JP2013545884A - 溶融サーメットでできた粉末グリット - Google Patents
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Abstract
イットリウム、スカンジウム、ならびにスカンジウムとアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物から選択されるドーパントでドープされた酸化ジルコニウム(ZrO2)と、ニッケル(Ni)および/またはコバルト(Co)との溶融サーメットを含む粉末グリットであって、前記サーメットは、共晶組織を有し、酸化ジルコニウム、ニッケル、およびコバルトのmol%の単位の含有量が、0.250Ni+0.176Co≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428Ni+0.333Coである含有量であり、前記粉末グリットが0.3μmおよび100μmの間のメジアン直径D50を有する、粉末グリット。
【選択図】なし
【選択図】なし
Description
本発明は、溶融サーメット粉末に関し、特に、固体酸化物燃料電池(SOFC)スタックの要素、特にそのようなセルスタックのアノードの製造に関する。本発明は、溶融サーメット前駆体粉末、ならびに前記溶融サーメット粉末および溶融サーメット前駆体粉末の製造方法にも関する。
ホットプレス法によって製造された固体酸化物燃料電池(SOFC)スタックの一例10が、図1に断面で概略的に示されている。セルスタック10は、インターコネクタ層16によってそれぞれ分離された第1および第2の基本セル12および14を含む。第1および第2の基本セルは構造が類似しているので、第1の基本セル12についてのみ説明する。第1の基本セル12は、連続して、アノード18、電解質層20、およびカソード22を含む。アノード18は、電解質層20およびアノード支持層26と接触するアノード機能層(AFL)24を含む。アノード18は、たとえばスクリーン印刷によって、アノード支持層26上にアノード機能層24を堆積することにある方法で一般に製造される。この工程では、層24および26は、最終アノード材料の前駆体を主成分とすることができる。続いて焼結による固化が行われる。
燃料電池スタック、または燃料電池スタックの製造に使用できる材料は、たとえば、国際公開第2004/093235号パンフレット、欧州特許第1 796 191号明細書、米国特許出願公開第2007/0082254号明細書、欧州特許第1 598 892号明細書、または欧州特許第0 568 281号明細書に記載されている。
イットリア安定化ジルコニアおよびニッケル(Ni−YSZ)から形成された多孔質サーメットが、アノード機能層の製造に一般に使用されている。これらのサーメットは、J.Am.Ceram.Soc.,88(2005),pages 3215/3217における“Stability of Channeled Ni−YSZ Cermets Produced from Self−assembled NiO−YSZ Directionally Solidified Eutectics”と題される論文において特に研究されている。この論文には、固体酸化物燃料電池スタックのアノードの製造が意図されたNi−YSZサーメットでできた多孔質板が記載されている。このサーメットは、レーザー浮遊帯溶融法の使用によって得られる規則的な層状共晶組織を示す。層状共晶組織によって、気体の移動、電子輸送、および酸素イオンの拡散のための並列チャネルの形成が可能となる(要約および結論部分)。したがって、この規則的な層状共晶組織は、特に、イットリウム含有(yttrified)ジルコニアおよび酸化ニッケルから形成される粉末の焼結、またはジルコニア、イットリア、および酸化ニッケルから形成される粉末の焼結によって従来得られている従来使用されるサーメット電極と比較して、SOFCセルスタックの電極の製造に有利である。
この論文では、その研究中に、以下に解説する論文の“Structured porous Ni− and Co− YSZ cermets fabricated from directionally solidified eutectic composites”,Journal of the European Ceramic Society,25(2005),pages 1455−1462において解説されているように、実験を容易にするために棒の形態のサンプルを使用したとも説明されている(「実験手順」の項)。しかし、SOFCセルスタックに適切な形態は板の形態である。
Ni−YSZサーメットに加えて、論文の“Structured porous Ni− and Co− YSZ cermets fabricated from directionally solidified eutectic composites”では、層状共晶組織を有するCo−YSZサーメット(モノリス棒の形態)も研究されている。この文献の序文に示されているように、Co−YSZサーメットはSOFCセルスタックアノードの製造に適した材料であることが知られている。次にこのセラミックは、三相点(triple phase point)(TPB)の数を増加させるために微細で均一な粉末を用いて製造される。しかし、運転温度(600〜1000℃)においてグレインが凝集するため、これらの「分散」電極では問題が生じる。したがって、これらの問題を解決するためにバルクの層状電極の使用が提案されている。
目標とする用途において非常に有害となる亀裂の危険性を制限するため、この論文では、電子伝導体として機能する多孔質NiまたはCoの層が、イオン伝導体として機能する層状YSZ網目構造によって支持される、均一な層状共晶組織を示す棒が製造されるプロセスマラメータを推奨している(結論部分)。
したがって、以上の論文においては、Ni−YSZおよびCo−YSZサーメットの規則的な層状共晶組織が、電子伝導およびイオン伝導のチャネリングにおいて有利であると記載されている。したがって、これらのサーメットは、機能性「層」の製造において、または「薄膜型」電極の基材として非常に有望であると見なされている(論文の結論部分)。
しかし、層状共晶組織の製造は、凝固先端の動きを制御することで得られ、そのため製造可能な製品の形状が限定される。
さらに、SOFCセルスタックの性能は、経時により変化することがあり、特にアノードのエージングの作用下で変化しうる。このエージングによって、セルスタックの寿命が低下しうる。
したがって、長い寿命を示し、種々の形状を示すことが可能なSOFCセルスタックのアノードの製造に好適な新規な材料が必要とされている。本発明の目的の1つはこの要求を満たすことである。
本発明によると、この目的は、溶融グレインから形成される粉末によって実現され、前記グレインは、「サーメットグレイン」と呼ばれ、
−イットリウム、スカンジウム、ならびに、スカンジウムとアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物から選択されるドーパントでドープされた酸化ジルコニウムZrO2と、
−ニッケルNiおよび/またはコバルトCoと
から形成される溶融サーメットを含み、
前記サーメットは共晶組織を示し、
前記粉末は、0.3μm〜100μmの間のメジアン直径D50を示す。
−イットリウム、スカンジウム、ならびに、スカンジウムとアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物から選択されるドーパントでドープされた酸化ジルコニウムZrO2と、
−ニッケルNiおよび/またはコバルトCoと
から形成される溶融サーメットを含み、
前記サーメットは共晶組織を示し、
前記粉末は、0.3μm〜100μmの間のメジアン直径D50を示す。
説明の続きでより詳細に示されるように、「サーメット粉末」と呼ばれるこのような粉末を成形し、次に焼結させることによって、焼結体、特にSOFC燃料電池スタックに適したアノードの製造が可能となる。有利には、この方法によって、種々の形状の焼結体の製造が可能となる。
前述の論文に記載の溶融バルク体を粉砕することによって、本発明による粉末を製造することができる。これらの粉末を焼結させることによって、本発明者らは、アノードの製造に依然として非常に好適な物体を再構成したが、粉砕およびその後の成形によって、明らかに元のバルク体とは完全に異なる構造が得られる。この結果は、粉砕および焼結によって得られる構造の崩壊によって性能を大きく低下する予想されうる限りにおいて驚くべきことである。現在まで本発明者らは、これについてまだ説明できていない。
本発明によるサーメット粉末を使用することによって、前述の亀裂の問題を少なくとも部分的に克服することも可能である。
さらに、驚くべきことに、本発明者らは、本発明によるサーメット粉末の溶融グレインの材料は、特にSOFCセルスタック中での使用において、経時による空隙率の安定性が非常に高いことを発見した。これによって、有利には、前記セルスタックの性能の安定性が得られ、したがってより長い寿命が得られる。
最後に、焼結体を製造するために本発明によるサーメット粉末を使用することによって、この焼結体中にさらなる空隙率を形成することができ、粉末の粒度分布を調節することによってこのさらなる空隙率を調節することができる。
本発明によるサーメット粉末は、以下の任意選択的な特性の1つまたは複数をも含むことができる、すなわち、
−酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの全モル量を基準としたモルパーセント値としての酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの含有量は、
0.250×Ni+0.176×Co≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×Ni+0.333×Co
である;
−好ましくは、本発明によるサーメット粉末は、重量パーセント値として、70%を超え、80%を超え、90%を超え、95%を超え、98%を超え、さらには実質的に100%のサーメットグレインを含む;
−本発明によるサーメット粉末は、5重量%未満、好ましくは2重量%未満、より好ましくは1重量%未満の不純物含有量を示す。
−酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの全モル量を基準としたモルパーセント値としての酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの含有量は、
0.250×Ni+0.176×Co≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×Ni+0.333×Co
である;
−好ましくは、本発明によるサーメット粉末は、重量パーセント値として、70%を超え、80%を超え、90%を超え、95%を超え、98%を超え、さらには実質的に100%のサーメットグレインを含む;
−本発明によるサーメット粉末は、5重量%未満、好ましくは2重量%未満、より好ましくは1重量%未満の不純物含有量を示す。
前記サーメットグレインは、以下の任意選択的な特性の1つまたは複数(同時に起こりえない場合を除く)をも含むことができる、すなわち、
−サーメットグレインは、重量パーセント値として、好ましくは80%を超え、90%を超え、95%を超え、さらには実質的に100%の前記サーメットを含み;100%となるまでの残りは、好ましくは、不純物、ならびに酸化ニッケルおよび/または酸化コバルトで構成され、好ましくは、サーメット形態中の酸化ジルコニウムおよびドーパントは考慮せずに、酸化ジルコニウム、ドーパント、酸化ニッケル、および酸化コバルトの全モル量を基準としたモルパーセント値で、0.250×NiO+0.176×CoO≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×NiO+0.333×CoOとなるモル比であり;好ましくは、サーメットがNiを含まない場合、100%となるまでの残りがNiOを含まず;好ましくは、サーメットがCoを含まない場合、100%となるまでの残りがCoOを含まない;
−好ましくは、サーメットグレインは、それらの重量の80%を超え、90%を超え、95%を超え、さらには実質的に100%の前記サーメットおよび前記サーメットの前駆体を含む;
