JP2019110138A - Joint body and joint method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接合方法に関する。 The present invention relates to a bonding method.
従来、電気化学反応により材料を接合する方法の1つとして、陽極接合法が知られている(例えば、特許文献1参照)。陽極接合法は、ガラスと被接合材とを接触させ、被接合材側を陽極、ガラス側を陰極として、両者の間に直流電圧を印加することにより接合する方法である。 Conventionally, an anodic bonding method is known as one of methods of bonding materials by an electrochemical reaction (see, for example, Patent Document 1). The anodic bonding method is a method in which glass and a material to be bonded are brought into contact, and bonding is performed by applying a DC voltage between the material to be bonded as an anode and the glass side as a cathode.
上記陽極接合法により、材料間を強固に接合することができる。しかしながら、接合対象の材料がガラスと金属や半導体などと限定的であり、その用途が限られていた。 The materials can be strongly bonded by the above-described anodic bonding method. However, the materials to be joined are limited to glass, metal, semiconductor and the like, and their applications have been limited.
さらに、従来の陽極接合法により3層構造を有する部材を接合形成する場合、2層を接合し、接合した2層を押さえていた治具を脱着した後、3層目をマウントし、続いて治具の再装着し、印加電圧の極性を変更して電圧を印加するなどを必要とし、プロセスが嵩む問題もあった。 Furthermore, in the case of joining members having a three-layer structure by the conventional anodic bonding method, two layers are joined, and after the jig holding the joined two layers is detached, the third layer is mounted, and then There is also a problem that the process is bulky because it is necessary to reattach the jig, change the polarity of the applied voltage, and apply the voltage.
本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、従来の陽極接合法よりも、より多様な材料を効率的に接合することができる接合方法を提案することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to propose a bonding method capable of bonding various materials more efficiently than the conventional anodic bonding method. It is.
上記課題を解決するために、第1の観点に係る接合体は、酸素イオン伝導体と、
前記酸素イオン伝導体の一方の表面に配置された、表面に酸化物層が設けられた導電性を有する第1の被接合材と、
前記酸素イオン伝導体の他方の表面に配置された、電子伝導性を有する第2の被接合材と、
を備え、
前記第1の被接合材の前記酸化物層と前記酸素イオン伝導体との接触界面において共有結合が形成されており、
前記第2の被接合材と前記酸素イオン伝導体との接触界面において共有結合が形成されていることを特徴とする接合体。
In order to solve the above-mentioned subject, the zygote concerning the 1st viewpoint is an oxygen ion conductor,
A conductive first bonding material provided with an oxide layer on the surface, disposed on one surface of the oxygen ion conductor;
A second bonding material having electron conductivity disposed on the other surface of the oxygen ion conductor;
Equipped with
A covalent bond is formed at the contact interface between the oxide layer of the first material to be joined and the oxygen ion conductor.
A bonded body, wherein a covalent bond is formed at a contact interface between the second bonding material and the oxygen ion conductor.
本発明によれば、従来の陽極接合法よりも、より多様な材料を効率的に接合することができる。 According to the present invention, more diverse materials can be joined more efficiently than the conventional anodic bonding method.
以下、図面を参照して本発明による接合方法について説明する。図1は、本発明による接合方法のフローチャートを示している。本発明による接合方法は、酸素イオン伝導体の一方の表面に、表面に酸化物層が設けられた導電性を有する第1の被接合材を、上記酸化物層が当接するように配置するとともに、酸素イオン伝導体の他方の表面に、電子伝導性を有する第2の被接合材を配置する配置工程(ステップS1)と、第1の被接合材を電圧印加装置の負極側に接続するとともに、第2の被接合材を電圧印加装置の正極側に接続する接続工程(ステップS2)と、第1の被接合材と第2の被接合材との間に電圧を印加する電圧印加工程(ステップS3)とを含むことを特徴とする。 Hereinafter, the bonding method according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a flow chart of the bonding method according to the invention. In the bonding method according to the present invention, the first bonding material having conductivity provided with an oxide layer on one surface of the oxygen ion conductor is disposed such that the oxide layer is in contact with the first bonding material. An arrangement step (step S1) of arranging a second bonding material having electron conductivity on the other surface of the oxygen ion conductor, and connecting the first bonding material to the negative electrode side of the voltage application device A connecting step (step S2) of connecting the second material to be bonded to the positive electrode side of the voltage application device, and a voltage applying step of applying a voltage between the first material to be bonded and the second material to be bonded And step S3).
本発明者らは、従来の陽極接合法よりも多様な材料を効率的に接合することができる接合方法を確立すべく、様々な材料を様々な条件の下で接合することを試みた。その結果、酸素イオン伝導体及び表面に酸化物層が設けられた導電材を、両者が酸化物層を介して接触するように配置し、酸素イオン伝導体を電圧印加装置の正極側に、導電材を電圧印加装置の負極側にそれぞれ接続して直流電圧を印加したところ、両者が強固に接合されることを発見した。 The present inventors attempted to join various materials under various conditions in order to establish a bonding method capable of bonding various materials more efficiently than the conventional anodic bonding method. As a result, the oxygen ion conductor and the conductive material provided with the oxide layer on the surface are disposed so as to be in contact with each other via the oxide layer, and the oxygen ion conductor is conducted on the positive electrode side of the voltage application device When materials were respectively connected to the negative electrode side of the voltage application device and a DC voltage was applied, it was discovered that both were firmly joined.
上記の強固な接合が形成される理由は、酸素イオン伝導体と導電材との間に電圧を印加すると、酸素イオン伝導体(X−O)と酸化物層(R−O)との間において、下記の式(1)に示すような還元反応が起きるためと考えられる。 The reason why the above-mentioned strong bond is formed is that, when a voltage is applied between the oxygen ion conductor and the conductive material, between the oxygen ion conductor (X-O) and the oxide layer (R-O) It is considered that a reduction reaction as shown in the following formula (1) occurs.
