JP7232106B2 - Glass bonding material and its use - Google Patents

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Description

本発明は、ガラス接合材に関する。詳しくは、低温焼成で無機部材を封止接合するガラス接合材に関する。 The present invention relates to a glass bonding material. More specifically, it relates to a glass bonding material for sealing and bonding inorganic members by low-temperature firing.

アルミナやジルコニア等のセラミック材料を主成分とするセラミック部材や、ステンレス鋼等の金属材料を主成分とする金属部材などの無機部材は、種々の分野において広く使用されている。かかる無機部材の接合には、用途や接合条件等に応じて様々な接合材が用いられている。例えば、固体酸化物形燃料電池(SOFC)では、セラミック部材である燃料極(アノード)と、金属部材であるガス供給管とを封止接合する封止接合部が形成されるが、この封止接合部の形成にガラス接合材が用いられる。かかるガラス接合材は、主成分としてガラス組成物を含んでおり、所定の温度の焼成処理でガラス組成物を融着固化させることによって緻密な封止接合部を形成する。このときの焼成温度は、通常、SOFCの作動温度に応じた温度に設定される。例えば、一般的なSOFCの作動温度は700℃~900℃程度であるため、700℃を超える温度で焼成処理が行われる。 Inorganic members such as ceramic members mainly composed of ceramic materials such as alumina and zirconia and metal members mainly composed of metal materials such as stainless steel are widely used in various fields. Various bonding materials are used for bonding such inorganic members depending on the application, bonding conditions, and the like. For example, in a solid oxide fuel cell (SOFC), a sealed joint is formed to seal and join a fuel electrode (anode), which is a ceramic member, and a gas supply pipe, which is a metal member. A glass bonding material is used to form the bonding portion. Such a glass bonding material contains a glass composition as a main component, and forms a dense sealed joint by fusion-bonding and solidifying the glass composition by firing treatment at a predetermined temperature. The firing temperature at this time is usually set to a temperature corresponding to the operating temperature of the SOFC. For example, since the operating temperature of a general SOFC is about 700.degree. C. to 900.degree.

ガラス接合材の一例として、特許文献1~3に記載のガラス接合材が挙げられる。特許文献1には、BaO、ZnO、SiO、Al、Bを所定の比率で含有し、かつ、アルカリ金属、MgおよびPb成分を実質的に含まないガラスマトリックス(ガラス組成物)を有するガラス封止材料が開示されている。かかる特許文献1に記載のガラス封止材料は、600℃以上(例えば700℃~900℃)で焼成され、800℃~850℃の環境において好適な粘性、耐熱性、耐久性を発揮するものである。また、特許文献2には、BaO、MgO、CaO、SiO、Al、Biを所定の比率で含有し、かつ、ホウ素成分およびアルカリ成分を実質的に含まない耐熱性ガラス接合材が開示されている。かかる特許文献2に記載の耐熱性ガラス接合材は、1000℃以上という高温環境において好適な耐熱性と耐久性を発揮するものである。そして、特許文献3には、SiO、Al、NaO、KO、MgO、CaO、Bを所定の比率で含有し、かつ、ガラスマトリックス中にリューサイト結晶が析出している接合材が開示されている。かかる特許文献3に記載の接合材も、800℃~1200℃という高温域における使用を想定したものである。 Examples of glass bonding materials include the glass bonding materials described in Patent Documents 1 to 3. Patent Document 1 discloses a glass matrix (glass composition A glass encapsulating material having a material) is disclosed. The glass sealing material described in Patent Document 1 is fired at 600° C. or higher (for example, 700° C. to 900° C.) and exhibits suitable viscosity, heat resistance, and durability in an environment of 800° C. to 850° C. be. Further, Patent Document 2 describes a heat-resistant glass containing BaO, MgO, CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 and Bi 2 O 3 in a predetermined ratio and substantially free of boron components and alkaline components. A bonding material is disclosed. The heat-resistant glass bonding material described in Patent Document 2 exhibits suitable heat resistance and durability in a high-temperature environment of 1000° C. or higher. Patent Document 3 discloses a glass matrix containing SiO 2 , Al 2 O 3 , Na 2 O, K 2 O, MgO, CaO, and B 2 O 3 in a predetermined ratio, and leucite crystals in the glass matrix. A deposited bonding material is disclosed. The bonding material described in Patent Document 3 is also assumed to be used in a high temperature range of 800°C to 1200°C.

一方で、近年の電気化学システム(例えば、固体酸化物形燃料電池(SOFC))の分野では、作動温度の低温化が求められている。例えば、SOFCにおいては、作動温度を650℃以下に低下させることによって、材料コストや運転コスト等を低減して汎用性を高めることが期待されている(特許文献4参照)。上述したように、ガラス接合材から封止接合部を形成するときの焼成温度は、SOFCの作動温度に応じた温度に設定されるため、当該作動温度の低温化に伴って650℃以下の低温焼成で封止接合部を好適に形成できるガラス接合材が求められている。このような低温焼成で融着固化し得るガラス組成物の一例として、非特許文献1に記載の低融点ガラス(鉛系ガラス、リン酸塩系ガラス、テルライド系ガラス、バナデート系ガラス、フッ化物系ガラス、カルコゲナイド系ガラス等)が挙げられる。 On the other hand, in the recent field of electrochemical systems (for example, solid oxide fuel cells (SOFC)), lower operating temperatures are required. For example, in SOFCs, it is expected that by lowering the operating temperature to 650° C. or less, material costs, operating costs, etc. can be reduced and versatility can be improved (see Patent Document 4). As described above, the firing temperature for forming the sealed joint from the glass bonding material is set to a temperature corresponding to the operating temperature of the SOFC. There is a demand for a glass bonding material that can suitably form a sealed joint by firing. As an example of such a glass composition that can be fused and solidified by low-temperature firing, non-patent document 1 describes low-melting glass (lead-based glass, phosphate-based glass, telluride-based glass, vanadate-based glass, fluoride-based glass, chalcogenide glass, etc.).

特許第6305315号Patent No. 6305315 特許第5947758号Patent No. 5947758 特許第4619417号Patent No. 4619417 特許第5750764号Patent No. 5750764

東京大学生産技術研究所生産研究 第13巻 第11号,P441-445Institute of Industrial Science, The University of Tokyo Production Research Vol.13 No.11, P441-445

しかしながら、上述した低融点ガラスは、種々の問題を有しており、SOFC等の電気化学システムの接合材として使用することが困難であった。具体的には、鉛系ガラスやフッ化物系ガラスは、鉛成分(Pb)を含んでいるため、環境や人体への悪影響が懸念されている。さらに、リン酸塩系ガラスに含まれるリン成分(P)は、SOFCの化学的劣化(リン被毒)の原因になり得る。さらに、テルル成分(Te)を含むテルライド系ガラス、バナジウム成分(V)を含むバナデート系ガラス、ビスマス(Bi)を含む高ビスマス-鉛系ガラス等は、焼成処理中に還元されて導電性が生じる可能性があるため、電気化学システムの接合材として使用することが難しい。また、カルコゲナイド系ガラスについても、ヒ素成分(As)を含んでいるため、人体や環境に対して悪影響を与える可能性がある。 However, the low-melting-point glass described above has various problems, and it has been difficult to use it as a bonding material for electrochemical systems such as SOFC. Specifically, since lead-based glass and fluoride-based glass contain a lead component (Pb), there is concern about adverse effects on the environment and the human body. Furthermore, the phosphorus component (P) contained in the phosphate glass can cause chemical deterioration (phosphorus poisoning) of the SOFC. Furthermore, telluride-based glasses containing a tellurium component (Te), vanadate-based glasses containing a vanadium component (V), high bismuth-lead-based glasses containing bismuth (Bi), and the like are reduced during the firing process and become conductive. This makes it difficult to use as a bonding material in electrochemical systems. Chalcogenide glass also contains an arsenic component (As), which may adversely affect the human body and the environment.