−酸化ジルコニウム、ニッケル、コバルト、およびドーパントを合わせたものが、モルパーセント値でサーメットの95%を超え、98%を超え、99%を超え、さらには実質的に100%となり;好ましくは100%となるまでの残りが不純物で構成される;
−サーメットの組成は、酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの全モル量を基準としたモルパーセント値で、
0.290×Ni+0.212×Co≦(ZrO2+ドーパント)≦0.379×Ni+0.290×Coとなる組成であり;好ましくは
0.307×Ni+0.227×Co≦(ZrO2+ドーパント)≦0.360×Ni+0.273×Coとなる組成である;
−サーメットは、モルパーセント値として1%未満のニッケルを含み、好ましくはニッケルを含まず;そして好ましくは、サーメットの組成は、酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの全モル量を基準としたモルパーセント値として、
0.176×Co≦(ZrO2+ドーパント)≦0.333×Coとなる組成である;
−サーメットの組成は、不純物を除いて合計100%となるモルパーセント値として、
−(ZrO2+ドーパント):15%〜25%
−Co:75%〜85%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):17.5%〜22.5%
−Co:77.5%〜82.5%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):18.5%〜21.5%
−Co:78.5%〜81.5%
となる組成であり;
好ましくは
(ZrO2+ドーパント):20%
−Co:80%
となる組成である;
−サーメットは、モルパーセント値として1%未満のコバルトを含み、好ましくはコバルトを含まず;そして好ましくは、サーメットの組成は、酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの全モル量を基準としたモルパーセント値として、
0.250×Ni≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×Niとなる組成である;
−サーメットの組成は、不純物を除いて合計100%となるモルパーセント値として、
−(ZrO2+ドーパント):20%〜30%
−Ni:70%〜80%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):22.5%〜27.5%
−Ni:72.5%〜77.5%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):23.5%〜26.5%
−Ni:73.5%〜76.5%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):25%
−Ni:75%
となる組成である;
−ジルコニウム陽イオンおよびドーパント陽イオンの含有量の合計を基準とした酸化ジルコニウムZrO2のドーパントのモル含有量が、14%を超え、および/または25%未満である;
−モルパーセント値として90%を超え、95%を超え、さらには実質的に100%の酸化ジルコニウムZrO2がドープされる;
−好ましくは、酸化ジルコニウムZrO2はイットリウムでのみドープされ;ジルコニウムおよびイットリウムのモル含有量の合計を基準としたイットリウムのモル含有量が、14%を超え、好ましくは15%を超え、および/または22%未満、好ましくは21%未満、好ましくは実質的に16%である、または実質的に20%である;
−酸化ジルコニウムZrO2はスカンジウムでのみドープされ;ジルコニウムおよびスカンジウムのモル含有量の合計を基準としたスカンジウムのモル含有量が、14%を超え、および/または22%未満であり、好ましくは実質的に20%である;
−酸化ジルコニウムZrO2は、一方でスカンジウムと、他方でアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物でのみドープされる;
−ジルコニウム、スカンジウム、アルミニウム、およびセリウムのモル含有量の合計を基準としたスカンジウムのモル含有量が、14%を超え、および/または22%未満であり、好ましくは実質的に20%である;
−ジルコニウム、スカンジウム、アルミニウム、およびセリウムのモル含有量の合計を基準としたアルミニウムのモル量が、1%を超え、および/または3%未満であり、好ましくは実質的に2%である;
−ジルコニウム、スカンジウム、アルミニウム、およびセリウムのモル含有量の合計を基準としたセリウムのモル含有量が、0.5%を超え、および/または1.5%未満であり、好ましくは実質的に1%である。
−サーメットグレインは、重量パーセント値として、好ましくは80%を超え、90%を超え、95%を超え、さらには実質的に100%の前記サーメットを含み;100%となるまでの残りは、好ましくは、不純物、ならびに酸化ニッケルおよび/または酸化コバルトで構成され、好ましくは、サーメット形態中の酸化ジルコニウムおよびドーパントは考慮せずに、酸化ジルコニウム、ドーパント、酸化ニッケル、および酸化コバルトの全モル量を基準としたモルパーセント値で、0.250×NiO+0.176×CoO≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×NiO+0.333×CoOとなるモル比であり;好ましくは、サーメットがNiを含まない場合、100%となるまでの残りがNiOを含まず;好ましくは、サーメットがCoを含まない場合、100%となるまでの残りがCoOを含まない;
−好ましくは、サーメットグレインは、それらの重量の80%を超え、90%を超え、95%を超え、さらには実質的に100%の前記サーメットおよび前記サーメットの前駆体を含む;
−酸化ジルコニウム、ニッケル、コバルト、およびドーパントを合わせたものが、モルパーセント値でサーメットの95%を超え、98%を超え、99%を超え、さらには実質的に100%となり;好ましくは100%となるまでの残りが不純物で構成される;
−サーメットの組成は、酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの全モル量を基準としたモルパーセント値で、
0.290×Ni+0.212×Co≦(ZrO2+ドーパント)≦0.379×Ni+0.290×Coとなる組成であり;好ましくは
0.307×Ni+0.227×Co≦(ZrO2+ドーパント)≦0.360×Ni+0.273×Coとなる組成である;
−サーメットは、モルパーセント値として1%未満のニッケルを含み、好ましくはニッケルを含まず;そして好ましくは、サーメットの組成は、酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの全モル量を基準としたモルパーセント値として、
0.176×Co≦(ZrO2+ドーパント)≦0.333×Coとなる組成である;
−サーメットの組成は、不純物を除いて合計100%となるモルパーセント値として、
−(ZrO2+ドーパント):15%〜25%
−Co:75%〜85%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):17.5%〜22.5%
−Co:77.5%〜82.5%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):18.5%〜21.5%
−Co:78.5%〜81.5%
となる組成であり;
好ましくは
(ZrO2+ドーパント):20%
−Co:80%
となる組成である;
−サーメットは、モルパーセント値として1%未満のコバルトを含み、好ましくはコバルトを含まず;そして好ましくは、サーメットの組成は、酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの全モル量を基準としたモルパーセント値として、
0.250×Ni≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×Niとなる組成である;
−サーメットの組成は、不純物を除いて合計100%となるモルパーセント値として、
−(ZrO2+ドーパント):20%〜30%
−Ni:70%〜80%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):22.5%〜27.5%
−Ni:72.5%〜77.5%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):23.5%〜26.5%
−Ni:73.5%〜76.5%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):25%
−Ni:75%
となる組成である;
−ジルコニウム陽イオンおよびドーパント陽イオンの含有量の合計を基準とした酸化ジルコニウムZrO2のドーパントのモル含有量が、14%を超え、および/または25%未満である;
−モルパーセント値として90%を超え、95%を超え、さらには実質的に100%の酸化ジルコニウムZrO2がドープされる;
−好ましくは、酸化ジルコニウムZrO2はイットリウムでのみドープされ;ジルコニウムおよびイットリウムのモル含有量の合計を基準としたイットリウムのモル含有量が、14%を超え、好ましくは15%を超え、および/または22%未満、好ましくは21%未満、好ましくは実質的に16%である、または実質的に20%である;
−酸化ジルコニウムZrO2はスカンジウムでのみドープされ;ジルコニウムおよびスカンジウムのモル含有量の合計を基準としたスカンジウムのモル含有量が、14%を超え、および/または22%未満であり、好ましくは実質的に20%である;
−酸化ジルコニウムZrO2は、一方でスカンジウムと、他方でアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物でのみドープされる;
−ジルコニウム、スカンジウム、アルミニウム、およびセリウムのモル含有量の合計を基準としたスカンジウムのモル含有量が、14%を超え、および/または22%未満であり、好ましくは実質的に20%である;
−ジルコニウム、スカンジウム、アルミニウム、およびセリウムのモル含有量の合計を基準としたアルミニウムのモル量が、1%を超え、および/または3%未満であり、好ましくは実質的に2%である;
−ジルコニウム、スカンジウム、アルミニウム、およびセリウムのモル含有量の合計を基準としたセリウムのモル含有量が、0.5%を超え、および/または1.5%未満であり、好ましくは実質的に1%である。
本発明は、「サーメット前駆体グレイン」と呼ばれる溶融グレインから形成された粉末にも関し、その組成は、還元することによって本発明によるサーメットグレインを得るのに適している。
サーメット前駆体グレインから形成されるこのような粉末は、「サーメット前駆体粉末」と呼ばれる。
好ましくは、サーメット前駆体粉末は、5重量%未満、好ましくは2重量%未満、より好ましくは1重量%未満の不純物含有量を示す。
本発明は、特に、CoOがドープされたZrO2グレインおよび/またはNiOがドープされたZrO2グレインを含む、実際にはさらにはそれらからなるサーメット前駆体粉末に関し、前記グレインは層状共晶組織を示す。
本発明は、特に、溶融グレインから形成された粉末に関し、前記グレインは、
−イットリウム、スカンジウム、およびスカンジウムとアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物から選択されるドーパントでドープされた酸化ジルコニウムZrO2と、
−5重量%未満の不純物と、
−100重量%となるまでの残りとして、酸化ニッケルNiOおよび/または酸化コバルトCoOとを含み、
酸化ジルコニウム、ドーパント、酸化ニッケル、および酸化コバルトの全モル量を基準として表されるモルパーセント値としての酸化ジルコニウム、ドーパント、酸化ニッケル、および酸化コバルトの含有量が、
0.250×NiO+0.176×CoO≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×NiO+0.333×CoO
となる含有量である。
−イットリウム、スカンジウム、およびスカンジウムとアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物から選択されるドーパントでドープされた酸化ジルコニウムZrO2と、