X−O+R−O+2e → X−O−R+O2- (1) X-O + R-O + 2e → X-O-R + O 2- (1)
上記還元反応によれば、導電材の酸化物層(R−O)を構成する酸化物が還元され、還元された酸化物の材料(R)と酸素イオン伝導体(X−O)との間に結合(X−O−R)が形成され、酸素イオン伝導体と導電材とが当接面にて強固に接合される。一方、上記還元反応において生じたO2-イオンは、酸素イオン伝導体中を移動して陽極側に移動して排出される。このように、陰極側の部材において還元反応が起きた結果、酸素イオン伝導体と導電材との間で強固な接合が形成されたものと考えられる。 According to the above-mentioned reduction reaction, the oxide constituting the oxide layer (R-O) of the conductive material is reduced, and between the reduced oxide material (R) and the oxygen ion conductor (X-O) A bond (X-O-R) is formed on the surface, and the oxygen ion conductor and the conductive material are firmly joined at the contact surface. On the other hand, O 2− ions generated in the reduction reaction move in the oxygen ion conductor, move to the anode side, and are discharged. Thus, as a result of the reduction reaction occurring in the member on the cathode side, it is considered that a strong bond is formed between the oxygen ion conductor and the conductive material.
上記式(1)で表される還元反応は、従来の陽極接合法において起こる電気化学反応とは対照的な反応と考えられる。すなわち、陽極接合法により、例えばガラス(X−O−Na)と金属(M)とを接合する場合、ガラス(X−O−Na)と金属(M)との間において、下記の式(2)〜(4)に示すような酸化反応が起こると考えられる。 The reduction reaction represented by the above formula (1) is considered to be a reaction in contrast to the electrochemical reaction which occurs in the conventional anodic bonding method. That is, when, for example, glass (X-O-Na) and metal (M) are bonded by anodic bonding, the following formula (2) is formed between glass (X-O-Na) and metal (M) It is considered that the oxidation reaction as shown in (4) to (4) occurs.
X−O−Na → X−O-+Na+ (2)
X−O-+M → X−O−M+e (3)
Na++e → Na (4)
X-O-Na → X- O - + Na + (2)
X-O - + M → X -O-M + e (3)
Na + + e → Na (4)
上記式(2)及び(3)の反応は、陽極側(接触界面)で起きている反応であり、Naがイオン化され離脱してX−O-が生成され、Mと結合して接合が形成される。一方、式(4)の反応は、負極側で起きる還元反応であり、ガラス中を陰極側に向かって移動してきたNa+が電子を受け取ってNaに還元される。 The above reaction formula (2) and (3) is a reaction taking place at the anode side (the contact interface), Na is X-O disengaged ionized - has generated, bonding and bonded to M is formed Be done. On the other hand, the reaction of the formula (4) is a reduction reaction which occurs on the negative electrode side, and Na + which has moved toward the cathode side in the glass receives an electron and is reduced to Na.
このように、陰極における還元反応に基づく本発明による接合方法は、陽極における酸化反応に基づく従来の陽極接合法とは対照的かつ新規な接合方法であり、従来の陽極接合法に対して「陰極接合法」と呼ぶものとする。この陰極接合法により、多様な材料を強固に接合することができる。 Thus, the bonding method according to the present invention based on the reduction reaction at the cathode is a novel bonding method in contrast to the conventional anodic bonding method based on the oxidation reaction at the anode, and compared to the conventional anodic bonding method It shall be called “junction method”. Various materials can be firmly bonded by this cathode bonding method.
また、上記式(2)〜(4)から明らかなように、ガラス中で電気を運んでいるのはNa+であり、単独のO2-は介在しない。陰極側にNaが析出するため、汚染源になったりガラスにメッキ面がある場合には界面でのメッキ剥離の原因になったりする。この点、本発明においては、酸素イオン伝導をO2-が担うため、酸化、還元いずれにも対応した接合が形成される。酸素はガスであるため、上記ガラス中での反応において生じる汚染やメッキ剥離の問題も生じない。 Moreover, as is clear from the above formulas (2) to (4), it is Na + that carries electricity in the glass, and no single O 2 − is present. Since Na is deposited on the cathode side, it becomes a source of contamination or causes peeling of plating at the interface when there is a plating surface on the glass. In this respect, in the present invention, since oxygen ion conduction is borne by O 2− , a junction corresponding to both oxidation and reduction is formed. Since oxygen is a gas, the problems of contamination and peeling off that occur in the reaction in the glass do not occur.
本発明者らはさらに、上記陰極接合法と従来の陽極接合法を組み合わせることにより、従来の陽極接合法を用いる場合に煩雑なプロセスが必要となる、3層構造を有する部材の形成を、プロセスを削減して効率的に行うことができることを見出した。すなわち、図2に示すように、酸素イオン伝導体1の一方の表面に、表面に酸化物層2aが設けられた導電性を有する第1の被接合材2を、上記酸化物層2aが当接するように配置するとともに、酸素イオン伝導体1の他方の表面に、電子伝導性を有する第2の被接合材3を配置し、第1の被接合材2を電圧印加装置の負極側に接続するとともに、第2の被接合材3を電圧印加装置の正極側に接続して、第1の被接合材2と第2の被接合材3との間に直流電圧を印加すると、1回の電圧印加で第1の被接合材2と第2の被接合材3とを接合できる。
The present inventors further process the formation of a member having a three-layer structure, which requires a complicated process when using the conventional anodic bonding method by combining the above-mentioned cathode bonding method and the conventional anodic bonding method. It has been found that it can be done efficiently. That is, as shown in FIG. 2, the