一方で、特許文献1~3に記載されているような通常のガラス接合材を低温焼成に使用すると、ガラス組成物が適切に溶融されずに焼成中の流動性が不足するため、焼成後の封止接合部の接合性が低下する傾向がある。また、ガラス組成物の溶融温度を低くすれば低温焼成で溶融するガラス接合材を作製できるが、このような低温で溶融するガラス接合材は、耐熱性が低くなる傾向がある。このように、低温焼成用のガラス接合材の分野では、接合性と耐熱性とを高いレベルで両立させることが困難である。 On the other hand, when ordinary glass bonding materials such as those described in Patent Documents 1 to 3 are used for low-temperature firing, the glass composition is not melted appropriately, resulting in insufficient fluidity during firing. The bondability of the sealing joint tends to deteriorate. Also, if the melting temperature of the glass composition is lowered, a glass bonding material that melts at low temperature firing can be produced, but such a glass bonding material that melts at a low temperature tends to have low heat resistance. As described above, in the field of glass bonding materials for low-temperature firing, it is difficult to achieve both bondability and heat resistance at high levels.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、環境への悪影響などの種々の問題を生じさせることなく、650℃以下の低温焼成で接合対象を好適に接合することができ、かつ、焼成後に好適な耐熱性を発揮することができるガラス接合材を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is to be able to suitably join objects to be joined by firing at a low temperature of 650° C. or less without causing various problems such as adverse effects on the environment. Furthermore, it is another object of the present invention to provide a glass bonding material capable of exhibiting suitable heat resistance after firing.

上述の課題を解決するために、ここに開示されるガラス接合材が提供される。 In order to solve the above problems, a glass bonding material disclosed herein is provided.

ここに開示されるガラス接合材は、650℃以下の低温焼成で無機部材を封止接合する接合材である。かかるガラス接合材は、主成分としてガラス組成物を含有する。このガラス組成物は、アルカリ金属元素、P、Pb、Bi、Te、V、Asを実質的に含まず、かつ、当該ガラス組成物全体を100mol%としたときに、95mol%以上が酸化物換算のモル比で、MO:30~75mol%、Al:0.7~12mol%、SiO:5~30mol%、B:15~45mol%、ZnO:1~10mol%の成分で構成されている。なお、ここで、上記MOは、2族元素の酸化物を少なくとも1種を含み、かつ、MgOを少なくとも3mol%含む。 The glass bonding material disclosed herein is a bonding material that sealingly bonds inorganic members by low-temperature firing at 650° C. or less. Such a glass bonding material contains a glass composition as a main component. This glass composition substantially does not contain alkali metal elements, P, Pb, Bi, Te, V, and As, and when the entire glass composition is 100 mol %, 95 mol % or more is oxide conversion MO: 30 to 75 mol%, Al 2 O 3 : 0.7 to 12 mol%, Si 2 O: 5 to 30 mol%, B 2 O 3 : 15 to 45 mol%, ZnO: 1 to 10 mol% composed of ingredients. Here, the MO contains at least one group 2 element oxide and contains at least 3 mol % of MgO.

上述のように、2族元素の酸化物(MO)を30mol%以上含有し、かつ、かかる2族元素の酸化物の中でMgOを少なくとも3mol%含むガラス組成物を主成分とするガラス接合材は、650℃以下の低温焼成において十分な接合性を発揮すると共に、焼成後に良好な耐熱性を発揮することが本発明者らの実験により確認されている。加えて、ここに開示されるガラス接合材は、アルカリ金属元素、P、Pb、Bi、Te、V、Asを実質的に含有していないため、環境や人体への悪影響、絶縁性の低下、電気化学システムの科学的劣化等の種々の問題が生じることを未然に防止できる。 As described above, a glass bonding material containing, as a main component, a glass composition containing 30 mol% or more of an oxide (MO) of a Group 2 element and containing at least 3 mol% of MgO in the oxide of a Group 2 element It has been confirmed by experiments by the present inventors that the material exhibits sufficient bondability in low-temperature firing of 650° C. or less and exhibits good heat resistance after firing. In addition, the glass bonding material disclosed herein does not substantially contain alkali metal elements, P, Pb, Bi, Te, V, and As. Various problems such as chemical deterioration of the electrochemical system can be prevented from occurring.

ここに開示されるガラス接合材の好適な一態様では、ガラス組成物は、CuO、Fe、NiO、ZrOからなる群から選択される少なくとも1種を1mol%以下含む。これらの任意成分を添加し、多成分系のガラス組成物を構築することによって、焼成後の封止接合部の物理的安定性を向上させることができる。 In one preferred aspect of the glass bonding material disclosed herein, the glass composition contains 1 mol % or less of at least one selected from the group consisting of Cu 2 O, Fe 2 O 3 , NiO, and ZrO 2 . By adding these optional components to construct a multi-component glass composition, the physical stability of the sealed joint after firing can be improved.

ここに開示されるガラス接合材の好適な一態様では、650℃における粘度が5Pa・s~8Pa・sである。これにより、低温焼成中のガラス接合材に適度な流動性を持たせ、無機部材の表面に適切に定着させることができるため、低温焼成でも脱落し難い封止接合部を形成できる。また、作動温度において接合部の形状を安定的に維持できるため、より優れた耐熱性や耐久性を実現できる。なお、本明細書において「粘度」とは、硝子平行板粘度測定装置を用いて測定した変形速度からGent式に基づいて算出した粘度をいう。 In one preferred aspect of the glass bonding material disclosed herein, the viscosity at 650° C. is 5 Pa·s to 8 Pa·s. As a result, the glass bonding material being fired at a low temperature can be appropriately fluidized and can be appropriately fixed to the surface of the inorganic member, so that a sealed joint that is difficult to come off even when fired at a low temperature can be formed. In addition, since the shape of the joint can be stably maintained at the operating temperature, better heat resistance and durability can be achieved. As used herein, the term "viscosity" refers to a viscosity calculated based on the Gent's equation from a deformation rate measured using a glass parallel plate viscometer.

ここに開示されるガラス接合材の好適な一態様では、30℃から500℃までの熱膨張係数が6×10-6-1~13×10-6-1である。封止接合部の破損を抑制する等の観点から、一般に、ガラス接合材の熱膨張係数は、接合対象である無機部材の熱膨張係数に近似させると好ましいと考えられている。本態様によると、比較的に熱膨張係数の高い無機部材(例えば金属部材)との間で、熱膨張係数を近似させることができるため、焼成後の封止接合部の破損を好適に防止できる。
なお、本明細書において「熱膨張係数」とは、30℃から500℃までの温度領域において熱機械分析装置(Thermomechanical Analysis:TMA)を用いて測定した平均膨張係数(平均線膨張係数)であり、試料の初期長さに対する試料長さの変化量を温度差で割った値をいう。熱膨張係数の測定は、JIS R 3102(1995)に準じて行うことができる。
In a preferred aspect of the glass bonding material disclosed herein, the thermal expansion coefficient from 30°C to 500°C is 6×10 -6 K -1 to 13×10 -6 K -1 . From the viewpoint of suppressing breakage of the sealed joint, it is generally considered preferable that the coefficient of thermal expansion of the glass bonding material approximates the coefficient of thermal expansion of the inorganic member to be bonded. According to this aspect, since the thermal expansion coefficient can be approximated with an inorganic member (for example, a metal member) having a relatively high thermal expansion coefficient, it is possible to suitably prevent damage to the sealed joint after firing. .
As used herein, the term “thermal expansion coefficient” refers to an average expansion coefficient (average linear expansion coefficient) measured using a thermomechanical analysis (TMA) in a temperature range from 30° C. to 500° C. , is the value obtained by dividing the amount of change in sample length from the initial length of the sample by the temperature difference. The thermal expansion coefficient can be measured according to JIS R 3102 (1995).