−5重量%未満の不純物と、
−100重量%となるまでの残りとして、酸化ニッケルNiOおよび/または酸化コバルトCoOとを含み、
酸化ジルコニウム、ドーパント、酸化ニッケル、および酸化コバルトの全モル量を基準として表されるモルパーセント値としての酸化ジルコニウム、ドーパント、酸化ニッケル、および酸化コバルトの含有量が、
0.250×NiO+0.176×CoO≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×NiO+0.333×CoO
となる含有量である。
この粉末に対して還元操作を行うことによって、本発明によるサーメット粉末を製造することができる。
本発明によるサーメット前駆体グレインは、以下の任意選択的な特性の1つまたは複数を示すことができる、すなわち、
−前記サーメット前駆体グレインは、好ましくは、重量パーセント値として80%を超え、90%を超え、95%を超え、さらには実質的に100%の前記サーメット前駆体を含む;
−好ましくは、本発明によるサーメット前駆体粉末は、重量パーセント値として70%を超え、80%を超え、90%を超え、95%を超え、98%を超え、さらには実質的に100%のサーメット前駆体グレインを含む;
−サーメット前駆体グレインの組成は、酸化ジルコニウム、ドーパント、酸化ニッケル、および酸化コバルトの全モル量を基準として表されるモルパーセント値として、
0.290×NiO+0.212×CoO≦(ZrO2+ドーパント)≦0.379×NiO+0.290×CoOとなる組成であり;
好ましくは、0.307×NiO+0.227×CoO≦(ZrO2+ドーパント)≦0.360×NiO+0.273×CoOとなる組成である;
−サーメット前駆体は、1%未満の酸化ニッケルを含み、好ましくは酸化ニッケルを含まず;そしてサーメット前駆体グレインの組成は、酸化ジルコニウム、ドーパント、酸化ニッケル、および酸化コバルトの全モル量を基準として表されるモルパーセント値として、0.176×CoO≦(ZrO2+ドーパント)≦0.333×CoOとなる組成である;
−サーメット前駆体の組成は、不純物を除いて合計100%となるモルパーセント値として、
−(ZrO2+ドーパント):15%〜25%
−CoO:75%〜85%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):17.5%〜22.5%
−CoO:77.5%〜82.5%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):18.5%〜21.5%
−CoO:78.5%〜81.5%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):20%
−CoO:80%
となる組成である;
−サーメット前駆体は、1%未満の酸化コバルトを含み、好ましくは酸化コバルトを含まず;そしてサーメット前駆体グレインの組成は、酸化ジルコニウム、ドーパント、酸化ニッケル、および酸化コバルトの全モル量を基準として表されるモルパーセント値として、
0.250×NiO≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×NiOとなる組成である;
−サーメット前駆体の組成は、不純物を除いて合計100%となるモルパーセント値として、
−(ZrO2+ドーパント):20%〜30%
−NiO:70%〜80%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):22.5%〜27.5%
−NiO:72.5%〜77.5%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):23.5%〜26.5%
−NiO:73.5%〜76.5%となる組成である
−サーメット前駆体は、共晶に相当する
−(ZrO2+ドーパント):25%
−NiO:75%
のモル組成を示す;
−ジルコニウム陽イオンおよびドーパント陽イオンの含有量の合計を基準とした酸化ジルコニウムZrO2のドーパントのモル含有量が、14%を超え、および/または25%未満である;
−モルパーセント値として90%を超え、95%を超え、さらには実質的に100%の酸化ジルコニウムZrO2がドープされる;
−好ましくは、酸化ジルコニウムZrO2はイットリウムでのみドープされ;ジルコニウムおよびイットリウムのモル含有量の合計を基準としたイットリウムのモル含有量が、14%を超え、好ましくは15%を超え、および/または22%未満、好ましくは21%未満、好ましくは実質的に16%であるまたは実質的に20%である;
−酸化ジルコニウムZrO2はスカンジウムでのみドープされる;
−ジルコニウムおよびスカンジウムのモル含有量の合計を基準としたスカンジウムのモル含有量が、14%を超え、および/または22%未満であり、好ましくは実質的に20%である;
−酸化ジルコニウムZrO2は、一方でスカンジウムと、他方でアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物でのみドープされ;
−ジルコニウム、スカンジウム、アルミニウム、およびセリウムのモル含有量の合計を基準としたスカンジウムのモル含有量が、14%を超え、および/または22%未満であり、好ましくは実質的に20%であり;
−ジルコニウム、スカンジウム、アルミニウム、およびセリウムのモル含有量の合計を基準としたアルミニウムのモル含有量が、1%を超え、および/または3%未満であり、好ましくは実質的に2%であり;
−ジルコニウム、スカンジウム、アルミニウム、およびセリウムのモル含有量の合計を基準としたセリウムのモル含有量が、0.5%を超え、および/または1.5%未満であり、好ましくは実質的に1%である;
−酸化ジルコニウム、酸化ニッケル、酸化コバルト、およびドーパントを合わせたものが、モルパーセント値でサーメット前駆体の95%を超え、98%を超え、99%を超え、さらには実質的に100%となる。
−前記サーメット前駆体グレインは、好ましくは、重量パーセント値として80%を超え、90%を超え、95%を超え、さらには実質的に100%の前記サーメット前駆体を含む;
−好ましくは、本発明によるサーメット前駆体粉末は、重量パーセント値として70%を超え、80%を超え、90%を超え、95%を超え、98%を超え、さらには実質的に100%のサーメット前駆体グレインを含む;
−サーメット前駆体グレインの組成は、酸化ジルコニウム、ドーパント、酸化ニッケル、および酸化コバルトの全モル量を基準として表されるモルパーセント値として、
0.290×NiO+0.212×CoO≦(ZrO2+ドーパント)≦0.379×NiO+0.290×CoOとなる組成であり;
好ましくは、0.307×NiO+0.227×CoO≦(ZrO2+ドーパント)≦0.360×NiO+0.273×CoOとなる組成である;
−サーメット前駆体は、1%未満の酸化ニッケルを含み、好ましくは酸化ニッケルを含まず;そしてサーメット前駆体グレインの組成は、酸化ジルコニウム、ドーパント、酸化ニッケル、および酸化コバルトの全モル量を基準として表されるモルパーセント値として、0.176×CoO≦(ZrO2+ドーパント)≦0.333×CoOとなる組成である;
−サーメット前駆体の組成は、不純物を除いて合計100%となるモルパーセント値として、
−(ZrO2+ドーパント):15%〜25%
−CoO:75%〜85%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):17.5%〜22.5%
−CoO:77.5%〜82.5%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):18.5%〜21.5%
−CoO:78.5%〜81.5%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):20%
−CoO:80%
となる組成である;
−サーメット前駆体は、1%未満の酸化コバルトを含み、好ましくは酸化コバルトを含まず;そしてサーメット前駆体グレインの組成は、酸化ジルコニウム、ドーパント、酸化ニッケル、および酸化コバルトの全モル量を基準として表されるモルパーセント値として、
0.250×NiO≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×NiOとなる組成である;
−サーメット前駆体の組成は、不純物を除いて合計100%となるモルパーセント値として、
−(ZrO2+ドーパント):20%〜30%
−NiO:70%〜80%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):22.5%〜27.5%
−NiO:72.5%〜77.5%
となる組成であり;
好ましくは
−(ZrO2+ドーパント):23.5%〜26.5%
−NiO:73.5%〜76.5%となる組成である
−サーメット前駆体は、共晶に相当する
−(ZrO2+ドーパント):25%
−NiO:75%
のモル組成を示す;
−ジルコニウム陽イオンおよびドーパント陽イオンの含有量の合計を基準とした酸化ジルコニウムZrO2のドーパントのモル含有量が、14%を超え、および/または25%未満である;
−モルパーセント値として90%を超え、95%を超え、さらには実質的に100%の酸化ジルコニウムZrO2がドープされる;
−好ましくは、酸化ジルコニウムZrO2はイットリウムでのみドープされ;ジルコニウムおよびイットリウムのモル含有量の合計を基準としたイットリウムのモル含有量が、14%を超え、好ましくは15%を超え、および/または22%未満、好ましくは21%未満、好ましくは実質的に16%であるまたは実質的に20%である;
−酸化ジルコニウムZrO2はスカンジウムでのみドープされる;
−ジルコニウムおよびスカンジウムのモル含有量の合計を基準としたスカンジウムのモル含有量が、14%を超え、および/または22%未満であり、好ましくは実質的に20%である;
−酸化ジルコニウムZrO2は、一方でスカンジウムと、他方でアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物でのみドープされ;
−ジルコニウム、スカンジウム、アルミニウム、およびセリウムのモル含有量の合計を基準としたスカンジウムのモル含有量が、14%を超え、および/または22%未満であり、好ましくは実質的に20%であり;
−ジルコニウム、スカンジウム、アルミニウム、およびセリウムのモル含有量の合計を基準としたアルミニウムのモル含有量が、1%を超え、および/または3%未満であり、好ましくは実質的に2%であり;
−ジルコニウム、スカンジウム、アルミニウム、およびセリウムのモル含有量の合計を基準としたセリウムのモル含有量が、0.5%を超え、および/または1.5%未満であり、好ましくは実質的に1%である;
−酸化ジルコニウム、酸化ニッケル、酸化コバルト、およびドーパントを合わせたものが、モルパーセント値でサーメット前駆体の95%を超え、98%を超え、99%を超え、さらには実質的に100%となる。
本発明によるサーメットグレインまたはサーメット前駆体グレインは、好ましくは層状構造を示す。層状構造中、2つの薄層の間の平均距離は、特に0.2μmを超え、好ましくは0.3μmを超え、および/または6μm未満、好ましくは4μm未満となることができる。
本発明によるサーメット粉末またはサーメット前駆体粉末は、以下の任意選択的な特性の1つまたは複数を含むこともできる、すなわち、
−メジアン直径D50は、0.5μmを超え、さらには1μmを超え、さらには2μmを超え、および/または80μm未満、さらには50μm未満、さらには40μm未満である;
−第1の特定の一実施形態においては、粉末は、0.5μmを超え、さらには1μmを超え、4μm未満であるメジアン直径を示す。SOFCセルスタックのアノード機能層の特性は、有利にはそれによって改善される;
−第2の特定の一実施形態においては、粉末は、10μmを超え、さらには20μmを超え、および/または80μm未満、さらには50μm未満、さらには40μm未満、さらには30μm未満のメジアン直径を示し;好ましくは、メジアン直径は約25μmであり;SOFCセルスタックのアノード機能層の特性は、有利にはそれによって改善される;
−粉末のグレインの「最大サイズ」とも呼ばれる99.5パーセンタイルD99.5は、200μm未満、さらには150μm未満、さらには110μm未満である;