このように、本発明の接合方法によれば、従来の陽極接合法に比べて、多様な材料同士を接合することができる。また、第1の被接合材2と第2の被接合材3とを、酸素イオン伝導体1及び第1の被接合材2の酸化物層2aを介して効率的に接合することができる。以下、本発明の各工程について説明する。
As described above, according to the bonding method of the present invention, various materials can be bonded to each other as compared with the conventional anodic bonding method. In addition, the
まず、ステップS1において、酸素イオン伝導体1の一方の表面に、表面に酸化物層2aが設けられた導電性を有する第1の被接合材2を、酸化物層2aが当接するように配置するとともに、酸素イオン伝導体1の他方の表面に、電子伝導性を有する第2の被接合材3を配置する(配置工程)。例えば、図2に示すように、酸素イオン伝導体1の一方の表面に、第1の被接合材2を酸化物層2aを介して接触させ、第2の被接合材3を酸素イオン伝導体1の他方の表面に接触させる。
First, in step S1, the
酸素イオン伝導体1は、酸素イオンを透過させる特性を有する層である。酸素イオン伝導体1の材料は、酸素イオンを透過させるものであれば特に限定されないが、酸化物イオン伝導体であることが好ましい。例えば、イットリア(Y2O3)をドープした安定化ジルコニア(YSZ)や酸化ネオジム(Nd2O3)、サマリア(Sm2O3)、ガドリア(Gd2O3)、スカンジア(Sc2O3)などを用いることができる。また、酸化ビスマス(Bi2O3)、酸化セリウム(CeO)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、ランタンガレート酸化物(LaGaO3)、酸化インジウムバリウム(Ba2In2O5)、酸化ニッケルランタン(La2NiO4)、フッ化ニッケルカリウム(K2NiF4)などを用いることもできる。
The
なお、酸素イオン伝導体1の材料は、上記のものに限定されるものではなく、他の公知の酸素イオン伝導体材料を用いることができる。また、これらの材料は、1種を単独で用いることも、複数種を組み合わせて用いることもできる。
In addition, the material of the
上記酸素イオン伝導体1は、代表的には、原料の粉末を有機バインダーと混ぜて圧力をかけて薄く延ばして高温の炉の中で加圧焼結するホットプレス法よって得られたものを用いることができる。より薄膜化された酸素イオン伝導体1は、ゾルゲル法により作成することができる。
Typically, the
第1の被接合材2は、導電性を有し、酸化物層2aの酸素と共有結合を形成できる材料であれば、本発明において使用可能である。例えば、金属や半導体(Si、SiC、GaNなど)を使用できる。金属としては、例えば、SUSなどの各種の金属等を使用できる。ここで、酸素イオン伝導体1と第1の被接合材2の接合体は、固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell、以下、「SOFC」又は「燃料電池」とも言う。)の単セルの一部、すなわち、酸素イオン伝導体1をYSZ等からなる固体電解質とし、第1の被接合材2を当該固体電解質の両面に接続される空気極又は燃料極用の電極材とすることもできる。SOFCは通常、800℃以上の高温で運転されるため、この温度に堪えかつ発電時の酸化還元反応によって電食されないような材料を選ぶことが好ましい。この場合の電極材としての第1の被接合材2は、例えば、SOFCの安定な電極材料としてよく知られており、多層材料間の高温環境下での合金反応を抑制するバリアメタルとしても高い実績を有しているニッケルやSiを被覆した金属(SUSを含む)を用いることができる。
The
酸化物層2aは、第1の被接合材2の表面に設けられた、酸化物で構成された層である。酸化物層2aは、例えば第1の被接合材2の表面に対して熱酸化処理を施して形成された熱酸化膜や、化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition、CVD)法や物理気相成長(Physical Vapor Deposition、PVD)法により、第1の被接合材2の表面に形成された酸化膜とすることができる。また、第1の被接合材2の表面に形成された自然酸化膜を用いることもできる。
The
酸化物層2aは、電子伝導性を有することが好ましい。これにより、酸化物層2aを構成する酸化物を効率的に還元することができる。このような電子伝導性を有する酸化物層2aとして、N型の酸化物半導体で構成することができる。すなわち、N型の酸化物半導体は、N型ドーパントの電子が真性温度よりも低い温度で伝導帯に励起して電子伝導性を有するようになる。そこで、酸化物層2aを接合時の温度にて電子伝導性を示すN型の酸化物半導体で構成することが好ましい。こうしたN型にドープされた酸化物半導体としては、ZnO(酸化亜鉛:Zinc Oxide)やITO(酸化インジウムスズ:Indium Tin Oxide)、TiO(酸化チタン:Tin Oxide)などを使用することができる。
The
また、前記酸化物層2aが電子伝導性を有していない絶縁膜である場合であっても、酸化物層2aを電子が酸化物層2aの厚み方向に通り抜け可能な程度に薄く構成することにより、酸化物層2aが電子伝導性を有するようにすることができる。この場合の酸化物層2aの具体的な厚みは、酸化物層2aを構成する酸化物に依存するため、一概に規定できないが、例えば、導電材2が金属で構成されている場合、50Å程度の厚みの熱酸化膜であれば、その厚み方向に電子の通り抜けが可能である。
Further, even when the
第2の被接合材3は、酸素と安定な共有結合を形成できる材料であって、電子伝導性を有することが好ましい。これにより、第2の被接合材3を効率的に酸化することができる。ここで、電子伝導性を有し、かつ酸素と安定な結合を作る材料として、例えば金属ではNi(ニッケル)やTi(チタン)、W(タングステン)などを使用できる。金属以外でも同様な性質を持つ材料として、N型の半導体を用いることができる。N型の半導体は、比較的低い温度でドナー準位にある電子が伝導帯に上がり電子伝導を示す。こうした半導体としては例えばSiやSiCなどを使用することができる。 The second bonding material 3 is a material capable of forming a stable covalent bond with oxygen, and preferably has electron conductivity. Thereby, the 2nd to-be-joined material 3 can be oxidized efficiently. Here, as a material having electron conductivity and forming a stable bond with oxygen, for example, Ni (nickel), Ti (titanium), W (tungsten) or the like can be used as the metal. An N-type semiconductor can be used as a material having similar properties to those of metals. In an N-type semiconductor, electrons at the donor level rise to the conduction band at relatively low temperatures and exhibit electron conduction. For example, Si or SiC can be used as such a semiconductor.
さらに、第2の被接合材3の材料として、接合時の温度にて電子伝導性を有する真性半導体を用いることができる。これは、具体的には、バンドギャップの小さな真性半導体であり、接合時の温度にて価電子帯の電子が伝導帯に励起して高い電子伝導性を有するようになる。こうした真性半導体としては、例えば作業温度が400℃以上の場合にはSiを用いることができる。室温での導電タイプは、P型、N型いずれであっても構わない。 Furthermore, as a material of the second bonding material 3, an intrinsic semiconductor having electron conductivity at a temperature at the time of bonding can be used. Specifically, this is an intrinsic semiconductor with a small band gap, and at the junction temperature, electrons in the valence band are excited to the conduction band to have high electron conductivity. As such an intrinsic semiconductor, Si can be used, for example, when the working temperature is 400 ° C. or higher. The conductivity type at room temperature may be either P-type or N-type.