ここに開示されるガラス接合材の好適な一態様では、大気雰囲気中で650℃以上かつ100時間以上の熱曝露を行った際の熱曝露前後の熱膨張変化率が10%以下である。これにより、長期にわたって高気密性を維持できる高温耐久性に優れた封止接合部を形成できる。 In a preferred embodiment of the glass bonding material disclosed herein, the rate of change in thermal expansion before and after heat exposure is 10% or less when subjected to heat exposure at 650° C. or higher for 100 hours or longer in an air atmosphere. As a result, it is possible to form a sealed joint that can maintain high airtightness over a long period of time and is excellent in high-temperature durability.

本発明は、他の側面として、無機部材接合体を提供する。かかる無機部材接合体は、2つ以上の無機部材と、該2つ以上の無機部材を封止接合する封止接合部とを備えている。そして、かかる無機部材接合体の封止接合部は、アルカリ金属元素、P、Pb、Bi、Te、V、Asを実質的に含まず、かつ、当該ガラス組成物全体を100mol%としたときに、95mol%以上が酸化物換算のモル比で、MO:30~75mol%、Al:0.7~12mol%、SiO:5~30mol%、B:15~45mol%、ZnO:1~10mol%、の成分で構成されている。なお、上記MOは、2族元素の酸化物を少なくとも1種を含み、かつ、MgOを少なくとも3mol%含む。
かかる無機部材接合体は、低温焼成において好適な接合性を発揮するガラス接合材から封止接合部が形成されているため、当該封止接合部が脱落することを好適に防止できる。また、650℃程度の環境に長期間晒された場合でも熱膨張係数を維持できる好適な耐熱性を有している。さらに、かかる封止接合部は、アルカリ金属元素、P、Pb、Bi、Te、V、Asを実質的に含有していないため、環境や人体への悪影響、絶縁性の低下、電気化学システムの科学的劣化等の種々の問題が未然に防止されている。
Another aspect of the present invention provides an inorganic member joined body. Such an inorganic member joined body includes two or more inorganic members, and a sealed joint that seals and joins the two or more inorganic members. Then, the sealed joint portion of the inorganic member joint body does not substantially contain alkali metal elements, P, Pb, Bi, Te, V, and As, and when the entire glass composition is 100 mol %, , Mo: 30 to 75 mol%, Al 2 O 3 : 0.7 to 12 mol%, Si 2 O: 5 to 30 mol%, B 2 O 3 : 15 to 45 mol%, at a molar ratio of 95 mol% or more in terms of oxides. , ZnO: 1 to 10 mol %. The above MO contains at least one group 2 element oxide and contains at least 3 mol % of MgO.
In such an inorganic member joined body, since the sealed joint portion is formed from a glass jointing material that exhibits suitable bondability in low-temperature firing, it is possible to suitably prevent the sealed joint portion from falling off. Moreover, it has a suitable heat resistance that can maintain the coefficient of thermal expansion even when exposed to an environment of about 650° C. for a long period of time. Furthermore, since such a sealed joint substantially does not contain alkali metal elements, P, Pb, Bi, Te, V, and As, it has an adverse effect on the environment and the human body, a decrease in insulation, and an electrochemical system. Various problems such as chemical deterioration are obviated.

ここに開示される無機部材接合体の好適な一態様では、封止接合部は、BaMgSiO、BaAl、BaZnSiO、BaAlSi、MgSiOからなる群から選択される結晶が少なくとも1種生成されている。このような結晶が生成されるように、ガラス組成物の成分や焼成条件を調整することによって、封止接合部の耐熱性をさらに向上させることができる。 In a preferred aspect of the inorganic member joined body disclosed herein, the sealed joint is a crystal selected from the group consisting of BaMgSiO4, BaAl2O4 , BaZnSiO4 , BaAl2Si2O8 , and MgSiO3 . is generated at least one. By adjusting the components of the glass composition and the firing conditions so that such crystals are generated, the heat resistance of the sealed joint can be further improved.

本発明の一実施形態に係るSOFCシステムを模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing an SOFC system according to an embodiment of the invention; FIG.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、SOFCの一般的な製造プロセス等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の説明において、「A~B(ただし、A,Bが任意の値)」とは、A,Bの値(上限値および下限値)を包含するものとする。また、本明細書で説明する図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さなど)は必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。 Preferred embodiments of the present invention are described below. Matters other than those specifically mentioned in this specification, which are necessary for implementing the present invention (for example, a general SOFC manufacturing process, etc.), can be understood by those skilled in the art based on the prior art in the relevant field. It can be grasped as a design matter. The present invention can be implemented based on the contents disclosed in this specification and common general technical knowledge in the field. In the following description, "A to B (where A and B are arbitrary values)" includes the values of A and B (upper limit and lower limit). In addition, in the drawings described in this specification, members and parts having the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted or simplified. Also, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not necessarily reflect the actual dimensional relationships.

≪ガラス接合材≫
ここに開示されるガラス接合材は、650℃以下の低温焼成で無機部材を接合するために用いられる低温焼成用のガラス接合材である。なお、詳しくは後述するが、本明細書における「無機部材」とは、セラミック材料を主成分とするセラミック部材と、金属材料を主成分とする金属部材を包含する概念である。
≪Glass bonding material≫
The glass bonding material disclosed herein is a glass bonding material for low-temperature firing used for bonding inorganic members by low-temperature firing at 650° C. or less. Although the details will be described later, the term “inorganic member” in the present specification is a concept that includes a ceramic member mainly composed of a ceramic material and a metallic member mainly composed of a metallic material.

1.ガラス組成物
ここに開示されるガラス接合材は、主成分としてガラス組成物を含んでいる。典型的には、ガラス接合材全体を100質量%としたときのガラス組成物の含有量は、50質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、80質量%以上がさらに好ましく、90質量%以上が特に好ましい。また、当該ガラス組成物の含有量の上限は、特に限定されず、100質量%であってもよく、99質量%以下であってもよく、95質量%以下であってもよい。そして、ここに開示されるガラス組成物の95mol%以上は、2族元素の酸化物(MO)と、アルミニウム成分(Al)と、ケイ素成分(SiO)と、ホウ素成分(B)と、亜鉛成分(ZnO)によって構成されている。以下、各成分について説明する。
1. Glass Composition The glass bonding material disclosed herein contains a glass composition as a main component. Typically, the content of the glass composition when the entire glass bonding material is 100% by mass is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, further preferably 80% by mass or more, and 90% by mass. % or more is particularly preferred. The upper limit of the content of the glass composition is not particularly limited, and may be 100% by mass, 99% by mass or less, or 95% by mass or less. 95 mol % or more of the glass composition disclosed herein is composed of group 2 element oxide (MO), aluminum component (Al 2 O 3 ), silicon component (Si 2 O), and boron component (B 2 O 3 ) and a zinc component (ZnO). Each component will be described below.