−粉末のアスペクト比Rの分布は、グレインのアスペクト比が前記グレインの長さLと幅Wとの間の比L/Wであり、
・粉末のグレインの90%未満、さらには80%未満が、1.5を超えるアスペクト比を示し、および/または
・粉末のグレインの少なくとも10%、さらには少なくとも20%、および/または60%未満、さらには40%未満が、2を超えるアスペクト比Rを示し、および/または
・粉末のグレインの少なくとも5%、さらには少なくとも10%、および/または40%未満、さらには20%未満が、2.5を超えるアスペクト比Rを示し、および/または
・粉末のグレインの少なくとも2%、さらには少なくとも5%、および/または20%未満、さらには10%未満が、3を超えるアスペクト比Rを示す分布であり、これらのパーセント値は数に基づくパーセント値である;
−サーメットグレインおよび/またはサーメット前駆体グレインは、規則的な構造を有し、有利な全体的配向を有さない;
−サーメットグレインおよび/またはサーメット前駆体グレインは、粉砕されたグレインであり、すなわち、溶融生成物、たとえば粒子またはブロックの形態の溶融生成物に対して粉砕作業を行うことで得られるグレインである。このような粉砕によって、グレインの特定の形状が得られる。
−メジアン直径D50は、0.5μmを超え、さらには1μmを超え、さらには2μmを超え、および/または80μm未満、さらには50μm未満、さらには40μm未満である;
−第1の特定の一実施形態においては、粉末は、0.5μmを超え、さらには1μmを超え、4μm未満であるメジアン直径を示す。SOFCセルスタックのアノード機能層の特性は、有利にはそれによって改善される;
−第2の特定の一実施形態においては、粉末は、10μmを超え、さらには20μmを超え、および/または80μm未満、さらには50μm未満、さらには40μm未満、さらには30μm未満のメジアン直径を示し;好ましくは、メジアン直径は約25μmであり;SOFCセルスタックのアノード機能層の特性は、有利にはそれによって改善される;
−粉末のグレインの「最大サイズ」とも呼ばれる99.5パーセンタイルD99.5は、200μm未満、さらには150μm未満、さらには110μm未満である;
−粉末のアスペクト比Rの分布は、グレインのアスペクト比が前記グレインの長さLと幅Wとの間の比L/Wであり、
・粉末のグレインの90%未満、さらには80%未満が、1.5を超えるアスペクト比を示し、および/または
・粉末のグレインの少なくとも10%、さらには少なくとも20%、および/または60%未満、さらには40%未満が、2を超えるアスペクト比Rを示し、および/または
・粉末のグレインの少なくとも5%、さらには少なくとも10%、および/または40%未満、さらには20%未満が、2.5を超えるアスペクト比Rを示し、および/または
・粉末のグレインの少なくとも2%、さらには少なくとも5%、および/または20%未満、さらには10%未満が、3を超えるアスペクト比Rを示す分布であり、これらのパーセント値は数に基づくパーセント値である;
−サーメットグレインおよび/またはサーメット前駆体グレインは、規則的な構造を有し、有利な全体的配向を有さない;
−サーメットグレインおよび/またはサーメット前駆体グレインは、粉砕されたグレインであり、すなわち、溶融生成物、たとえば粒子またはブロックの形態の溶融生成物に対して粉砕作業を行うことで得られるグレインである。このような粉砕によって、グレインの特定の形状が得られる。
本発明は、
a)−ZrO2、CoOおよび/またはNiO、および/またはこれらの酸化物の前駆体の1種類以上と、
−イットリウム、スカンジウムならびに、一方でスカンジウムと、他方でアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物から選択される、酸化ジルコニウムのドーパント、および/またはこのドーパントの前駆体の1種類以上と、
を導入する粒状出発物質を混合して、供給材料を形成する工程、
b)溶融材料が得られるまで供給材料を溶融させる工程、
c)前記溶融材料が完全に固化するまで冷却して、溶融生成物を得る工程、
d)前記溶融生成物を粉砕して粉末を得る工程、
e)任意選択的に、Coおよび/またはNiに変換されるCoOおよび/またはNiOの量を増加させるために、前記粉末を還元する工程、
の逐次的工程を含む製造方法にも関し、
工程d)の終了時に、粉末が本発明によるサーメット粉末であるように、出発物質が選択され、かつ工程c)における冷却が、溶融材料および/または溶融生成物を還元性流体と接触させる作業を含む。
a)−ZrO2、CoOおよび/またはNiO、および/またはこれらの酸化物の前駆体の1種類以上と、
−イットリウム、スカンジウムならびに、一方でスカンジウムと、他方でアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物から選択される、酸化ジルコニウムのドーパント、および/またはこのドーパントの前駆体の1種類以上と、
を導入する粒状出発物質を混合して、供給材料を形成する工程、
b)溶融材料が得られるまで供給材料を溶融させる工程、
c)前記溶融材料が完全に固化するまで冷却して、溶融生成物を得る工程、
d)前記溶融生成物を粉砕して粉末を得る工程、
e)任意選択的に、Coおよび/またはNiに変換されるCoOおよび/またはNiOの量を増加させるために、前記粉末を還元する工程、
の逐次的工程を含む製造方法にも関し、
工程d)の終了時に、粉末が本発明によるサーメット粉末であるように、出発物質が選択され、かつ工程c)における冷却が、溶融材料および/または溶融生成物を還元性流体と接触させる作業を含む。
好ましくは、工程b)で使用される加熱炉は、誘導炉、プラズマトーチ、アーク炉、またはレーザーから選択される。
本発明は、本発明によるサーメット粉末および/またはサーメット前駆体粉末を焼結させることによって得られる焼結生成物にも関する。
好ましくは、本発明による焼結生成物は、20%を超え、好ましくは25%を超え、好ましくは30%を超える、好ましくは均一に分布した全空隙率を示す。
好ましくは、本発明によるサーメット粉末および/またはサーメット前駆体粉末は、焼結生成物の重量の80%を超え、90%を超え、95%を超え、さらには実質的に100%に相当する。
焼結生成物は、特に電極、特にアノード、特にアノード機能層の全体または一部であってよい。本発明は、このようなアノード、および本発明による電極、特にアノードを含む固体酸化物燃料電池スタックの基本セル、およびそのような燃料電池スタックにも関する。
定義
用語「サーメット」は、従来、セラミック相および金属相の両方を含む複合材料を意味する。用語「サーメット前駆体」は、還元性条件下で本発明によるサーメットを得ることができる材料を意味する。サーメット前駆体は、一般に、セラミック相と、金属相の前駆体の相、すなわち還元性条件下で前記金属相に変換することができる相とを含む。
用語「サーメット」は、従来、セラミック相および金属相の両方を含む複合材料を意味する。用語「サーメット前駆体」は、還元性条件下で本発明によるサーメットを得ることができる材料を意味する。サーメット前駆体は、一般に、セラミック相と、金属相の前駆体の相、すなわち還元性条件下で前記金属相に変換することができる相とを含む。
生成物は、従来、出発物質の溶融と冷却による固化とを使用する方法によって得られる場合に「溶融」と記載される。
用語「共晶」は、従来、共晶組成物を溶融させた後、溶融材料を冷却することによって硬化させることによって得られる組織または形態を示す。文献“Fundamentals of Solidification”,third edition,W.Kurz and D.J.Fisher,Trans.Tech.Publication Ltd,Switzerland(1989)の“Solidification microstructure:Eutectic and peritectic”の章に、共晶組織が記載されている。
本発明者らの知る限りでは、共晶組織を得るためには溶融工程が重要である。
共晶組織を得るためには、共晶組成物を使用することも必要である。このような組成物は、特定の酸化物の組み合わせでのみ存在し、それが存在する場合、酸化物の比率は、考慮される組成物に依存する。2種類の共晶組成物が、1つの同一の酸化物を共通に有する場合でさえも、共晶組成物を得ることが可能な他の酸化物の含有量は、この他の酸化物の性質に依存する。たとえば、共晶組成物MgO−ZrO2およびSrO−ZrO2がそのようなものであり、MgO/ZrO2はSrO/ZrO2とは異なる。
したがって、ある文献に2つの酸化物から形成される共晶組成物が記載されており、これらの酸化物の一方の変更が想定される場合、その新しい酸化物を有する共晶組成物が依然としてとして存在することは保証できず、そのような共晶組成物を得ることが可能となる比率を先験的に決定できる可能性はさらに低い。
本発明によるサーメット前駆体の共晶組織は、規則的(正常)または不規則(異常)の2つの種類がありうる。
本発明によるサーメット前駆体の規則的な構造は、共晶相の間に顕著な結晶学的関係が存在する層状成長形態を示し、より具体的には、層状形態は、交互に酸化ジルコニウムと酸化コバルトまたは酸化ニッケルとでできた小板の積層体に相当する。薄層が固化する間、成長面Dl(図6B))は薄層の面に沿って移動する。
規則的な共晶組織を得るためには、0.1K/sを超え、好ましくは1K/sを超える固化速度が好ましい。その理由は、0.1K/s未満の固化速度では、最低融点を示す酸化物(CoOおよび/またはNiO)の昇華が促進され、この昇華によって、不規則な共晶組織または非共晶組織が形成されるうることを、本発明者らが見いだしたからである。
不規則な共晶組織では、2つの相の配向の間に全く関係性が示されない(図6C)および6D))。
拡張すると、共晶組織を示すサーメット前駆体の還元によって得られる材料の組織も共晶組織と記載される。
「ドーパント」は、一般に固溶体中のZrO2結晶格子の内部に組み込まれるジルコニウム陽イオン以外の金属陽イオンである。ドーパントは、酸化ジルコニウム中に挿入および/または置換された陽イオンとして存在することができる。
酸化ジルコニウムZrO2が、「x%までドーパントでドープされた」と記載される場合、これは、従来、前記ドープされた酸化ジルコニウム中、ドーパントの量は、ドーピング陽イオンとジルコニウム陽イオンとの総量を基準としたドーピング陽イオンのモルパーセント値であることを意味する。たとえば、20mol%までイットリウム(Y)でドープされた酸化ジルコニウム中では、20mol%のジルコニウム陽イオンがイットリウム陽イオンで置換されている。同様に、20mol%までスカンジウム(Sc)でドープされ1mol%までセリウムでドープされた酸化ジルコニウムでは、21mol%のジルコニウム陽イオンが、20mol%のスカンジウム陽イオンおよび1mol%のセリウム陽イオンで置換されている。
用語「(ZrO2+ドーパント)」は、ジルコニウム陽イオンとドーパント陽イオンとのモル含有量の合計を意味するものと理解されたい。
ZrO2、CoO、NiO、またはドーパントの前駆体は、溶融させ、続いて冷却により固化させることを含む方法によって、これらの酸化物またはこのドーパントのそれぞれを形成することができる化合物である。ドーパントがドープされた酸化ジルコニウムまたは前記ドーパントの酸化物がドープされた酸化ジルコニウムは、前記ドーパントの前駆体の具体例である。
用語「グレインのサイズ」は、レーザー粒度計を用いて行われる粒度分布特性決定によって従来得られるグレインのサイズを意味するものと理解されたい。本明細書において使用したレーザー粒度計はHoriba製のPartica LA−950である。
50および99.5パーセンタイルまたは「センタイル」(それぞれD50およびD99.5)は、グレインのサイズが増加する順序で分類される、粉末のグレインのサイズの累積粒度分布曲線上の、それぞれ50%および99.5%の重量パーセント値に対応するグレインのサイズである。たとえば、50重量の粉末のグレインはD50未満のサイズを有し、50重量%のグレインはD50を超えるサイズを有する。パーセンタイルは、レーザー粒度計を使用して得られる粒度分布を用いて求めることができる。
用語「粉末グレインの最大サイズ」は、前記粉末の99.5パーセンタイル(D99.5)を意味する。
用語「粉末のグレインのメジアンサイズ」または「メジアン直径」は、前記粉末の50パーセンタイル(D50)を意味する。