また、第2の被接合材3が電子伝導性を有していない絶縁体の酸化膜である場合であっても、第2の被接合材3を電子がその厚み方向に通り抜け(トンネル)できる程度に薄く構成することにより、第2の被接合材3に電子伝導性を有するようにすることができる。この場合の第2の被接合材3の具体的な厚みは、第2の被接合材3を構成する材料に依存するため、一概に規定できないが、例えば、第2の被接合材3がSiO2で構成されている場合、実効的に50Å程度の厚みであれば、その厚み方向に電子の通り抜けが可能である。ここで、「実効的に」としているのは、酸化膜の実効的な障壁厚みは電界によって変化するためである。高電圧が印加されるほど、通り抜けできる実効的な障壁の厚みは薄くなることが良く知られている。すなわち、電圧が非常に低い場合(1V程度)、絶縁体の厚みが50Å程度であれば電流が流れるが、100Åでは流れない。ところが、電圧を上げていくと、絶縁体の電界が上昇し、フアウラノーダハイムトンネルという現象が起こり、絶縁体中を電流が流れるようになる。これは、絶縁体の実効的な厚みが50Å相当に減少したことを示している。 In addition, even when the second bonding material 3 is an oxide film of an insulator having no electron conductivity, electrons can tunnel through the second bonding material 3 in its thickness direction. The second bonding material 3 can be made to have electron conductivity by being thin to a certain extent. The specific thickness of the second material to be joined 3 in this case depends on the material constituting the second material to be joined 3 and thus can not be specified indiscriminately, but for example, the second material to be joined 3 is SiO In the case of (2) , if the thickness is effectively about 50 Å, electrons can pass through in the thickness direction. Here, "effectively" is because the effective barrier thickness of the oxide film is changed by the electric field. It is well known that the higher the voltage applied, the thinner the effective barrier thickness that can be penetrated. That is, when the voltage is very low (about 1 V), the current flows if the thickness of the insulator is about 50 Å, but does not flow if the thickness is 100 Å. However, when the voltage is increased, the electric field of the insulator is increased, and a phenomenon called "Furanaudheim tunnel" occurs, and a current flows in the insulator. This indicates that the effective thickness of the insulator has been reduced to 50 Å.
なお、本発明においては、数100Vの高電圧を印加することによって、酸素イオン伝導体1と第1の被接合材2との当接面どうし、及び酸素イオン伝導体1と第2の被接合材3の当接面どうしを静電引力によって強く引き合わせる。当接面どうしが原子間距離程度まで接近すると、近接した当接面の原子間で上述した電気化学反応によって共有結合が形成される。したがって、接合予定面の平坦度は重要で、できるだけ鏡面に仕上げることが望ましい。具体的には、酸素イオン伝導体1と第1の被接合材2との当接面、及び酸素イオン伝導体1と第2の被接合材3の当接面の少なくとも一方が、鏡面研磨処理により、平坦に仕上げられているか、あるいは、酸素イオン伝導体1及び第1の被接合材2の少なくとも一方、酸素イオン伝導体1及び第2の被接合材3の少なくとも一方が、互いが密接できるように薄く構成されていることが好ましい。これにより、酸素イオン伝導体1と第1の被接合材2との当接面、及び酸素イオン伝導体1と第2の被接合材3の当接面の少なくとも一方の接合強度を高めることができる。
In the present invention, by applying a high voltage of several hundred volts, the contact surfaces between the
次に、ステップS2において、第1の被接合材2を電圧印加装置Vの負極側に接続するとともに、第2の被接合材3を電圧印加装置Vの正極側に接続する(接続工程)。例えば、図2に示すように、第1の被接合材2の酸化物層2aとは反対側の表面に電圧印加装置Vの負極に接続された電極板Pを接触させ、第2の被接合材3の酸素イオン伝導体1とは反対側の表面に電圧印加装置Vの正極に接続された電極板Pを接触させる。
Next, in step S2, while connecting the 1st to-
なお、本接続工程は、第2の被接合材3を電圧印加装置Vの正極側に、第1の被接合材2を電圧印加装置Vの負極側に、それぞれ「直接」接続することを意図するものではない。すなわち、本接続工程は、後述するステップS3において、第2の被接合材3の電位が第1の被接合材2の電位よりも高い状態で両者の間に電圧が印加されるように電圧印加装置Vに接続することを意図している。
In this connection step, it is intended that “directly” connect the second bonding material 3 to the positive electrode side of the voltage application device V and connect the
続いて、ステップS3において、第1の被接合材2と第2の被接合材3との間に電圧を印加する(電圧印加工程)。具体的には、図2に示すように、酸素イオン伝導体1、第1の被接合材2及び第2の被接合材3を加熱しつつ、正極側の電極板Pと負極側の電極板Pとの間に直流電圧を印加する。酸素イオン伝導体1は、温度上昇とともに酸素イオン伝導度が上昇し、電気を流すようになる。これにより、酸素イオン伝導体1と酸化物層2a、ひいては第1の被接合材2とが陰極接合により接合されるとともに、酸素イオン伝導体1と第2の被接合材3とが陽極接合により接合される。このように、1回の電圧印加のみで、酸素イオン伝導体1の両面に配置される第1の被接合材2と第2の被接合材3とを酸素イオン伝導体1に対して効率的かつ強固に接合することができる。
Subsequently, in step S3, a voltage is applied between the
第1の被接合材2と第2の被接合材3との間に印加する電圧は、作業温度によって酸素イオン伝導体の抵抗値が変わるため、温度に応じて最適な範囲がある。酸素イオン伝導体1の材料材料特性や接合後の使用条件を考慮して用途に応じて最適になるように選択する。作業温度や電圧が低すぎる場合には、酸素イオン伝導体1の酸素イオン伝導電流が少なくなり、接合形成に要する時間が長くなる。一方、温度が高い場合には、接合形成に要する時間は短くなるが、接合後の残留ストレスが大きくなり、耐久性の観点から不適である。電圧についても、高すぎる場合には、接合部以外への放電が発生して接合が困難になる。典型的には、温度条件300℃以上500℃以下の下で、電圧50V以上500V以下の範囲で最適値を選ぶのが好ましい。これにより、酸素イオン伝導体1の両面に配置される第1の被接合材2と第2の被接合材3とを酸素イオン伝導体1に対してより効率的かつ強固に接合することができる。
The voltage applied between the
次に、第1の被接合材2と第2の被接合材3との間に電圧を印加する時間について説明する。負極となる第1の被接合材2と酸素イオン伝導体1との当接面では、第1の被接合材2の酸化物層2aを構成する酸化物が還元され、還元された酸化物の材料と酸素イオン伝導体1との間で強固な共有結合が形成される。こうして第1の被接合材2と酸素イオン伝導体1とが化学的に接合される。
Next, the time for applying a voltage between the