(1)2族元素の酸化物
ここに開示されるガラス接合材のガラス組成物は、2族元素の酸化物(MO)を含む。かかる2族元素の酸化物としては、MgO、CaO、BaO、SrO、RaO等が挙げられる。これらの2族元素の酸化物は、熱膨張係数の調整や焼成後の耐熱性の向上に寄与すると共に、低温焼成での流動性(接合性)の向上に寄与する。そして、ここに開示されるガラス組成物は、上記2族元素の酸化物の中でも酸化マグネシウム(MgO)を必須成分として含有する。本発明者らの検討によると、MgOは、2族元素の酸化物の中でも、650℃以下の低温焼成における接合性向上機能と、650℃程度の作動温度における耐熱性向上機能が特に優れている。これらの観点から、ここに開示されるガラス接合材のガラス組成物は、2族元素の酸化物(MO)を30mol%以上含有し、かつ、MgOを3mol%以上含有している。これによって、低温焼成での接合性と焼成後の耐熱性を高いレベルで両立させることができる。なお、ガラス組成物全体に占める2族元素の酸化物(MO)の割合は、酸化物換算のモル比で32mol%以上が好ましく、35mol%以上がより好ましく、45mol%以上がさらに好ましい。また、他の成分を含有させて物理的安定性を向上させるという観点から、MOの割合の上限は、75mol%以下に設定され、72mol%以下が好ましく、70mol%以下がより好ましく、65mol%以下がさらに好ましい。そして、ガラス組成物全体に占めるMgOの割合は、酸化物換算のモル比で6mol%以上が好ましく、7mol%以上がより好ましく、9mol%以上がさらに好ましい。これによって、低温焼成での接合性と焼成後の耐久性を好適に両立させることができる。また、上記MgOの割合の上限は、2族元素の酸化物(MO)の割合の上限を超えない範囲で任意に設定することができ、特に限定されない。一例として、MgOの割合の上限は、75mol%以下であってもよく、50mol%以下であってもよく、25mol%以下であってもよく、20mol%以下であってもよい。また、ここに開示されるガラス組成物は、2族元素の酸化物としてMgOのみを含んでいてもよいが、焼成後の封止接合部の物理的安定性を向上させるという観点から、他の2族元素の酸化物と混合させて多成分系のガラス組成物を構成した方が好ましい。
(1) Group 2 Element Oxide The glass composition of the glass bonding material disclosed herein contains a Group 2 element oxide (MO). Examples of oxides of Group 2 elements include MgO, CaO, BaO, SrO, and RaO. These group 2 element oxides contribute to adjustment of the thermal expansion coefficient and improvement of heat resistance after firing, and contribute to improvement of fluidity (jointability) in low-temperature firing. The glass composition disclosed herein contains magnesium oxide (MgO) among the group 2 element oxides as an essential component. According to the studies of the present inventors, among oxides of Group 2 elements, MgO is particularly excellent in the function of improving bondability in low temperature firing of 650 ° C. or less and the function of improving heat resistance at operating temperatures of about 650 ° C. . From these points of view, the glass composition of the glass bonding material disclosed herein contains 30 mol % or more of the group 2 element oxide (MO) and 3 mol % or more of MgO. This makes it possible to achieve both bondability in low-temperature firing and heat resistance after firing at a high level. The ratio of the group 2 element oxide (MO) in the entire glass composition is preferably 32 mol % or more, more preferably 35 mol % or more, and even more preferably 45 mol % or more in terms of oxide. In addition, from the viewpoint of improving physical stability by containing other components, the upper limit of the MO ratio is set to 75 mol% or less, preferably 72 mol% or less, more preferably 70 mol% or less, and 65 mol% or less. is more preferred. The proportion of MgO in the entire glass composition is preferably 6 mol % or more, more preferably 7 mol % or more, and even more preferably 9 mol % or more in terms of oxide. As a result, it is possible to favorably achieve both bondability in low-temperature firing and durability after firing. Moreover, the upper limit of the proportion of MgO can be arbitrarily set within a range not exceeding the upper limit of the proportion of oxides (MO) of Group 2 elements, and is not particularly limited. As an example, the upper limit of the proportion of MgO may be 75 mol % or less, 50 mol % or less, 25 mol % or less, or 20 mol % or less. In addition, the glass composition disclosed herein may contain only MgO as a group 2 element oxide, but from the viewpoint of improving the physical stability of the sealed joint after firing, other It is preferable to form a multi-component glass composition by mixing with an oxide of a Group 2 element.

(2)アルミニウム成分
アルミニウム成分(Al)は、低温焼成におけるガラス接合材の流動性を制御する機能を有している。また、ガラス接合材を安定させて、化学的耐久性を向上させる成分でもある。かかるアルミニウム成分の割合が増加するにつれて、耐熱性が向上する傾向がある。かかる観点から、ここに開示されるガラス接合材では、ガラス組成物全体に占めるAlの割合が0.7mol%以上(好ましくは1mol%以上、より好ましくは2mol%以上)に設定されている。一方で、アルミニウム成分を増加させすぎると低温焼成における接合性が低下する傾向があるため、Alの割合の上限は、12mol%以下(好ましくは10mol%以下、より好ましくは7mol%以下、さらに好ましくは5mol%以下)に設定される。
(2) Aluminum Component The aluminum component (Al 2 O 3 ) has the function of controlling the fluidity of the glass bonding material during low-temperature firing. It is also a component that stabilizes the glass bonding material and improves chemical durability. Heat resistance tends to improve as the proportion of the aluminum component increases. From this point of view, in the glass bonding material disclosed herein, the proportion of Al 2 O 3 in the entire glass composition is set to 0.7 mol% or more (preferably 1 mol% or more, more preferably 2 mol% or more). there is On the other hand, if the aluminum component is excessively increased, the bondability in low-temperature firing tends to decrease. more preferably 5 mol % or less).

(3)ケイ素成分
ここに開示されるガラス接合材は、上述した酸化アルミニウム(Al)に加えて、酸化ケイ素(SiO)を含有している。すなわち、ここに開示されるガラス組成物は、アルミノシリケートガラスをベースにしている。かかるケイ素成分(酸化ケイ素)は、焼成後のガラスの骨格を構成する成分であり、焼成時の粘度を低下させる機能も有している。また、SiOの割合が増加するにつれて耐熱性が向上する傾向がある。このため、ガラス組成物全体に占めるSiOの割合は、酸化物換算のモル比で5mol%以上に設定され、8mol%以上が好ましく、10mol%以上がより好ましく、14mol%以上がさらに好ましい。また、焼成時に一定の粘度を確保するという観点から、上記SiOの割合の上限は、30mol%以下に設定され、27mol%以下が好ましく、25mol%以下がより好ましく、23mol%以下がさらに好ましい。
(3) Silicon Component The glass bonding material disclosed herein contains silicon oxide (Si 2 O) in addition to the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) described above. That is, the glass compositions disclosed herein are based on aluminosilicate glasses. Such a silicon component (silicon oxide) is a component that constitutes the skeleton of the glass after firing, and also has the function of reducing the viscosity during firing. Also, the heat resistance tends to improve as the proportion of Si 2 O increases. Therefore, the ratio of Si 2 O in the entire glass composition is set to 5 mol % or more in terms of oxide, preferably 8 mol % or more, more preferably 10 mol % or more, and even more preferably 14 mol % or more. In addition, from the viewpoint of ensuring a constant viscosity during firing, the upper limit of the Si 2 O ratio is set to 30 mol% or less, preferably 27 mol% or less, more preferably 25 mol% or less, and even more preferably 23 mol% or less. .