用語「不純物」は、出発物質とともに意図せず不可避的に導入されるか、これらの構成要素との反応によって得られる、不可避の構成要素を意味することを意図している。不純物は、必要な構成要素ではなく、単に許容されている構成要素である。たとえば、ナトリウムおよび他のアルカリ金属、鉄、バナジウム、およびクロムの酸化物、窒化物、オキシ窒化物、炭化物、オキシ炭化物、炭窒化物、および金属自体の群の一部を形成する化合物は、それらの存在が望ましくない場合には不純物である。
「ZrO2」に言及される場合、(ZrO2+HfO2)と理解するのに十分な理由が存在する。これは、ZrO2から化学的に分離できず類似の性質を示す少量のHfO2が、一般に2%未満の含有量でジルコニア源中に常に天然に存在するためである。
用語「Co」および「Ni」は、コバルト金属およびニッケル金属を意味するものと理解されたい。
用語「アスペクト比」Rは、グレインの最大見掛け寸法、すなわち「長さ」Lの、最小見掛け寸法、すなわち「幅」Wに対する比を意味する。グレインの長さおよび幅は、従来、以下の方法によって測定されている。粉末のグレインの代表的なサンプルを抜き取った後、これらのグレインを樹脂中に部分的に埋め込み、研磨面として観察できるように研磨を行う。アスペクト比の測定は、これらの研磨面の画像を使用して行われ、これらの画像は走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて二次電子において、10kVの加速電圧および×100の倍率(使用されるSEMの1ピクセル当たり1μmに相当する)で得られる。後のアスペクト比の測定が容易になるように、これらの画像は、グレインができるだけ十分に分離した領域で得られることが好ましい。長さLと記載される最大見掛け寸法と、Wと記載される最小見掛け寸法が、各画像の各グレインで測定される。好ましくは、これらの寸法は、たとえばNoesisより販売されるVisilogなどの画像処理ソフトウェアを使用して測定される。アスペクト比R=L/Wは各グレインについて計算される。続いて、実施したアスペクト比Rの測定をまとめたものから、粉末のアスペクト比の分布を求めることができる。
他の指定がない限り、酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトのすべての含有量は、酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの全モル量を基準として表したモルパーセント値である。
他の指定がない限り、サーメット前駆体グレイン酸化ジルコニウム、ドーパント、酸化ニッケル、および酸化コバルトのすべての含有量は、酸化ジルコニウム、ドーパント、酸化ニッケル、および酸化コバルトの全モル量を基準として表したモルパーセント値である。
本発明の他の特性および利点は、以下の説明を読み、添付の図面を検討することによって、より明確に明らかとなるであろう。
図2において、16mol%のイットリウムがドープされた酸化ジルコニウムは灰色であり、酸化ニッケルNiOは白色である。
図3において、16mol%のイットリウムがドープされた酸化ジルコニウムは灰色であり、酸化コバルトCoOは白色である。
図4において、16mol%のイットリウムがドープされた酸化ジルコニウムは灰色であり、ニッケルNiは白色であり、空隙は黒色である。
図5において、16mol%のイットリウムがドープされた酸化ジルコニウムは灰色であり、コバルトCoは白色であり、空隙は黒色である。
種々の図2〜5に見られる層の方向の配向の変化は、凝固先端(共晶成長面)の方向の変化によるものである。
本発明は、本発明によるサーメット前駆体粉末または本発明によるサーメット粉末の一般的な製造方法であって、
a)
−ZrO2、CoOおよび/またはNiO、および/またはこれらの酸化物の1種類以上の前駆体と、
−イットリウム、スカンジウム、一方でスカンジウムと、他方でアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物から選択される酸化ジルコニウムのドーパント、および/またはこのドーパントの1種類以上の前駆体と、
を導入する粒状出発物質を混合して、供給材料を形成する工程、
b)溶融材料が得られるまで供給材料を溶融させる工程、
c)前記溶融材料が完全に固化するまで冷却して、共晶組織を示す溶融生成物を得る工程、
d)前記溶融生成物を粉砕して粉末を得る工程、
e)任意選択的に、Coおよび/またはNiに変換されるCoOおよび/またはNiOの量を増加させるために、前記粉末を還元する工程、
の連続する工程を含む方法に関し、
出発物質が、工程d)の終了時に、得られる粉末は、本発明によるサーメットグレインまたはサーメット前駆体グレインから形成される粉末となるように選択される。
a)
−ZrO2、CoOおよび/またはNiO、および/またはこれらの酸化物の1種類以上の前駆体と、
−イットリウム、スカンジウム、一方でスカンジウムと、他方でアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物から選択される酸化ジルコニウムのドーパント、および/またはこのドーパントの1種類以上の前駆体と、
を導入する粒状出発物質を混合して、供給材料を形成する工程、
b)溶融材料が得られるまで供給材料を溶融させる工程、
c)前記溶融材料が完全に固化するまで冷却して、共晶組織を示す溶融生成物を得る工程、
d)前記溶融生成物を粉砕して粉末を得る工程、
e)任意選択的に、Coおよび/またはNiに変換されるCoOおよび/またはNiOの量を増加させるために、前記粉末を還元する工程、
の連続する工程を含む方法に関し、
出発物質が、工程d)の終了時に、得られる粉末は、本発明によるサーメットグレインまたはサーメット前駆体グレインから形成される粉末となるように選択される。
サーメットは好ましくは、
0.250×Ni+0.176×Co≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×Ni+0.333×Co
となる組成を示し、含有量は、酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの全モル量を基準としたモルパーセント値として表される。
0.250×Ni+0.176×Co≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×Ni+0.333×Co
となる組成を示し、含有量は、酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの全モル量を基準としたモルパーセント値として表される。
溶融サーメット前駆体は好ましくは、
0.250×NiO+0.176×CoO≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×NiO+0.333×CoO
となる組成を示し、含有量は、ドーパントならびにZrO2、CoO、およびNiOの酸化物の全モル量を基準としたモルパーセント値として表される。
0.250×NiO+0.176×CoO≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×NiO+0.333×CoO
となる組成を示し、含有量は、ドーパントならびにZrO2、CoO、およびNiOの酸化物の全モル量を基準としたモルパーセント値として表される。
したがって、従来の溶融方法によって、種々のサイズを有する、たとえばグレインまたはブロックの形態のサーメット前駆体またはサーメットでできた溶融生成物を製造することができる。得られた生成物(サーメット前駆体またはサーメット)の性質は、製造方法を実施する間に生じる酸化/還元条件に依存する。特に、工程e)によってサーメット量が増加する。
工程a)において、本発明の方法で、工程d)またはe)の終了時に、前述の任意選択的な特性の1つ以上を任意選択的に示す本発明によるサーメット粉末またはサーメット前駆体粉末を得るために、供給材料を調節することができる。
ドーパントは、酸化ジルコニウムとは別に供給材料に加えることができる。ドープされた酸化ジルコニウムを供給材料に加えることもできる。
酸化物のZrO2、CoO、および/またはNiO、それらの前駆体、酸化ジルコニウムのドーパント、およびそれらの前駆体は、好ましくは、不純物と合わせて供給材料の100%を構成する。好ましくは、不純物は、供給材料の酸化物を基準としたモルパーセント値として以下のとおりになる、すなわち、
・CeO2<0.5%(ドーパントがスカンジウムとアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物でない場合)、および/または
・Na2O<0.3%、および/または
・Fe2O3<0.2%、および/または
・Al2O3<0.3%(ドーパントがスカンジウムとアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物でない場合)、および/または
・TiO2<0.3%、および/または
・CaO<0.2%、および/または
・MgO<0.2%。
・CeO2<0.5%(ドーパントがスカンジウムとアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物でない場合)、および/または
・Na2O<0.3%、および/または
・Fe2O3<0.2%、および/または
・Al2O3<0.3%(ドーパントがスカンジウムとアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物でない場合)、および/または
・TiO2<0.3%、および/または
・CaO<0.2%、および/または
・MgO<0.2%。
工程b)において、特に誘導炉、プラズマトーチ、アーク炉、またはレーザーを使用することができる。
工程b)において、溶融は、好ましくは酸化性条件下で行われる。工程b)の酸化性条件を工程c)で維持することができる。
概論で説明したように、レーザー浮遊帯溶融によって得られる共晶組織の実質的に完全な規則性(すべての薄層が互いに実質的に平行になる)は重要ではない。
図3に示される断面において、本発明によるサーメットグレインまたはサーメット前駆体グレインは、平行な薄層の第1および第2の網目構造R1およびR2のそれぞれを示すことができ、第1の網目構造の層と第2の網目構造の薄層とは、第1および第2の網目構造の間の界面で、それぞれ軸A1およびA2に沿って、10°を超え、さらには20°を超え、45°を超え、または60°を超える角度αで互いに離れて配向する。次に、この構造は、(薄層の網目構造の内部で)局所的に望ましい配向を示す。より大きなスケールでは、薄層の配向は、指紋の溝のように変化する。この種の共晶組織は規則的であると見なされ、したがって有利な全体的配向を示さない。
有利な全体的配向を有さないこれらの規則的な共晶組織によって得られる良好な結果のため、工程c)において、特に前述の論文に記載される条件下で、レーザー浮遊帯溶融法を使用できる場合でも、レーザー浮遊帯溶融法よりもはるかに単純で効率的な製造方法を想定することができる。
一実施形態においては、レーザー浮遊帯溶融法、および特に前述した方法以外の方法が使用される。好ましくは、アーク炉または誘導炉が使用される。したがって有利には、工業的な方法で多量の製品を得ることが可能である。
工程c)は、完全に、または部分的に、酸化性条件下または還元性条件下で行うことができる。酸化性条件下では、本発明によるサーメット粉末を得るために工程e)が必要である。還元性条件下では、工程e)は有利には任意選択となりうる。
工程c)において、固化速度によって、構造が決定され、特に層状構造の場合、2つの薄層間の主要距離が決定される。
平行な薄層はまっすぐとなることも、湾曲していることもあり得る。
有利な全体的配向を有さずに規則的な共晶組織を示すグレインから形成された粉末を使用できるため、冷却条件はあまり重要ではなくなる。特に、固化速度および/または凝固先端の配向は、溶融生成物の位置によって変化させることができる。
固化速度は規則的な共晶組織を製造するために調節することができる。特に、好ましくは、固化速度は0.1K/sを超え、好ましくは1K/sを超える。組織の規則性が好ましいが、本発明は不規則な共晶組織を示すグレインを有する粉末にも関する。
工程d)において、後の工程の硬化を高めるため、工程c)で得られた溶融生成物が粉砕される。粉砕された生成物の粒度は、その目的により調節される。