一方、正極側の第2の被接合材3と酸素イオン伝導体1との間では、酸素イオンによる酸化反応によって強固な接合が形成される。酸素イオンの供給は、負極側の還元反応、すなわち酸化物層2aの還元によって生成された酸素イオンと、空気中の酸素が負極側の電極板Pから電子を受け取って電離してできた酸素イオンの両方が関与しうる。このように酸素イオン伝導体1の負極側で生成された酸素イオンは酸素イオン伝導体1内を移動し、第2の被接合材3との界面で電子を第2の被接合材3に渡して、酸素イオン伝導体1及び第2の被接合材3の構成原子と強固な共有結合を形成する。こうして第2の被接合材3と酸素イオン伝導体1とが化学的に接合される。その際、酸化物層2aの還元反応により生成された酸素イオンは、酸素イオン伝導体1内を移動して上記の酸化反応に使われるとともに、余剰分は大気中へ排出される。
On the other hand, a strong bond is formed between the second bonding material 3 on the positive electrode side and the
次に、接合時間の目安について説明する。本発明では同時に2つの接合を形成するため、電流値の変化に着目して最適な時間の目安を決めることができる。開始して間もなくは、第1の被接合材2(酸化物層2aを含む)と酸素イオン伝導体1及び第2の接合材3との接合形成面積が拡大している間、電流値はわずかな増減を繰り返しながら平均電流としては増加傾向を示す。そして正極側、負極側両方の接合がほぼ完了すると、平均電流は減少に転じる。この電流値が減少に転じる点をもって、電圧の印加を停止する目安にすることが好ましい。これにより、酸素イオン伝導体1と導電材2とを接合面全面にわたって強固に接合することができる。
Next, the standard of joining time is explained. In the present invention, since two junctions are simultaneously formed, it is possible to determine the optimum time reference by paying attention to the change of the current value. Shortly after the start, while the bonding area of the first bonding material 2 (including the
なお、接合する材料の化学的性質や組み合わせによっては上記直流電圧印加工程を行うのみでは酸化物層2aの還元及び第2の被接合材3の酸化が不完全な部分が存在することがある。そのような場合にはステップS3の電圧印加工程後に、第1の被接合材2と第2の被接合材3との間に交流電圧を印加することで改善できる(交流電圧印加工程)。
Depending on the chemical properties and combinations of the materials to be joined, there may be a portion where the reduction of the
この交流電圧による正逆の電圧印加の繰り返しによって、還元が不完全な部分は、一旦酸化された後、再度還元される。また、酸化が不完全な部分は、一旦還元された後、再度酸化される。 By repeated application of forward and reverse voltage by this AC voltage, the incompletely reduced part is once reduced and then reduced again. In addition, the incompletely oxidized portion is reoxidized after being reduced once.
これらの再還元及び再酸化反応により、酸素イオン伝導体1と酸化物層2aとの接合部、及び酸素イオン伝導体1と第2の被接合材3との接合部における未反応や未結合、不完全配置の原子をより安定な状態に遷移させることができる。これにより、酸素イオン伝導体1の両面に配置される第1の被接合材2と第2の被接合材3とを酸素イオン伝導体1に対してより効率的かつ強固に接合することができる。
Unreacted or unbonded in the joint portion between the
なお、上記交流電圧の周波数は、接合面での不完全な結合が再酸化及び再還元反応を起こすのに十分に低い周波数にする。 The frequency of the AC voltage is set low enough that incomplete bonding at the junction surface causes reoxidation and rereduction.
こうして、酸素イオン伝導体1の両面に配置される第1の被接合材2と第2の被接合材3とを酸素イオン伝導体1に対して効率的かつ強固に接合することができる。また、本発明の接合方法によれば、従来の陽極接合法よりも多様な材料を接合することができる。
Thus, the
また、上記配置工程を行うに当たり、酸素イオン伝導体1と第1の被接合材2との当接面、及び酸素イオン伝導体1と第2の被接合材3との当接面の少なくとも一方が、互いに密接するように加工することにより、酸素イオン伝導体1と第1の被接合材2との当接面、及び酸素イオン伝導体1と第2の被接合材3の当接面の少なくとも一方の接合強度を高めることができる。
Further, at the time of performing the disposing step, at least one of the contact surface between the
また、酸化物層2aは、電子伝導性を有することにより、酸化物層2aを構成する酸化物を効率的に還元することができる。このような電子伝導性を有する酸化物層2aとして、N型の酸化物半導体で構成することができる。また、酸化物層2aが電子伝導性を有していない絶縁膜である場合であっても、酸化物層2aを電子がその厚み方向に通り抜け可能な程度に薄く構成することにより、酸化物層2aが電子伝導性を有するようにすることができる。
Moreover, the
また、第2の被接合材3が電子伝導性を有することにより、被接合材3を効率的に酸化することができる。このような電子伝導性を有する第2の被接合材3として、金属、N型の半導体、又は接合時の温度にて電子伝導性を有する真性半導体の何れかで構成することができる。また、第2の被接合材3が電子伝導性を有していない絶縁体の酸化膜である場合であっても、第2の被接合材3を電子がその厚み方向に通り抜け可能な程度に薄く構成することにより、第2の被接合材3が電子伝導性を有するようにすることができる。 Moreover, when the 2nd to-be-joined material 3 has electron conductivity, the to-be-joined material 3 can be oxidized efficiently. The second bonding material 3 having such electron conductivity can be made of either a metal, an N-type semiconductor, or an intrinsic semiconductor having electron conductivity at the temperature at the time of bonding. In addition, even in the case where the second bonding material 3 is an oxide film of an insulator having no electron conductivity, electrons can pass through the second bonding material 3 in the thickness direction thereof. By making it thin, the second bonding material 3 can be made to have electron conductivity.
また、酸素イオン伝導体1が酸化物イオン伝導体であることにより、O2-イオンを酸素イオン伝導体1中を良好に移動させ、陽極側に移動させて排出させることができる。
In addition, since the
また、(直流)電圧印加工程後に、第1の被接合材2と第2の被接合材3との間に交流電圧を印加することにより、還元が不完全な部分は一旦酸化された後に再度還元され、酸化が不完全な部分は一旦還元された後に再度酸化され、酸素イオン伝導体1の両面に配置される第1の被接合材2と第2の被接合材3とを、酸素イオン伝導体1に対してより強固に接合することができる。
In addition, after the (direct current) voltage application step, by applying an alternating voltage between the first and
以下、本発明の実施例を幾つか具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, some examples of the present invention will be specifically described, but the present invention is not limited thereto.