(4)ホウ素成分
ホウ素成分(酸化ホウ素(B))は、焼成処理における流動性を高めることに寄与するため、含有量を増加させることによって低温焼成における接合性が向上する傾向がある。このため、ガラス組成物全体に占めるBの割合は、15mol%以上に設定され、16mol%以上が好ましく、17mol%以上がより好ましく、18mol%以上がさらに好ましい。一方、Bが多くなりすぎると耐熱性や熱膨張係数が低下する傾向がある。このため、ガラス組成物全体に占めるBの割合の上限は、45mol%以下に設定され、43mol%以下が好ましく、40mol%以下がより好ましく、38mol%以下がさらに好ましい。
(4) Boron component The boron component (boron oxide (B 2 O 3 )) contributes to increasing the fluidity in the firing process, so increasing the content tends to improve the bondability in low-temperature firing. . Therefore, the proportion of B 2 O 3 in the entire glass composition is set to 15 mol % or more, preferably 16 mol % or more, more preferably 17 mol % or more, and even more preferably 18 mol % or more. On the other hand, when B 2 O 3 is too much, the heat resistance and thermal expansion coefficient tend to decrease. Therefore, the upper limit of the proportion of B 2 O 3 in the entire glass composition is set to 45 mol % or less, preferably 43 mol % or less, more preferably 40 mol % or less, and even more preferably 38 mol % or less.

(5)亜鉛成分
亜鉛成分(酸化亜鉛(ZnO))は、焼成時のガラス接合材の粘度を調整すると共に、焼成後の封止接合部の気密性や安定性を向上させる機能を有している。さらに、焼成後の封止接合部にSiOの結晶(クリストバライト結晶)が生成されて耐熱性が低下することを抑制できる。かかる観点から、ガラス組成物全体に占めるZnOの割合は、酸化物換算のモル比で、1mol%以上に設定され、3mol%以上が好ましく、3.5mol%以上がより好ましく、4mol%以上がさらに好ましい。一方、ZnOを増加させすぎるとZn系結晶が極端に析出しやすくなり、ガラス粘度が増加して低温接合性を阻害する恐れがある。かかる観点から、ZnOの割合の上限は、10mol%以下に設定され、8mol%以下が好ましく、7mol%以下がより好ましく、6mol%以下がさらに好ましい。また、上記割合でZnOを含ませることによって、封止接合部の耐水性や耐熱衝撃性、耐久性のうちの少なくとも1つを向上させることができる。
(5) Zinc component The zinc component (zinc oxide (ZnO)) has the function of adjusting the viscosity of the glass bonding material during firing and improving the airtightness and stability of the sealed joint after firing. there is Furthermore, it is possible to suppress the formation of SiO 2 crystals (cristobalite crystals) in the sealed joint after firing, which would otherwise lower the heat resistance. From this point of view, the ratio of ZnO in the entire glass composition is set to 1 mol% or more, preferably 3 mol% or more, more preferably 3.5 mol% or more, and further 4 mol% or more, in terms of oxide. preferable. On the other hand, if the amount of ZnO is excessively increased, Zn-based crystals are extremely likely to precipitate, which may increase the viscosity of the glass and impede low-temperature bondability. From this point of view, the upper limit of the ZnO ratio is set to 10 mol % or less, preferably 8 mol % or less, more preferably 7 mol % or less, and even more preferably 6 mol % or less. In addition, by including ZnO in the above ratio, at least one of water resistance, thermal shock resistance, and durability of the sealed joint can be improved.

(6)他の成分
ここに開示されるガラス組成物は、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、上記5種の主要構成成分以外の任意成分を含んでいてもよい。かかる任意成分の一例として、CuO、Fe、NiO、ZrO、TiO、Nb、FeO、Fe、CuO、SnO、SnO、La、CeO等が挙げられる。これらの任意成分を添加し、多成分系のガラス組成物を構成することによって、焼成後の封止接合部の物理的安定性を向上させることができる。例えば、ガラス組成物は、6成分以上の多成分系で構成されていることが好ましい。これにより、封止接合部の物理的安定性を向上させることができる。また、作業性やコストの観点からは、ガラスマトリックスが10成分以下で構成されることが好ましい。なお、これらの任意成分を添加する場合、ガラス組成物全体に占める上記任意成分の割合は、0.01mol%~1mol%以下であることが好ましく、0.05mol%~0.75mol%であることがより好ましく、0.1mol%~0.5mol%以下であることがさらに好ましい。
(6) Other Components The glass composition disclosed herein may contain optional components other than the above five main components as long as they do not significantly impair the effects of the present invention. Examples of such optional components include Cu2O, Fe2O3, NiO, ZrO2, TiO2, Nb2O5, FeO, Fe3O4 , CuO , SnO , SnO2 , La2O3 , CeO2 . etc. By adding these optional components to form a multi-component glass composition, the physical stability of the sealed joint after firing can be improved. For example, the glass composition is preferably composed of a multi-component system of six or more components. This can improve the physical stability of the sealing joint. Moreover, from the viewpoint of workability and cost, it is preferable that the glass matrix is composed of 10 or less components. When these optional components are added, the ratio of the above optional components to the entire glass composition is preferably 0.01 mol % to 1 mol % or less, and more preferably 0.05 mol % to 0.75 mol %. is more preferable, and 0.1 mol % to 0.5 mol % or less is even more preferable.

(7)禁止成分
ここに開示されるガラス接合材は、上述した種々の問題の発生を未然に防ぐために、実質的に含有しない成分(禁止成分)が定められている。先ず、ここに開示されるガラス接合材のガラス組成物は、アルカリ金属元素を実質的に含まない。かかるアルカリ金属元素としては、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr等が挙げられる。これらのアルカリ金属成分(特にNa、K)を含有するガラス接合材は、焼成時に環境に悪影響を与える物質を生成する可能性がある。例えば、アルカリ金属元素を含むガラス接合材をフェライト系ステンレス鋼の接合に使用すると、環境規制物質である六価クロムが生成される可能性がある。これに対して、ここに開示されるガラス接合材は、アルカリ金属元素を実質的に含有していないため、焼成時に環境規制物質が生じることを未然に防止できる。
次に、ここに開示されるガラス接合材のガラス組成物は、鉛成分(Pb)、ヒ素(As)を実質的に含まない。これによって、PbやAsが人体や環境に悪影響を与えることを未然に防止できる。さらに、ここに開示されるガラス接合材では、リン成分(P)を実質的に含有していない。このため、リン被毒による電気化学システム(例えばSOFC等)の化学的劣化を未然に防止できる。そして、ここに開示されるガラス接合材のガラス組成物は、ビスマス成分(Bi)、テルル成分(Te)、バナジウム成分(V)も実質的に含有しない。このため、焼成処理後のガラス(封止接合部)が導電性を有することを未然に防止できる。
なお、本明細書において「実質的に含有しない」とは、上述した禁止成分を意図的に添加していないことを指す。したがって、禁止成分と解釈され得る成分が原料や製造工程等に由来して微量に含まれるような場合は、本明細書における「実質的に含有しない」の概念に包含される。例えば、上記ガラス組成物全体に占める上記禁止成分の含有量が0.01mol%以下(好ましくは0.005wt%以下、より好ましくは0.001wt%以下、さらに好ましくは0.0005wt%以下、特に好ましくは0.0001wt%以下)である場合、「実質的に含有しない」ということができる。
(7) Prohibited Ingredients In order to prevent the above-described various problems from occurring, the glass bonding material disclosed herein specifies ingredients that it does not substantially contain (prohibited ingredients). First, the glass composition of the glass bonding material disclosed herein does not substantially contain an alkali metal element. Such alkali metal elements include Li, Na, K, Rb, Cs, Fr and the like. A glass bonding material containing these alkali metal components (particularly Na and K) may generate substances that adversely affect the environment during firing. For example, when a glass bonding material containing an alkali metal element is used for bonding ferritic stainless steel, hexavalent chromium, which is an environmentally regulated substance, may be generated. On the other hand, the glass bonding material disclosed herein does not substantially contain an alkali metal element, so it is possible to prevent the generation of environmentally controlled substances during firing.
Next, the glass composition of the glass bonding material disclosed herein does not substantially contain a lead component (Pb) and arsenic (As). This makes it possible to prevent Pb and As from adversely affecting the human body and the environment. Furthermore, the glass bonding material disclosed herein does not substantially contain a phosphorus component (P). Therefore, it is possible to prevent chemical deterioration of the electrochemical system (such as SOFC) due to phosphorus poisoning. The glass composition of the glass bonding material disclosed herein does not substantially contain a bismuth component (Bi), a tellurium component (Te), or a vanadium component (V). Therefore, it is possible to prevent the glass (sealed joint portion) from being conductive after the firing process.
In this specification, "substantially does not contain" means that the above-mentioned prohibited ingredients are not intentionally added. Therefore, in the present specification, the concept of "substantially free" includes the case where a trace amount of a component that can be interpreted as a prohibited component is contained due to raw materials, manufacturing processes, or the like. For example, the content of the prohibited component in the entire glass composition is 0.01 mol% or less (preferably 0.005 wt% or less, more preferably 0.001 wt% or less, still more preferably 0.0005 wt% or less, particularly preferably is 0.0001 wt% or less), it can be said to be "substantially free".