粉砕は、たとえばエアジェットミルまたはロールミルなどの様々な種類のミルで行うことができる。細長い形状のグレインを示す粉末が望ましい場合は、好ましくはロールミルが使用される。
適切であれば、粉砕されたグレインは、たとえばふるい分けによって、粒度選択作業が行われる。
工程e)において、還元によって、酸化物NiOおよびCoOの少なくとも一部が、それぞれNiおよびCoに変換される。このために、工程c)またはd)で得られたサーメット前駆体が還元性環境にさらされる。たとえば、水素含有ガスなどの還元性流体と接触させることができる。
前記還元性流体は、好ましくは少なくとも4体積%、好ましくは少なくとも20体積%、さらには少なくとも50体積%の水素(H2)を含む。
工程e)の終了後、本発明によるサーメット粉末が得られる。
本発明は、一般的な製造方法の関連で前述した工程a)およびb)であり、この第1の方法では「a1)」および「b1)」とそれぞれ記載される工程と、以下の、
c1’)液滴の形態で溶融材料を分散させる工程、
c1’’)サーメット前駆体の溶融グレインを得るために、流体と接触させることによってこれらの液滴を固化させる工程、
を含む工程c)とを含む第1の特定の製造方法にも関する。
c1’)液滴の形態で溶融材料を分散させる工程、
c1’’)サーメット前駆体の溶融グレインを得るために、流体と接触させることによってこれらの液滴を固化させる工程、
を含む工程c)とを含む第1の特定の製造方法にも関する。
したがって、供給材料の組成を単に調節することで、従来の分散方法、特にブローイング、遠心分離、または霧化によって、溶融材料から本発明によるサーメット前駆体のグレインを製造することができる。
第1の特定の製造方法は、前述の一般的な製造方法の任意選択的な特性の1つ、さらには数個を含むこともできる。
工程c1’)および/または工程c1’’)において、固化の最中の前記溶融材料および/または前記液滴を、酸化性流体と接触させることができる。これらの工程中、固化の最中に前記溶融材料および前記液滴のいずれも還元性流体と接触しない場合は、工程e)が、本発明によるサーメット製品を得るために重要である。
工程c)の終了後、サーメット前駆体でできたビーズが得られる。
特に有利な別の形態では、工程c1’)および/または工程c1’’)において、固化の最中の前記溶融材料および/または前記液滴を還元性流体と接触させ、この流体は、工程c1’)および工程c1’’)の場合と好ましくは同一である。有利には、この結果、サーメットグレインを得るために工程e)はもはや重要ではなくなる。還元性流体は、少なくとも4体積%、好ましくは少なくとも20体積%、さらには少なくとも50体積%の水素(H2)を含むことができる。
還元性流体が工程c1’)および/または工程c1’’)で使用される場合でさえも、サーメット量を増加させるために工程e)を想定することができる。好ましくは気体である工程c1’)および/または工程c1’’)において使用される還元性流体は、工程e)において任意選択的に使用される流体と同一であっても異なっていてもよい。
一実施形態においては、分散工程c1’)および固化工程c1’’)は実質的に同時であり、分散に使用される手段によって、溶融材料が冷却される。たとえば、分散が、溶融材料にガスを吹き付けることで行われ、前記ガスの温度が所望の固化速度のために調節される。
液滴を酸化性流体または還元性流体と接触させる時間を変化させることができる。しかし、好ましくは、液滴が完全に固化するまで、この流体中の液滴間の接触が維持される。
本発明は、一般的な製造方法の関連で前述した工程a)およびb)であって、第2の特定の製造方法では「a2)」および「b2)」とそれぞれ記載される工程と、以下の、
c2’)前記溶融材料を金型に注型する工程;
c2’’)少なくとも部分的に、さらには完全に固化したブロックが得られるまで、金型に注型した材料を冷却することによって固化させる工程;
c2’’’)ブロックを金型から取り出す工程、
を含む工程c)とを含む第2の特定の製造方法にも関する。
c2’)前記溶融材料を金型に注型する工程;
c2’’)少なくとも部分的に、さらには完全に固化したブロックが得られるまで、金型に注型した材料を冷却することによって固化させる工程;
c2’’’)ブロックを金型から取り出す工程、
を含む工程c)とを含む第2の特定の製造方法にも関する。
この第2の特定の製造方法は、上述の一般的な製造方法の任意選択的な特性の1つ、さらには数個をも含むことができる。
特定の一実施形態においては、工程c2’)において、急速に冷却可能な金型が使用される。特に、シートの形態のブロックを形成可能な金型、好ましくは米国特許第3,993,119号明細書に記載される金型を使用すると有利である。
工程c2’)中および/または工程c2’’)中および/または工程c2’’’)中および/または工程c2’’’)後に、金型中での固化の最中の前記溶融材料および/または注型した材料、および/または金型から取り出したブロックは、酸化性流体と接触させることができる。これらの工程中、金型中で固化の最中の前記溶融材料および注型した材料、ならびに金型から取り出したブロックのいずれも還元性流体と接触しない場合は、工程e)が、本発明によるサーメット製品を得るために重要である。
特に有利な別の形態では、工程c2’)中および/または工程c2’’)中および/または工程c2’’’)中および/または工程c2’’’)後に、注型および/または固化の最中の前記溶融材料、および/または金型から取り出したブロックを、還元性流体と直接または間接的に接触させることができる。還元性流体は少なくとも4体積%、好ましくは少なくとも20体積%、さらには少なくとも50体積%の水素(H2)を含むことができる。還元性流体と接触させる作業は、10mm未満、さらには5mm未満の厚さ、特にシートの形態のブロックを製造するために金型が設計される場合に、特に有効である。
好ましくは気体である、工程c2’)中および/または工程c2’’)中および/または工程c2’’’)中および/または工程c2’’’)後に使用される還元性流体は、工程e)において任意選択的に使用される流体と同一であっても異なっていてもよい。
還元性流体が、工程c2’)中および/または工程c2’’)中および/または工程c2’’’)中および/または工程c2’’’)後に使用される場合でさえも、特にバルクブロックの製造中に、サーメット量を増加させるために工程e)が一般に好ましい。好ましくは気体である、工程c2’)中および/または工程c2’’)中および/または工程c2’’’)中および/または工程c2’’’)後に使用される還元性流体は、工程e)において任意選択的に使用される流体と同一であっても異なっていてもよい。
好ましくは、酸化性流体または還元性流体と接触させる前記作業は、金型に溶融材料を注型するときから始められ、ブロックを金型から取り外すときまで行われる。好ましくはこの場合も、ブロックが完全に固化するまで、前記接触作業が維持される。
工程c2’’)において、冷却中の溶融材料の固化速度は、特に常に1000K/s未満、100K/s未満、50K/s未満であってよい。層状構造が望ましい場合、固化速度は好ましくは0.1K/sを超え、好ましくは1K/sを超える。
工程c2’’’)においては、金型からの取り外しは、好ましくは、ブロックが完全に固化する前に行われる。好ましくは、ブロックが、その形状を実質的に維持するのに十分な剛性を示すとすぐに、金型から取り外される。それによって酸化性流体または還元性流体との接触の効果が増加する。
第1および第2の特定の方法は、良好な歩留りで多量の製品が製造可能となる工業的な方法である。
当然ながら、本発明によるサーメット前駆体粉末またはサーメット粉末を製造するために、前述の方法以外の他の方法を想定することができる。
本発明によるサーメット粉末は、たとえば、
A)本発明によるサーメット粉末または本発明によるサーメット前駆体粉末を製造する工程;
B)工程A)で製造した粉末を成形する工程;
C)こうして成形された前記粉末を焼結させる工程;
D)任意選択的に還元熱処理を行う工程、
の連続する工程によって、特に、本発明による多孔質製品、特に多孔質アノードおよび多孔質アノード機能層を製造するために使用することができる。
A)本発明によるサーメット粉末または本発明によるサーメット前駆体粉末を製造する工程;
B)工程A)で製造した粉末を成形する工程;
C)こうして成形された前記粉末を焼結させる工程;
D)任意選択的に還元熱処理を行う工程、
の連続する工程によって、特に、本発明による多孔質製品、特に多孔質アノードおよび多孔質アノード機能層を製造するために使用することができる。
工程A)において使用されるサーメット粉末は、特に、前述の工程a)〜e)により製造することができる。
工程A)において、好ましくは、本発明によるサーメット粉末または本発明によるサーメット前駆体粉末は、重量パーセント値として70%を超え、80%を超え、90%を超え、95%を超え、98%を超え、さらには実質的に100%の本発明によるサーメットグレインまたはサーメット前駆体グレインを含み、100%となるまでの残りは、好ましくは不純物で構成される。
好ましくは、本発明によるサーメット粉末または本発明によるサーメット前駆体粉末は、任意選択的なドーパントを考慮せずに、前記サーメット粉末または前記サーメット前駆体粉末のそれぞれを基準とした重量パーセント値として、工程C)および/またはD)中に、任意選択的にドープされたジルコニアおよび/または酸化ニッケルおよび/または酸化コバルト、および/またはニッケルおよび/またはコバルトと反応することができる構成要素、特に、本発明によるサーメットグレインのジルコニアおよび/またはニッケルおよび/またはコバルト、あるいは本発明によるサーメット前駆体グレインのジルコニアおよび/または酸化ニッケルおよび/または酸化コバルトと反応することができる構成要素を5%未満、好ましくは1%未満で含む。好ましくは、本発明によるサーメット粉末または本発明によるサーメット前駆体粉末は、このような構成要素を実質的に含まない。
したがって、工程C)または工程D)の終了時に得られる多孔質製品は、重量パーセント値として70%を超え、80%を超え、90%を超え、95%を超え、98%を超え、さらには実質的に100%の本発明によるサーメットグレインを含むことができる。さらに、この多孔質製品中の本発明によるサーメットグレインは、有利にはそれらの重量の80%を超え、それらの重量の90%を超え、それらの重量の95%を超え、さらにはそれらの重量の実質的に100%の共晶組織材料を含むことができる。
有利であり、驚くべきことに、本発明者らは、このような多孔質製品が、特に熱的に安定である空隙率を示すことを見いだした。
工程B)において、粉末は特定の任意の形状となり得、層の形態の堆積物となることができる。
工程C)において、成形された粉末は、従来の焼結技術により、たとえばホットプレスによって焼結される。特に、粉末がサーメット前駆体粉末である場合、焼結は、酸化性雰囲気中、たとえば空気下で行うことができる。
任意選択の工程D)において、焼結された粉末は還元性雰囲気で熱処理され、これによって、工程A)において、本発明によるサーメット前駆体粉末が使用可能になる。
好ましくは、サーメット前駆体粉末が工程A)において使用され、製造方法は、空気下で焼結させる工程C)と、還元性雰囲気で熱処理を行う工程D)とを含む。
本発明による多孔質製品は、典型的には20%を超え、および/または60%未満の高い全空隙率を示すことができる。全空隙率は、焼結中に形成される粒子内空隙率および粒子間空隙率によって得られる。
以下の非限定的な実施例は、本発明の説明を目的として提供される。
シートの形態で提供される比較例1の製品は、CO2レーザーを600ワットの出力で使用したレーザー浮遊帯溶融によって得た。
使用した出発物質は以下の通りである、すなわち、
−直径1mmのジルコニアビーズを含むマイクロミル中、2−プロパノール中で粉砕して得られる約1μmのメジアン直径を示す酸化ニッケルNiO粉末、Alfa Aesarより販売される粉末であり、粒度は−325メッシュであり、純度は99.99%を超え、70℃で10時間乾燥させた後のものである;
−16mol%のイットリウムでドープされた酸化ジルコニウムから形成される粉末、8YSZの名称でTosohより販売され、メジアン直径0.25μmおよび純度99.9%。
−直径1mmのジルコニアビーズを含むマイクロミル中、2−プロパノール中で粉砕して得られる約1μmのメジアン直径を示す酸化ニッケルNiO粉末、Alfa Aesarより販売される粉末であり、粒度は−325メッシュであり、純度は99.99%を超え、70℃で10時間乾燥させた後のものである;