(実施例1:2つの金属の接合)
本実施例では、酸素イオン伝導体を介して2つの金属を接合する。図3(a)は、酸素イオン伝導体11及び接合対象の2つの金属12、13を示している。金属12の一方の表面には酸化処理が施されており、酸化物層12aが形成されている。これらの金属12、13を、図3(b)に示すように酸素イオン伝導体11の両表面に配置する。
Example 1: Joining Two Metals
In the present embodiment, two metals are joined via an oxygen ion conductor. FIG. 3A shows the
次に、図3(c)に示すように、金属13を電圧印加装置Vの正極側の電極板Pに、金属12を負極側の電極板Pにそれぞれ接続する。そして、酸素イオン伝導体11及び金属12、13を加熱しつつ、金属12と金属13との間に直流電圧を印加する。これにより、酸素イオン伝導体11と金属13との間が接合(接合1)されるとともに、酸素イオン伝導体11と金属12の酸化物層12aとの間が接合(接合2)される。こうして、1回の電圧印加により、2つの金属12、13を接合した接合体10を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 3C, the
(実施例2:パッキンによる2本の配管の連結)
本実施例では、樹脂やゴム材料のパッキンが使用できない高温ガスや液体用の2本の配管を連結する。図4(a)は、連結対象の2本の配管22、23の断面を示している。この図に示すように、一方の配管22の端部22aは、その先端に向かってテーパ加工されている。一方、他方の配管23の端部23aは、その先端に向かって拡径されている。そして、配管23の端部23aの内周面に、酸化処理により酸化物層23bが形成されている。
(Example 2: Connection of two pipes by packing)
In the present embodiment, two pipes for high temperature gas and liquid in which packing of resin or rubber material can not be used are connected. FIG. 4A shows a cross section of the two
上記配管22の端部22aと、配管23の端部23aとを、図4(b)に示すように、酸素イオン伝導体からなるパッキン21を介して接続する。これにより、配管22の端部22aの外表面22bとパッキン21とが接触し、配管23の端部23aの酸化物層23bとパッキン21とが接触するように配置される。
As shown in FIG. 4B, the
そして、図4(c)に示すように、配管22を電圧印加装置Vの正極側に、配管23を負極側にそれぞれ接続し、パッキン21及び配管22、23全体を加熱しつつ、配管22と配管23との間に直流電圧を印加する。これにより、配管22の端部22aとパッキン21とが接合され、パッキン21と配管23の端部23aの酸化物層23bとが接合される。こうして、配管22と配管23とが一体化され、図4(c)に示すような、連結された配管20を得ることができる。
Then, as shown in FIG. 4C, the
(実施例3:接合シール用テープによる2本の配管の連結)
本実施例では、樹脂やゴム材料のパッキンが使用できない高温ガスや液体用の2本の配管を、高温耐久性を有する接合シール用テープを用いて連結する。図5(a)は、2本の配管の連結に使用する接合シール用テープの断面を示している。この接合シール用テープ31は、可撓性を有する金属テープ材31aの一方の表面に、CVD法やPVD法により形成された酸素イオン伝導体薄膜31bを有する。
(Example 3: Connection of two pipes by bonding sealing tape)
In the present embodiment, two pipes for high temperature gas and liquid in which packing of resin or rubber material can not be used are connected using a joint sealing tape having high temperature durability. FIG. 5A shows a cross section of a joint sealing tape used for connecting two pipes. The bonding and sealing tape 31 has an oxygen ion conductor
図5(b)は、連結対象の2本の配管32、33の断面を示している。これらの配管32、33は、配管32の内径Diと配管33の外径Doとが略一致するように構成されている。図5(c)に示すように、配管33の端部33aを配管32の端部32aに挿入し、配管32と配管33とを接続する。そして、接続された配管32、33の表面に酸化処理を施して、その外表面に酸化物層32c、33cを形成する。
FIG. 5B shows a cross section of the two
続いて、図5(d)に示すように、配管32と配管33との接続部34に、上記接合シール用テープ31を該接合シール用テープ31の少なくとも一部が重なり合い、かつ酸素イオン伝導体31bと接続された配管32、33の外表面の酸化物層32c、33cとが接触するように巻き回す。なお、図5(d)においては、接合シール用テープ31が互いに完全に重なり合うように2回巻かれている。これにより、図5(e)に示すようなテープの積層構造が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 5D, at least a part of the bonding sealing tape 31 overlaps the bonding sealing tape 31 on the connecting
そして、図5(e)に示すように、テープの積層構造最表面の金属テープ材31aを電圧印加装置Vの正極側に、配管33を負極側にそれぞれ接続し、接合シール用テープ31及び配管32、33全体を加熱しつつ、積層構造最表面の金属テープ材31aと配管33との間に直流電圧を印加する。これにより、接合シール用テープ32の積層構造において、下位層側の接合シール用テープ31の金属テープ材31aと上位層側の接合シール用テープ31の酸素イオン伝導体薄膜31bとが陽極接合により接合され、また下位層側の接合シール用テープ31の酸素イオン伝導体薄膜31bと配管33の酸化物層33cとが陰極接合により接合され、配管32と配管33とが一体化される。こうして配管32と配管33とを連結して、図5(e)に示すような配管30を得ることができる。
Then, as shown in FIG. 5 (e), the
(実施例4:固体電解質形燃料電池(SOFC)の作製)
本実施例では、固体電解質を用いた燃料電池であるSOFCを作製する。図6(a)は、SOFCにおける発電単位である燃料電池セル(単セル)を示している。図6(a)に示した単セル40は、固体電解質層41の一方の表面にアノード材42が、他方の表面にカソード材43がそれぞれ設けられた構成を有している。
Example 4 Preparation of Solid Electrolyte Fuel Cell (SOFC)
In this embodiment, SOFC which is a fuel cell using a solid electrolyte is manufactured. FIG. 6 (a) shows a fuel cell (single cell) which is a power generation unit in SOFC. The
固体電解質層41は、YSZなどの酸素イオン伝導体とする。また、本実施例では、最終的に形成される単セル40が、全体として酸素イオン伝導体であるように、アノード材42は、電子伝導性を有する酸化物材料で構成する。例えば、Niと固体電解質層材料との混合体(サーメット)で構成できる。また、カソード材43は、酸素イオン伝導と電子混合伝導性を有する酸化物材料で構成する。こうした酸化物材料としては、La(Sr)MnO3、La(Sr)FeO3、La(Sr)CoO3、LaNiO4などを用いることができる。
The
図6(a)に示した単セル40は、例えば固体電解質層41の一方の表面にアノード材42の材料を、他方の表面にカソード材43の材料を、それぞれペースト印刷した後、焼成することにより形成することができる。また、PVD法により、アノード材42、固体電解質層41及びカソード材43を薄膜として積層形成して形成することもできる。
上記の通り、アノード材42及びカソード材43は酸素イオン伝導と電子伝導性とを兼ね備えた酸化物構造を有しているため、各固体電解質層41との接合面に応じて、電圧極性を入れ替えることによる2回の電圧印加(陽極接合や陰極接合)により一体形成することもできる。また、陽極接合と陰極接合との組み合わせにより、1回の電圧印加により、単セル40を形成することができる。
The
As described above, since the