ここに開示されるガラス接合材、650℃における粘度が5Pa・s~8Pa・sであることが好ましい。これにより、低温焼成中のガラス接合材に適度な流動性を持たせ、無機部材の表面に好適に定着させることができるため、低温焼成でも脱落し難い封止接合部を形成することができる。また、作動温度において接合部の形状を安定的に維持できるため、より優れた耐熱性や耐久性を実現できる。なお、無機部材への定着性を考慮すると、低温焼成における粘度の下限は、5.5Pa・s以上がより好ましく、6Pa・s以上がさらに好ましい。一方、焼成後の封止接合部の安定性を考慮すると、7.5Pa・s以下が好ましく、7Pa・s以下がより好ましい。 The glass bonding material disclosed herein preferably has a viscosity of 5 Pa·s to 8 Pa·s at 650°C. As a result, the glass bonding material being fired at a low temperature can be appropriately fluidized and can be suitably fixed to the surface of the inorganic member, so that a sealed joint that is difficult to fall off even when fired at a low temperature can be formed. In addition, since the shape of the joint can be stably maintained at the operating temperature, better heat resistance and durability can be achieved. Considering fixability to inorganic members, the lower limit of the viscosity in low-temperature firing is more preferably 5.5 Pa·s or more, and further preferably 6 Pa·s or more. On the other hand, considering the stability of the sealed joint after firing, it is preferably 7.5 Pa·s or less, more preferably 7 Pa·s or less.

また、上述したガラス組成物の成分は、接合対象である無機部材との間で熱膨張係数を近似させるという観点で適宜調整されているとより好ましい。例えば、ガラス接合材の熱膨張係数は、6×10-6-1~13×10-6-1(好ましくは6.4×10-6-1~12.2×10-6-1)の範囲内に調整されているとよい。これにより、接合対象との膨張量の差異によって封止接合部が破損することを抑制できる。なお、本明細書における「熱膨張係数」は、30℃から500℃における平均線熱膨張係数を指す。 Further, it is more preferable that the components of the glass composition described above are appropriately adjusted from the viewpoint of approximating the coefficient of thermal expansion between the glass composition and the inorganic member to be joined. For example, the thermal expansion coefficient of the glass bonding material is 6×10 −6 K −1 to 13×10 −6 K −1 (preferably 6.4×10 −6 K −1 to 12.2×10 −6 K -1 ). As a result, it is possible to suppress damage to the sealing joint due to a difference in expansion amount between the joint and the object to be joined. In addition, the "thermal expansion coefficient" in this specification refers to the average linear thermal expansion coefficient at 30°C to 500°C.

また、ここに開示されるガラス接合材は、大気雰囲気中において650℃以上かつ100時間の熱曝露を行った際の上記熱曝露前後の熱膨張係数の差が10%以下となる。このように、熱曝露による熱膨張係数の低下が抑制されたガラス接合材は、好適な耐熱性を有する封止接合部を形成することができる。 Further, the glass bonding material disclosed herein exhibits a difference of 10% or less in thermal expansion coefficient before and after the heat exposure at 650° C. or higher for 100 hours in an air atmosphere. Thus, the glass bonding material in which the decrease in thermal expansion coefficient due to heat exposure is suppressed can form a sealed joint having suitable heat resistance.

2.ガラス組成物以外の材料
ここに開示されるガラス接合材には、上述したガラス組成物に加え、この種のガラス接合材に添加し得る従来公知の材料を適宜添加することができる。そのような添加成分の一例として、有機バインダや有機溶剤等の有機材料が挙げられる。有機バインダとしては、通常この種のガラスペーストに用いられている各種のバインダを考慮することができる。例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、ニトロセルロース等のセルロース系高分子や、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、アミン系樹脂等を例示することができる。また、有機溶剤についても同様であって、通常この種のガラスペーストに用いられている各種の有機溶剤を考慮することができる。例えば、ターピネオール、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、各種のグリコール等を例示することができる。
2. Materials Other than Glass Composition In addition to the glass composition described above, conventionally known materials that can be added to this type of glass bonding material can be appropriately added to the glass bonding material disclosed herein. Examples of such additive components include organic materials such as organic binders and organic solvents. As organic binders, various binders commonly used in glass pastes of this type can be considered. For example, cellulose-based polymers such as methyl cellulose, ethyl cellulose and nitrocellulose, acrylic resins, epoxy-based resins, amine-based resins, and the like can be exemplified. The same applies to organic solvents, and various organic solvents that are commonly used for this type of glass paste can be considered. For example, terpineol, ether-based solvents, ester-based solvents, various glycols, and the like can be exemplified.

なお、ここに開示されるガラス接合材の形態は特に限定されず、用途に応じて任意の形態を採用できる。例えば、カレット状、パウダー状、フリット状、ペレット状、シート状、ペースト状等の形態をとることができる。例えば、ペースト状のガラス接合材の場合には、粘度を適切に調整することによって塗布や印刷等の手法で接合対象(無機部材)に容易に付与することができる。また、作業の利便性の観点から、シート状の接合材を予め成形し、当該シート状の接合材を接合対象に貼り付けるという態様を採用することもできる。 The form of the glass bonding material disclosed herein is not particularly limited, and any form can be adopted according to the application. For example, it can be in the form of cullet, powder, frit, pellet, sheet, paste, and the like. For example, in the case of a paste-like glass bonding material, by appropriately adjusting the viscosity, it can be easily applied to the bonding target (inorganic member) by a technique such as coating or printing. From the viewpoint of work convenience, it is also possible to employ a mode in which a sheet-like bonding material is formed in advance and the sheet-like bonding material is attached to the object to be bonded.