−16mol%のイットリウムでドープされた酸化ジルコニウムから形成される粉末、8YSZの名称でTosohより販売され、メジアン直径0.25μmおよび純度99.9%。
粉末の出発物質を選択し、製造される製品に応じてそれらの量を調節する。
出発物質をアセトン中で均質に混合する。この懸濁液を1時間攪拌する。続いて、懸濁液を、各2分間の8サイクルで超音波を使用して解凝集させ、次に70℃で12時間乾燥させる。
こうして得られた混合物をシートの形状にプレスする。
続いて、得られたシートを以下の方法で空気下で焼結させる、すなわち、
1℃/分で周囲温度から400℃まで上昇させ;
400℃で6時間の定常工程;
4℃/分で400℃から1300℃まで上昇させ;
1300℃で12時間の定常工程;
4℃/分で1300℃から1450℃まで上昇させ;
1450℃で0.5時間の定常工程;
2℃/分で温度まで低下させる。
1℃/分で周囲温度から400℃まで上昇させ;
400℃で6時間の定常工程;
4℃/分で400℃から1300℃まで上昇させ;
1300℃で12時間の定常工程;
4℃/分で1300℃から1450℃まで上昇させ;
1450℃で0.5時間の定常工程;
2℃/分で温度まで低下させる。
こうして焼結させたシートを、続いて(回転させずに)平行移動させて、50Wに調節したレーザービームに通す。こうして500mm/時の一定成長速度で上部のレーザー浮遊帯溶融を行い、これは100K/sの固化速度に相当する。
こうして得られたシートを下記の手順により還元する、すなわち、
長さ約100cmおよび内径3cmの石英管を停止状態の管状炉に入れる。図7に記載の原理により、炉の中で管を移動できるようにするため、石英管は炉よりも長い。微量の酸素を除去するために、4体積%の水素(H2)および96体積%の窒素(N2)からなる還元性ガス混合物を、0.7リットル/分の流量で石英管の中に流す。続いて、炉を850℃まで上昇させる(約10℃/分で温度上昇)。続いてあらかじめ秤量したシートを石英管の中に入れ(図7(a))、3.5時間の間、炉の高温領域で処理されるようにシートを配置できるようにするため、炉に沿って石英管を動かす(図7(b))。
長さ約100cmおよび内径3cmの石英管を停止状態の管状炉に入れる。図7に記載の原理により、炉の中で管を移動できるようにするため、石英管は炉よりも長い。微量の酸素を除去するために、4体積%の水素(H2)および96体積%の窒素(N2)からなる還元性ガス混合物を、0.7リットル/分の流量で石英管の中に流す。続いて、炉を850℃まで上昇させる(約10℃/分で温度上昇)。続いてあらかじめ秤量したシートを石英管の中に入れ(図7(a))、3.5時間の間、炉の高温領域で処理されるようにシートを配置できるようにするため、炉に沿って石英管を動かす(図7(b))。
こうして得られたシートは、冷却後、レーザーによって溶融しなかったシート部分を除去することにある修正工程を行う。修正後、厚さ500μmのサーメットシートが得られる。
本発明による実施例2の製品は、600ワットの出力のCO2レーザーを使用してレーザー浮遊帯溶融を行い、粉砕し、ふるい分けすることによって得た。
使用した出発物質は以下の通りである、すなわち、
−ジルコニアビーズを含むマイクロミル中、2−プロパノール中で粉砕して得られる約1μmのメジアン直径を示す酸化ニッケルNiO粉末、Alfa Aesarより販売される粉末であり、粒度は−325メッシュであり、純度は99.99%を超え、70℃で10時間乾燥させた後のものである;
−16mol%のイットリウムでドープされた酸化ジルコニウムとして形成された粉末、8YSZの名称でTosohより販売され、メジアン直径0.25μmおよび純度99.9%。
−ジルコニアビーズを含むマイクロミル中、2−プロパノール中で粉砕して得られる約1μmのメジアン直径を示す酸化ニッケルNiO粉末、Alfa Aesarより販売される粉末であり、粒度は−325メッシュであり、純度は99.99%を超え、70℃で10時間乾燥させた後のものである;
−16mol%のイットリウムでドープされた酸化ジルコニウムとして形成された粉末、8YSZの名称でTosohより販売され、メジアン直径0.25μmおよび純度99.9%。
粉末の出発物質を選択し、製造される製品に応じてそれらの量を調節する。
出発物質をアセトン中で均質に混合する。この懸濁液を1時間攪拌する。続いて、懸濁液を、各2分間の8サイクルで超音波を使用して解凝集させ、次に70℃で12時間乾燥させる。
こうして得られた混合物を、冷間静水圧プレス(CIP)によって175MPaで5分で棒に成形する。
続いて、得られた棒を、以下の方法で空気下で焼結させる、すなわち、
1℃/分で周囲温度から400℃まで上昇させ;
400℃で6時間の定常工程;
4℃/分で400℃から1350℃まで上昇させ;
1350℃で2時間の定常工程;
2℃/分で周囲温度まで低下させる。
1℃/分で周囲温度から400℃まで上昇させ;
400℃で6時間の定常工程;
4℃/分で400℃から1350℃まで上昇させ;
1350℃で2時間の定常工程;
2℃/分で周囲温度まで低下させる。
こうして焼結させた棒を、続いて(棒を回転させずに)平行移動させて、50Wに調節したレーザービームに通す。こうして、これらを10〜3500mm/時の間の一定成長速度で上部のレーザー浮遊帯溶融を行い、これは2〜約700K/sの間の固化速度に相当する。
実施例2の場合、本発明によるサーメット前駆体グレインで形成された粉末を得るために、浮遊帯の固化の後、棒から得られる製品を粉砕しふるい分けする。
実施例3、実施例2の棒を下記の手順により還元した、すなわち、
長さ約100cmおよび内径3cmの石英管を停止状態の管状炉に入れる。図7に記載の原理により、炉の中で管を移動できるようにするため、石英管は炉よりも長い。微量の酸素を除去するために、4体積%の水素(H2)および96体積%のアルゴン(Ar)からなる還元性ガス混合物を、0.7リットル/分の流量で石英管の中に流す。続いて、炉を750℃まで上昇させる(約10℃/分で温度上昇)。続いてあらかじめ秤量した棒を石英管の中に入れ(図7(a))、1時間の間、炉の高温領域で処理されるように棒を配置できるようにするため、炉に沿って石英管を動かす(図7(b))。続いて、棒が炉の外側になるように、石英管を移動させる。次に棒を管から取り出し、秤量する。続いて、棒を石英管の中に戻し、2回の処理の間で棒の重量が変化しなくなるまで、前述の還元性ガス混合物下で新しい熱処理を行う。
長さ約100cmおよび内径3cmの石英管を停止状態の管状炉に入れる。図7に記載の原理により、炉の中で管を移動できるようにするため、石英管は炉よりも長い。微量の酸素を除去するために、4体積%の水素(H2)および96体積%のアルゴン(Ar)からなる還元性ガス混合物を、0.7リットル/分の流量で石英管の中に流す。続いて、炉を750℃まで上昇させる(約10℃/分で温度上昇)。続いてあらかじめ秤量した棒を石英管の中に入れ(図7(a))、1時間の間、炉の高温領域で処理されるように棒を配置できるようにするため、炉に沿って石英管を動かす(図7(b))。続いて、棒が炉の外側になるように、石英管を移動させる。次に棒を管から取り出し、秤量する。続いて、棒を石英管の中に戻し、2回の処理の間で棒の重量が変化しなくなるまで、前述の還元性ガス混合物下で新しい熱処理を行う。
続いて、本発明によるサーメットグレインから形成された粉末を得るために、棒を粉砕し、ふるい分けする。
実施例4の製品は、アーク炉で溶融させることによって得た。
使用した出発物質は以下の通りである、すなわち、
−Altichemより販売され、96%を超えるグレインが45μm未満のサイズを示す、71〜72重量%のコバルトを含む酸化コバルトCo3O4粉末;
−純度99.65%およびメジアン直径が4〜5μmの間であり、Saint−Gobain ZirproよりCZ−5の名称で販売される酸化ジルコニウム粉末;
−純度が99%を超え、Treibacher Industrie A.G.よりYttrium Oxide 99.99%の名称で販売される酸化イットリウム粉末。
−Altichemより販売され、96%を超えるグレインが45μm未満のサイズを示す、71〜72重量%のコバルトを含む酸化コバルトCo3O4粉末;
−純度99.65%およびメジアン直径が4〜5μmの間であり、Saint−Gobain ZirproよりCZ−5の名称で販売される酸化ジルコニウム粉末;
−純度が99%を超え、Treibacher Industrie A.G.よりYttrium Oxide 99.99%の名称で販売される酸化イットリウム粉末。
前記出発物質を混合することによって得られた供給材料を、黒鉛電極を含み、3リットルの容量を有する黒鉛容器を有するHeroult型単相電気アーク炉中、電圧65〜70V、電流400A、および供給される比エネルギー1230kWh/Tを使用して溶融させた。製造条件は酸化性条件であった。溶融を行うときは、小さい流れが形成されるように溶融液体を注ぐ。5barの圧力で乾燥圧縮空気を吹き付けることで、この小さい流れを破壊して、溶融液体を液滴として分散させる。
吹き付けによってこれらの液滴は冷却され、0.01〜3mmの間のサイズの溶融粒子の形態で凝固する。冷却速度は、粒子のサイズの関数となる。0.3mmのサイズの粒子の場合で、約1000K/sとなる。これらの粒子は、続いて、ロールミルを用いて粉砕されてふるい分けされ、それによって本発明によるサーメット前駆体グレインから形成された粉末が得られる。
実施例5の製品は、下記の手順により実施例4の粉末を還元することによって得た、すなわち、
Heraeus K18電気炉中に入れられた、長さ300mmおよび直径100mmの円筒形の焼結アルミナでできた封止されたマッフル中に、実施例4による約1kgの粉末を入れる。微量の酸素を除去するために、10体積%の水素(H2)および90体積%のアルゴン(Ar)からなる還元性ガス混合物を3リットル/分の流量で石英管の中に流す。炉を12時間の間、1000℃まで上昇させる(約300℃/時で温度上昇)。冷却後、本発明によるサーメットグレインから形成された粉末が得られる。
Heraeus K18電気炉中に入れられた、長さ300mmおよび直径100mmの円筒形の焼結アルミナでできた封止されたマッフル中に、実施例4による約1kgの粉末を入れる。微量の酸素を除去するために、10体積%の水素(H2)および90体積%のアルゴン(Ar)からなる還元性ガス混合物を3リットル/分の流量で石英管の中に流す。炉を12時間の間、1000℃まで上昇させる(約300℃/時で温度上昇)。冷却後、本発明によるサーメットグレインから形成された粉末が得られる。
種々の実施例において、不純物含有量は2%未満であった。
結果を以下の表1にまとめている。
続いて、実施例2の粉末(本発明による粉末)から、69MPaの圧力における冷間一軸プレスによって、直径28mmおよび厚さ2mmの円板を作製した。こうして得られた円板に対して、続いて、1280℃において空気下でホットプレスを行い、12MPaの最大圧力を30分間加えた。
続いて、円板に対して、実施例5の粉末に関して記載される手順による還元を行った。
得られた円板には亀裂は見られなかった。
したがって本発明による粉末によって、種々の形状を有し、亀裂を示さない、共晶組織を有するサーメットでできた共晶組織を有する部品の製造が可能となる。これらの部品は、SOFC燃料電池スタックのアノードの製造に好適であることが分かった。
空隙率の安定性の測定
比較例1および本発明による実施例3のそれぞれの棒から無作為に5つのサンプルを選ぶ。
比較例1および本発明による実施例3のそれぞれの棒から無作為に5つのサンプルを選ぶ。
続いて、それぞれの棒について以下のエージング処理を行う、すなわち、長さ約100cmおよび内径3cmの石英管を停止状態の管状炉に入れる。図7に記載の原理により、炉の中で管を移動できるようにするため、石英管は炉よりも長い。微量の酸素を除去するために、4.8体積%の水素(H2)、3体積%の水(H2O)、および92.2体積%のアルゴン(Ar)からなる還元性混合物を0.4リットル/分の流量で石英管の中に流す。続いて、炉を850℃まで上昇させる(約10℃/分で温度上昇)。続いて棒を石英管の中に入れ、600時間の間、炉の高温領域で処理されるように棒を配置できるようにするため、炉に沿って石英管を動かす。続いて、棒が炉の外側になるように、石英管を移動させ、次に、分析のために棒を管から取り出す。