単セル40を陽極接合と陰極接合との組み合わせで形成する場合には、図6(a)に示すように、固体電解質層41の両表面にアノード材42及びカソード材43を配置する。次いで、図6(b)に示すように、カソード材43を電圧印加装置Vの正極側の電極板Pに、アノード材42を負極側の電極板Pにそれぞれ接続する。そして、酸素イオン伝導体41及びアノード材42、カソード材43を加熱しつつ、アノード材42とカソード材43との間に直流電圧を印加する。これにより、酸素イオン伝導体41とカソード材43との間が陽極接合(接合1)されるとともに、酸素イオン伝導体41とアノード材42との間が陰極接合(接合2)される。こうして、1回の電圧印加により、酸素イオン伝導体41の両面に配置されたアノード材42とカソード材43とを酸素イオン伝導体41に対して強固に接合して、単セル40を形成することができる。
When the
図7(a)は、複数の単セルをセパレータを介してスタックしたセルスタックを示している。図7(a)に示したセルスタック50は、固体電解質層51とアノード材52とカソード材53とからなる複数の単セルと複数のセパレータ54とを備える。セルスタック50において、アノード材52は燃料極として、カソード材53は空気極としてそれぞれ機能する。セパレータ54は金属で構成されており、プレス成型によりその断面形状が台形状に構成され、平板部54aと立板部54bとを有している。また、セパレータ54は、酸化処理が施されて、一方の表面に酸化物層54cが設けられている。そして、固体電解質層51の一方の表面にはアノード材52が、他方の表面にはカソード材53が配置されて単セルを構成しており、この単セルが積層方向に直列に接続されてセルスタック50が構成されている。
FIG. 7A shows a cell stack in which a plurality of single cells are stacked via a separator. The
このような断面形状が台形波状のセパレータ54と、固体電解質層51と、アノード材52と、カソード材53とを積層して積層体とすることにより、固体電解質層51とアノード材52又はカソード材53との間に、酸化剤ガス流路55及び燃料ガス流路56が形成される。図7(a)に示したセルスタック50においては、固体電解質層51及びアノード材52、カソード材53の積層体を挟んで対向するセパレータ54の台形波の位相が互いに反転するように構成されている。これにより、酸化剤ガス流路55の直下に燃料ガス流路56が配置される構成となり、カソード材(空気極)53において生成された酸素イオンは、固体電解質層51を介して直下の燃料ガス流路56に移動して燃料ガスと反応することができ、イオン伝導の抵抗を小さくすることができる。
The
図7(a)に示したセルスタック50は、以下のように得られる。まず、固体電解質層51とアノード材52とカソード材53とからなる積層体を形成する。これは、例えば固体電解質層51の一方の表面にアノード材52の材料を、他方の表面にカソード材53の材料を、それぞれペースト印刷した後、焼成することにより形成することができる。また、PVD法により、アノード材52、固体電解質層51及びカソード材53を薄膜として積層形成して積層体を形成することもできる。固体電解質層51、アノード材52及びカソード材53の材料は、図6(a)に示した単セル40のものと同じ材料とする。これにより、形成された積層体(単セル)は、その全体が酸素イオン伝導体となる。
The
次に、上記積層体及びセパレータ54を、図7(a)に示したように積層する。上述のように、セパレータ54の一方の表面には酸化物層54cが設けられており、セパレータ54は酸化物層54cがカソード材53に接触するように配置する。続いて、全体を加熱しつつ、図7(b)に示すように、全てのカソード材53を電圧印加装置Vの負極側に、全てのアノード材52を正極側に接続して直流電圧を印加する。すると、セパレータ54の酸化物層54cとカソード材53との間で陰極接合による接合1が形成され、かつセパレータ54とアノード材52との間で陽極接合による接合2が形成される。こうして、固体電解質層51とアノード材52とカソード材53とからなる積層体と、セパレータ54とが接合されて全体が一体化され、セルスタック50が得られる。
Next, the laminate and the
ここで、得られたセルスタック50の動作について説明する。まず、酸化剤ガス流路55に、空気などの酸化剤ガスを流通させるとともに、燃料ガス流路56に水素などの燃料ガスを流通させる。そして、セルスタック50を加熱する。すると、カソード材(空気極)53において、酸化剤ガスに含まれる酸素が図示しない外部回路から電子を受け取って酸素イオンとなる。生成された酸素イオンは、固体電解質層51を通過してアノード材(燃料極)52に移動し、燃料ガスと反応する。その際、電子を放出して外部回路に供給する。こうして発電が行われる。
Here, the operation of the obtained
上記セルスタック50においては、固体電解質層51を挟んで対向するアノード材52及びカソード材53間で発電が行われるため、固体電解質層51の面積利用率は約100%である。
In the
(実施例5:固体電解質形燃料電池(SOFC)の作製)
図8は、図7と同様の構造を有するセルスタック60を示している。なお、図8において、図7に示したセルスタック50と同じ構成には同じ符号が付されている。図8に示したセルスタック60と図7に示したセルスタック50との相違は、図8のセルスタック60においてはアノード材52及びカソード材53がそれぞれ複数の孔部52a、53aを有し、セパレータ54の平板部54aが上記孔部52a、53a内に配置されて、セパレータ54の酸化物層54cと固体電解質層51に直接接触していることである。アノード材52とカソード材53は、ガス拡散性を持たせるため緻密性に低く、断続運転を繰り返すような過酷な運転条件では、接合強度やシール性に問題が生じることがある。本実施例では、緻密な固体電解質層51にセパレータ54を直接接合することによって、強固でシール性の高い接合を実現することができ、上述のような過酷な条件下での耐久性を向上することができる。
Example 5 Preparation of Solid Electrolyte Fuel Cell (SOFC)
FIG. 8 shows a
上記アノード材52の孔部52a及びカソード材53の孔部53aは、ペースト印刷の場合には、マスクを用いて孔部を形成する部分でペーストを塗らないようにすることにより孔部52a、53aを形成することができる。また、PVD法の場合には、単セルを形成した後に、フォトエッチングすることにより孔部52a、53aを形成することができる。
In the case of paste printing, the
図8に示したセルスタック60は、図7に示したセルスタック50と同様に作製することができるが、固体電解質層51とアノード材52とカソード材53とからなる積層体とセパレータを積層する際に、セパレータ54の平板部54aがアノード材52の孔部52a内又はカソード材53の孔部53a内に配置されて固体電解質層51と接触するように配置する。その際、カソード材52の孔部53aでは、セパレータ54の酸化物層54cが固体電解質層51と直接接触するように配置する。そして、図7のセルスタック50と同様に、積層体を挟んで対向するセパレータ54間に直流電圧を1回印加する。これにより、セパレータ54の酸化物層54cと固体電解質層51との間に陰極接合による接合1が形成され、セパレータ54と固体電解質層51との間に陽極接合による接合2が形成される。こうして、固体電解質層51とアノード材52とカソード材53とからなる積層体とセパレータ54とが接合されて全体が一体化され、セルスタック60が得られる。
The
上記セルスタック60においても、固体電解質層51を挟んで対向するアノード材52及びカソード材53間で発電が行われ、固体電解質層51の面積利用率は約100%である。
Also in the
1,11 酸素イオン伝導体
2 第1の被接合材
2a,12a,23b,32c,33c,54c 酸化物層
3 第2の被接合材
10 積層体
12,13 金属
20,22,23,30,32,33 配管
21 パッキン
22a,23a,32a,33a 端部
22b 外表面
31 接合シール用テープ
31a 金属テープ材
31b 酸素イオン伝導体薄膜
34 接続部
40 燃料電池セル(単セル)
41,51 固体電解質層
42,52 アノード材
43,53 カソード材
50,60 セルスタック
51 固体電解質層
52a,53a 孔部
54 セパレータ
54a 平板部
54b 立板部
55 酸化剤ガス流路
56 燃料ガス流路
DESCRIPTION OF
41, 51
Claims (14)
前記酸素イオン伝導体の一方の表面に配置された、表面に酸化物層が設けられた導電性を有する第1の被接合材と、
前記酸素イオン伝導体の他方の表面に配置された、電子伝導性を有する第2の被接合材と、
を備え、
前記第1の被接合材の前記酸化物層と前記酸素イオン伝導体との接触界面において共有結合が形成されており、
前記第2の被接合材と前記酸素イオン伝導体との接触界面において共有結合が形成されていることを特徴とする接合体。 An oxygen ion conductor,
A conductive first bonding material provided with an oxide layer on the surface, disposed on one surface of the oxygen ion conductor;