≪ガラス接合材の製造方法≫
次に、ここに開示されるガラス接合材を製造する方法の一例を説明する。なお、かかる製造方法に関する説明は、ここに開示されるガラス接合材を限定することを意図したものではない。
<<Method for manufacturing glass bonding material>>
Next, an example of a method for manufacturing the glass bonding material disclosed herein will be described. It should be noted that the description of such a manufacturing method is not intended to limit the glass bonding material disclosed herein.

ここに開示されるガラス接合材を製造する際には、先ず、上述した2族元素の酸化物、Al、SiO、B、ZnOを主要構成成分とする(5種の主要構成成分が酸化物換算のモル比で95mol%以上を占める)原料粉末を調製する。例えば、上述した各種の構成成分を含有する酸化物、炭酸塩、硝酸塩、複合酸化物等を含む工業製品、試薬、または各種の鉱物原料を用意し、これらが所望の組成比になるよう混合する。この原料粉末の混合・調製は、例えばボールミル等の混合機に上記原料を投入し、数時間~数十時間混合することによって行うことができる。 When manufacturing the glass bonding material disclosed herein, first, the group 2 element oxides, Al 2 O 3 , Si 2 O, B 2 O 3 and ZnO mentioned above are used as main constituents (five types occupies 95 mol % or more in a molar ratio of oxide conversion) raw material powder is prepared. For example, industrial products, reagents, or various mineral raw materials containing oxides, carbonates, nitrates, composite oxides, etc. containing the various constituents described above are prepared and mixed so that they have a desired composition ratio. . Mixing and preparation of the raw material powder can be performed by, for example, putting the raw material into a mixer such as a ball mill and mixing for several hours to several tens of hours.

次に、得られたガラス原料粉末を乾燥させた後、所定の温度条件(典型的には900℃~1200℃)で加熱してガラス原料粉末を溶融する。そして、溶融したガラスを冷却(好ましくは急冷)することによって、上記構成のガラス組成物を得ることができる。その後、得られたガラス組成物を所望の大きさ(粒径)となるまで粉砕・分級(篩いがけ)することによって、カレット状またはパウダー状等のガラス粉末が得られる。かかるガラス粉末の平均粒径は、例えば0.5μm~50μm(典型的には1μm~10μm)とすることが好ましい。 Next, after drying the obtained frit powder, it is heated under a predetermined temperature condition (typically 900° C. to 1200° C.) to melt the frit powder. Then, by cooling (preferably quenching) the molten glass, the glass composition having the above structure can be obtained. After that, the obtained glass composition is pulverized and classified (sieved) until it reaches a desired size (particle size) to obtain cullet-like or powder-like glass powder. The average particle size of such glass powder is preferably 0.5 μm to 50 μm (typically 1 μm to 10 μm), for example.

そして、得られたガラス粉体を所望の形態に適宜加工することによってガラス接合材が得られる。なお、ガラス接合材を所望の形態に加工するための手段は、本発明の効果を阻害しない限り、従来公知の方法を特に制限なく採用することができる。例えば、ガラス粉体を任意の形状に圧縮成形した後に、仮焼処理を行うことによってペレット状のガラス接合材を得ることができる。また、バインダや有機溶剤等の有機材料とガラス粉体とを混合してペースト状のガラス接合材を得ることもできる。 Then, the glass bonding material is obtained by appropriately processing the obtained glass powder into a desired shape. As means for processing the glass bonding material into a desired shape, conventionally known methods can be employed without particular limitation as long as the effects of the present invention are not hindered. For example, a glass bonding material in the form of pellets can be obtained by compressing and molding glass powder into an arbitrary shape, followed by calcining. A paste-like glass bonding material can also be obtained by mixing an organic material such as a binder or an organic solvent with glass powder.

≪接合方法≫
上述したように、ここに開示されるガラス接合材は、650℃以下の低温焼成で容易に定着し、かつ、焼成後に好適な耐熱性を発揮できる。このため、650℃以下という従来よりも低温の温度環境で使用される無機部材接合体(例えば、低温作動型SOFC)の封止接合部の形成に好ましく適用される。
≪Joining method≫
As described above, the glass bonding material disclosed herein can be easily fixed by firing at a low temperature of 650° C. or less, and can exhibit suitable heat resistance after firing. For this reason, it is preferably applied to the formation of a sealed joint of an inorganic member joint (for example, a low-temperature SOFC) used in a temperature environment of 650° C. or lower, which is lower than the conventional temperature.

上述したように、ここに開示される技術における接合対象である無機部材は、金属材料とセラミック部材を包含する概念である。かかる接合対象である金属材料の一例として、ステンレス鋼、アルミニウム、クロム、鉄、ニッケル、銅、銀、マンガン、およびこれらの合金等が挙げられる。また、セラミック部材の一例として、ジルコニア、アルミナ、フォルステライト、チタニア、イットリア等が挙げられる。これらの中でも、ここに開示されるガラス接合材は、金属部材であるフェライト系ステンレス鋼を接合対象とした場合に特に好適に使用できる。かかるフェライト系ステンレス鋼は、650℃を超える温度に加熱されると強度が大きく低下するため、封止接合部を形成する際の焼成温度を650℃以下にすることが求められる。ここに開示されるガラス接合材は、上述したように650℃以下の低温焼成でも好適な接合性を確保できるため、上記フェライト系ステンレス鋼の劣化を好適に防止できる。加えて、フェライト系ステンレス鋼の接合に、アルカリ金属元素を含むガラス接合材を使用すると、焼成中に六価クロムが生成されて環境や人体に悪影響を与える可能性がある。これに対して、ここに開示されるガラス接合材には、アルカリ金属元素が含まれていないため、六価クロムの生成を未然に防止できる。 As described above, the inorganic member to be joined in the technology disclosed herein is a concept that includes metal materials and ceramic members. Examples of metal materials to be joined include stainless steel, aluminum, chromium, iron, nickel, copper, silver, manganese, and alloys thereof. Examples of ceramic members include zirconia, alumina, forsterite, titania, and yttria. Among these, the glass bonding material disclosed herein can be particularly suitably used when ferritic stainless steel, which is a metal member, is to be bonded. Since the strength of such ferritic stainless steel is greatly reduced when heated to a temperature exceeding 650° C., it is required to set the firing temperature to 650° C. or lower when forming the sealed joint. As described above, the glass bonding material disclosed herein can ensure suitable bondability even when fired at a low temperature of 650° C. or less, and thus can suitably prevent deterioration of the ferritic stainless steel. In addition, when a glass bonding material containing an alkali metal element is used for bonding ferritic stainless steel, hexavalent chromium is generated during firing, which may adversely affect the environment and the human body. In contrast, the glass bonding material disclosed herein does not contain an alkali metal element, and thus can prevent the generation of hexavalent chromium.