エージング処理前に選択した同じ棒のサンプルと比較するために、得られた棒から無作為に5つの別のサンプルを選択する。
各棒について、Quantachrome InstrumentsのPoremaster(登録商標)33ポロシメーターを使用した水銀ポロシメトリーによって、エージング前後の数を基準とした空隙の分布を測定する。
これらの分布は、エージング前および後のそれぞれで、この棒から得た5つのサンプルにわたって累積的に評価する。
たとえば、比較例1の棒に対するエージング処理前の空隙の数分布は、エージング処理前にこの棒から得た5つのサンプルのそれぞれについて測定される空隙の分布の合計である。
定義により、空隙の数の50%がメジアン直径D50未満の空隙サイズを示す。
メジアン直径D50の増加のパーセント値は以下の式、
[(エージング処理後のD50)−(エージング処理前のD50)]/(エージング処理前のD50)
によって定義される。
[(エージング処理後のD50)−(エージング処理前のD50)]/(エージング処理前のD50)
によって定義される。
得られた結果を表2にまとめている。
これらの測定は、比較例よりも本発明による実施例に関して空隙率の変化が顕著に小さいことを示している。
驚くべきことに、本発明者らは、本発明による製品が、経時による空隙率のより高い安定性を示すことをこのように実証した。
当然ながら、本発明は、説明のために提供される記載の実施形態に限定されるものではない。
Claims (18)
- グレインから形成される粉末であって、前記グレインが、
−イットリウム、スカンジウム、ならびに、スカンジウムとアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物から選択されるドーパントでドープされた酸化ジルコニウムZrO2と、ニッケルNiおよび/またはコバルトCoとから形成される溶融サーメットであって、酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの全モル量を基準としたモルパーセント値としての酸化ジルコニウム、ドーパント、ニッケル、およびコバルトの含有量が、
0.250×Ni+0.176×Co≦(ZrO2+ドーパント)≦0.428×Ni+0.333×Co
である溶融サーメット、および/または
−前記溶融サーメットの前駆体、
を含み、前記サーメットおよび/または前駆体が共晶組織を示し、前記粉末が0.3μm〜100μmの間のメジアン直径D50を示す、粉末。 - 前記サーメットが、ニッケルを含まず、不純物を除いて合計100%となるモルパーセント値として、
−(ZrO2+ドーパント):15%〜25%
−Co:75%〜85%.
であるサーメットである、請求項1に記載の粉末。 - 前記サーメットが、コバルトを含まず、不純物を除いて合計100%となるモルパーセント値として、
−(ZrO2+ドーパント):20%〜30%
−Ni:70%〜80%
であるサーメットである、請求項1または2に記載の粉末。 - ジルコニウム陽イオンおよびドーパント陽イオンのモル含有量の合計を基準とした前記酸化ジルコニウムZrO2のドーパントのモル含有量が、14%を超え25%未満である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の粉末。
- −前記酸化ジルコニウムZrO2がイットリウムでのみドープされ、ジルコニウム陽イオンおよびイットリウム陽イオンのモル含有量の合計を基準としたイットリウム陽イオンのモル含有量が14%を超え22%未満である、または
−前記酸化ジルコニウムZrO2がスカンジウムでのみドープされ、ジルコニウム陽イオンおよびスカンジウム陽イオンのモル含有量の合計を基準としたスカンジウム陽イオンのモル含有量が14%を超え22%未満である、または
−前記酸化ジルコニウムZrO2がスカンジウムおよびセリウムの混合物でのみドープされ、ジルコニウム陽イオン、スカンジウム陽イオン、およびセリウム陽イオンのモル含有量の合計を基準としたスカンジウム陽イオンのモル含有量が14%を超え、22%未満であり、ジルコニウム陽イオン、スカンジウム陽イオン、およびセリウム陽イオンのモル含有量を基準としたセリウム陽イオンのモル含有量が0.5%を超え1.5%未満である、または
−前記酸化ジルコニウムZrO2がスカンジウムおよびアルミニウムの混合物でのみドープされ、ジルコニウム陽イオン、スカンジウム陽イオン、およびアルミニウム陽イオンのモル含有量の合計を基準としたスカンジウム陽イオンのモル含有量が14%を超え22%未満であり、ジルコニウム陽イオン、スカンジウム陽イオン、およびアルミニウム陽イオンのモル含有量を基準としたアルミニウム陽イオンのモル含有量が1%を超え3%未満である、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の粉末。 - ジルコニウム陽イオンおよびイットリウム陽イオンのモル含有量の合計を基準としたイットリウム陽イオンのモル含有量が15%を超え、21%未満である、請求項5に記載の粉末。
- 前記ドーパントがイットリウムである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の粉末。
- 0.5μmを超え4μm未満である、または10μmを超え50μm未満であるメジアン直径を示す、請求項1〜7のいずれか一項に記載の粉末。
- 層状構造を示し、2つの薄層の間の平均距離が0.2μmを超え6μm未満である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の粉末。
- 有利な全体的配向を有さずに層状構造を示す、請求項1〜9のいずれか一項に記載の粉末。
- 前記共晶組織が不規則である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の粉末。
- 前記サーメットグレインが、重量パーセント値として80%を超える前記サーメットを含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の粉末。
- 重量パーセント値として80%を超える前記グレインを含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の粉末。
- 請求項1〜13のいずれか一項に記載の粉末から形成された焼結生成物であって、20%を超える全空隙率を示す、焼結生成物。
- 前記サーメット粉末および/またはサーメット前駆体粉末が、前記焼結生成物の重量の80%を超える、請求項14に記載の焼結生成物
- 請求項14または15に記載の焼結生成物でできた領域を含む電極。
- 請求項16に記載の電極を含む、固体酸化物燃料電池スタック。
- a)−ZrO2、CoOおよび/またはNiO、および/またはこれらの酸化物の前駆体の1種類以上と、
−イットリウム、スカンジウムならびに、一方でスカンジウムと、他方でアルミニウムおよび/またはセリウムとの混合物から選択される、酸化ジルコニウムのドーパント、および/または前記ドーパントの前駆体の1種類以上と、
を導入する粒状出発物質を混合して、供給材料を形成する工程、
b)溶融材料が得られるまで前記供給材料を溶融させる工程、
c)前記溶融材料が完全に固化するまで冷却して、溶融生成物を得る工程、
d)前記溶融生成物を粉砕して粉末を得る工程、
e)任意選択的に前記粉末を還元する工程、
の逐次的工程を含む製造方法であって、
工程d)の終了時に、得られた粉末が、請求項1〜13のいずれか一項に記載の溶融サーメット粉末であるように、前記出発物質が選択され、かつ工程c)における冷却が、前記冷却の最中の前記溶融材料および/または前記溶融生成物を還元性流体と接触させる作業を含む方法。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109663909A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-04-23 | 常熟市华德粉末冶金有限公司 | 一种高精度粉末冶金汽车点火开关锁舌的制备方法 |
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020068435A1 (en) * | 2018-09-24 | 2020-04-02 | Corning Incorporated | Rare-earth doped metal oxide ceramic waveguide quantum memories and methods of manufacturing the same |
CN110429332A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-11-08 | 深圳先进技术研究院 | 一种无机固态电解质片的制备方法 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US3993119A (en) | 1974-11-08 | 1976-11-23 | Norton Company | Progressively or continuously cycled mold for forming and discharging a fine crystalline material |
US5141825A (en) * | 1991-07-26 | 1992-08-25 | Westinghouse Electric Corp. | Method of making a cermet fuel electrode containing an inert additive |
TW269058B (ja) | 1992-04-29 | 1996-01-21 | Westinghouse Electric Corp | |
IT1277439B1 (it) * | 1995-08-04 | 1997-11-10 | Eniricerche Spa | Cernet di nichel e relativo procedimento di preparazione |
JP4605885B2 (ja) * | 2000-10-23 | 2011-01-05 | 東邦瓦斯株式会社 | 支持膜式固体電解質型燃料電池 |
WO2004093235A1 (en) | 2003-04-10 | 2004-10-28 | University Of Connecticut | Solid state electrochemical devices |
CN100483818C (zh) | 2003-08-06 | 2009-04-29 | Toto株式会社 | 固体氧化物型燃料电池 |
US20060166070A1 (en) * | 2003-09-10 | 2006-07-27 | Ion America Corporation | Solid oxide reversible fuel cell with improved electrode composition |
JP4476689B2 (ja) | 2004-05-11 | 2010-06-09 | 東邦瓦斯株式会社 | 低温作動型固体酸化物形燃料電池単セル |
AU2006201026B2 (en) | 2005-12-06 | 2008-01-10 | Council Of Scientific And Industrial Research | An improved process for the manufacture of strontium doped lanthanum manganite (LSM) ceramic powder suitable for solid oxide fuel cell (SOFC) applications |
FR2921204B1 (fr) * | 2007-09-14 | 2009-12-04 | Saint Gobain Ct Recherches | Poudre a grains allonges |
CN101771149A (zh) * | 2008-12-29 | 2010-07-07 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 镁改性的镍基固体氧化物燃料电池复合阳极及制备和应用 |
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