A second bonding material having electron conductivity disposed on the other surface of the oxygen ion conductor;
Equipped with
A covalent bond is formed at the contact interface between the oxide layer of the first material to be joined and the oxygen ion conductor.
A bonded body, wherein a covalent bond is formed at a contact interface between the second bonding material and the oxygen ion conductor.
2つの前記配管は、前記酸素イオン伝導体からなるパッキンを介して相互に接合されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の接合体。 The first bonding material and the second bonding material are pipes,
The joined body according to any one of claims 1 to 9, wherein the two pipes are joined to each other via a packing made of the oxygen ion conductor.
前記第2の被接合材は可撓性を有する金属テープ材であり、該金属テープ材と、該金属テープの一方の表面に設けられた前記酸素イオン伝導体からなる薄膜と、は接合シール用テープを構成しており、
前記接合シール用テープは、該接合シール用テープの少なくとも一部が重なり合い、かつ前記酸素イオン伝導体と前記外表面上の酸化物層とが接触するよう、前記2つの配管の接続部に巻き回されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の接合体。 The first material to be joined comprises two pipes connected, and an oxide layer is provided on the outer surface thereof;
The second bonding material is a flexible metal tape material, and the metal tape material and a thin film made of the oxygen ion conductor provided on one surface of the metal tape are for bonding and sealing. Composed of tape,
The bonding and sealing tape is wound around the connection portion of the two pipes so that at least a part of the bonding and sealing tape is overlapped and the oxygen ion conductor is in contact with the oxide layer on the outer surface. The joined body according to any one of claims 1 to 9, wherein
前記第1の被接合材及び前記第2の被接合材はセパレータであり、それらの一方の表面のみに前記酸化物層を有し、
複数の前記酸素イオン伝導体と複数の前記セパレータとが、交互にかつ前記セパレータの酸化物層と前記カソードとが接触するよう積層されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の接合体。 The oxygen ion conductor has a solid electrolyte layer, an anode material disposed on one surface of the solid electrolyte layer, and a cathode material disposed on the other surface of the solid electrolyte layer,
The first bonding material and the second bonding material are separators, and have the oxide layer only on one surface of them.
The plurality of oxygen ion conductors and the plurality of separators are stacked alternately so that the oxide layer of the separator and the cathode are in contact with each other. Zygote.
前記セパレータの酸化物層が前記複数の孔部の各々において前記固体電解質層に接触している、請求項12に記載の接合体。 The cathode material and the anode material each have a plurality of holes,
The joined body according to claim 12, wherein the oxide layer of the separator is in contact with the solid electrolyte layer in each of the plurality of holes.
前記第1の被接合材を電圧印加装置の負極側に接続するとともに、前記第2の被接合材を前記電圧印加装置の正極側に接続する接続工程と、
前記第1の被接合材と前記第2の被接合材との間に直流電圧を印加する電圧印加工程と、
を含み、
前記電圧印加工程において、
前記第1の被接合材と前記第2の被接合材との間への直流電圧の印加は、両者の間を流れる平均電流が少なくとも減少に転じるまで行い、
前記第1の被接合材の前記酸化物層と前記酸素イオン伝導体の接触界面において還元反応させて共有結合させ、
前記第2の被接合材と前記酸素イオン伝導体の接触界面において酸化反応させて共有結合させることを特徴とする接合方法。 A conductive first bonding material having an oxide layer provided on the surface is disposed on one surface of the oxygen ion conductor such that the oxide layer is in contact with the first bonding material, and the oxygen ion conductor An arrangement step of arranging a second bonding material having electron conductivity on the other surface;
Connecting the first material to be bonded to the negative electrode side of the voltage application device and connecting the second material to be bonded to the positive electrode side of the voltage application device;
A voltage application step of applying a DC voltage between the first bonding material and the second bonding material;
Including
In the voltage application step,
The application of the DC voltage between the first bonding material and the second bonding material is performed until at least the average current flowing between the two materials starts to decrease.
Reductive reaction at the contact interface between the oxide layer of the first bonding material and the oxygen ion conductor to cause covalent bonding
An oxidation reaction is carried out at the contact interface between the second material to be joined and the oxygen ion conductor to cause covalent bonding.
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