fuel battery
JP2012074207A (en) Fuel cell electrolyte sheet manufacturing method
JP4315562B2 (en) Production method of zirconia ceramic sheet
JP2015069694A (en) Method for manufacturing zirconia-based electrolytic sheet for fuel batteries
JP2007323899A (en) Electrolyte sheet for solid oxide fuel cell and its manufacturing method
JP5797050B2 (en) Manufacturing method of ceramic sheet
JP2012188324A (en) Ceramic sheet for spacer for calcining electrolyte green sheet, and method for manufacturing the same
JP3872238B2 (en) Method for producing porous ceramic thin plate
JP2013075798A (en) Method for producing ceramic sheet
JP5855512B2 (en) Manufacturing method of ceramic sheet
JP2013209238A (en) Method for manufacturing ceramic sheet, and laminated structure used for manufacturing ceramic sheet
JP3787247B2 (en) Manufacturing method of ceramic sheet