また、ここに開示されるガラス接合材を用いて封止接合部を形成する際には、上記の接合対象(無機部材)にガラス接合材を付与した後に低温焼成を行う。上述したように、低温焼成における温度は、焼成後に使用される環境の温度(例えば、SOFCの封止接合部の場合にはSOFCの作動温度)に応じて適宜変更される。具体的には、上記低温焼成の温度は、500℃~650℃であってもよく、550℃~650℃であってもよく、600℃~650℃であってもよい。また、焼成雰囲気は、例えば還元雰囲気に設定される。そして、焼成時間は、0.5時間~10時間(例えば2時間)に設定される。これによって、ガラス接合材中のガラス組成物が溶着固化して、ガラスを主成分とする緻密な封止接合部が形成される。 Further, when forming a sealed joint using the glass bonding material disclosed herein, low-temperature firing is performed after the glass bonding material is applied to the bonding object (inorganic member). As described above, the temperature in the low-temperature firing is appropriately changed according to the temperature of the environment used after firing (for example, the operating temperature of the SOFC in the case of the sealing joint of the SOFC). Specifically, the temperature of the low-temperature firing may be 500°C to 650°C, 550°C to 650°C, or 600°C to 650°C. Also, the firing atmosphere is set to, for example, a reducing atmosphere. The baking time is set to 0.5 hours to 10 hours (for example, 2 hours). As a result, the glass composition in the glass bonding material is welded and solidified to form a dense sealed joint containing glass as a main component.

なお、焼成後の封止接合部に、BaMgSiO、BaAl、BaZnSiO、BaAlSi、MgSiOからなる群から選択される結晶が生成されることがある。これらの結晶が生成されると、封止接合部の熱的安定性がさらに向上し、より好適な耐熱性と耐久性を得ることができる。このため、上述のような結晶が生成されるように、ガラス組成物の成分や低温焼成の条件を適宜調整するとより好ましい。但し、ここに開示されるガラス接合材を用いて形成された封止接合部は、上述の結晶が生成されていなくても、一定以上の耐熱性と耐久性を有していることが本発明者らの実験によって確認されている。このため、結晶の生成の有無は本発明を限定するものではなく、製造コストや焼成時の接合性を考慮して結晶が生成されないような条件で封止接合部を形成してもよい。 Crystals selected from the group consisting of BaMgSiO 4 , BaAl 2 O 4 , BaZnSiO 4 , BaAl 2 Si 2 O 8 , and MgSiO 3 may be generated in the sealed joint after firing. When these crystals are produced, the thermal stability of the sealing joint is further improved, and better heat resistance and durability can be obtained. Therefore, it is more preferable to appropriately adjust the components of the glass composition and the conditions of low-temperature firing so that the crystals as described above are generated. However, the sealed joint formed using the glass bonding material disclosed herein has a certain level of heat resistance and durability even if the above-described crystal is not formed. This is confirmed by the experiments of the authors. Therefore, the presence or absence of crystal formation does not limit the present invention, and the sealed joint may be formed under conditions that do not produce crystals in consideration of the production cost and bondability during firing.

≪固体酸化物形燃料電池(SOFC)システム≫
上述した無機部材接合体の一好適例として、低温作動型の固体酸化物形燃料電池(SOFC)システムを説明する。図1は、固体酸化物形燃料電池システムを模式的に示す断面図である。
≪Solid oxide fuel cell (SOFC) system≫
As a preferred example of the inorganic member assembly described above, a low-temperature operating solid oxide fuel cell (SOFC) system will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a solid oxide fuel cell system.

図1に示されるSOFCシステム100は、アノード支持型の円筒型SOFCの単セル10を備えている。この単セル10では、多孔質構造を有した円筒状の燃料極(アノード)12の外表面に、酸化物イオン伝導体からなる緻密な層状の固体電解質14と、多孔質構造の空気極(カソード)16とが順に形成されている。かかる構造のSOFCシステムでは、円筒状の燃料極12の内部空間11に燃料ガス(典型的には水素(H)ガス)が供給されると共に、単セル10の外部に露出した空気極16に酸素(O)含有ガス(典型的には空気)が供給される。 The SOFC system 100 shown in FIG. 1 comprises a single anode-supported cylindrical SOFC cell 10 . In this unit cell 10, a dense layered solid electrolyte 14 made of an oxide ion conductor and a porous air electrode (cathode) are disposed on the outer surface of a cylindrical fuel electrode (anode) 12 having a porous structure. ) 16 are formed in sequence. In the SOFC system with such a structure, a fuel gas (typically hydrogen (H 2 ) gas) is supplied to the inner space 11 of the cylindrical fuel electrode 12, and the air electrode 16 exposed to the outside of the single cell 10 An oxygen ( O2 ) containing gas (typically air) is supplied.

なお、燃料極12は、ニッケル(Ni)とYSZのサーメットからなるものが例示される、所謂セラミック部材である。固体電解質14は、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)やガドリニアドープセリア(GDC)、ランタンガレード(LaGaO)からなるものが例示されるセラミック部材である。空気極16としては、(LaSr)MnO、(LaCa)MnOに代表されるランタンマンガネート(LaMnO)系や、LaCoO、(LaSr)CoO、(LaSr)(CoFe)O等に代表されるランタンコバルトネート系、さらには、(LaSr)(TiFe)O等に代表されるランタンチタネート系のペロブスカイト型酸化物からなるものが例示される。 The fuel electrode 12 is a so-called ceramic member exemplified by a cermet made of nickel (Ni) and YSZ. The solid electrolyte 14 is a ceramic member exemplified by yttria-stabilized zirconia (YSZ), gadolinia-doped ceria (GDC), and lanthanum gallate (LaGaO 3 ). As the air electrode 16, lanthanum manganate ( LaMnO3 ) systems represented by (LaSr) MnO3 and (LaCa)MnO3, LaCoO3 , (LaSr) CoO3 , (LaSr)(CoFe) O3 , and the like are used . Examples include lanthanum cobaltate-based perovskite-type oxides typified by (LaSr)(TiFe)O 3 and lanthanum titanate-based perovskite oxides.

そして、このSOFCシステムは、燃料極12と略同径のガス供給管20を少なくとも一対備えている。一方のガス供給管20の端面21と燃料極12の一方の端面13とが接触していると共に、他方のガス供給管20の端面23と燃料極12の他方の端面15とが接触している。これらのガス供給管20は、種々の金属材料を主成分とする金属部材である。かかるガス供給管20の材料は、特に限定されないが、ステンレス鋼、アルミニウム、クロム、鉄、ニッケル、銅、銀、マンガン、およびこれらの合金等が用いられる。特に、低温作動型SOFCシステムの場合には、耐熱性が比較的に低い安価な金属部材(例えば、フェライト系ステンレス鋼等)がガス供給管20の材料として好ましく使用され得る。 This SOFC system has at least one pair of gas supply pipes 20 having substantially the same diameter as the fuel electrode 12 . The end face 21 of one gas supply pipe 20 and one end face 13 of the fuel electrode 12 are in contact, and the end face 23 of the other gas supply pipe 20 and the other end face 15 of the fuel electrode 12 are in contact. . These gas supply pipes 20 are metal members mainly composed of various metal materials. The material of the gas supply pipe 20 is not particularly limited, but stainless steel, aluminum, chromium, iron, nickel, copper, silver, manganese, alloys thereof, and the like are used. In particular, in the case of a low-temperature SOFC system, an inexpensive metal member with relatively low heat resistance (for example, ferritic stainless steel, etc.) can be preferably used as the material for the gas supply pipe 20 .

そして、これらの燃料極12とガス供給管20との各々の境界に接合部1が形成されている。このSOFCシステム100では、ここに開示されるガラス接合材を用いて接合部1が形成されている。具体的には、燃料極12とガス供給管20との境界と固体電解質14の端部を覆うように、上述のガラス接合材を付着させる。そして、脱脂処理を実施して有機物を除去した後、焼成処理を行ってガラス粉末を融着固化させることによって接合部1が形成される。 A junction 1 is formed at each boundary between the fuel electrode 12 and the gas supply pipe 20 . In this SOFC system 100, the joint 1 is formed using the glass jointing material disclosed herein. Specifically, the above-described glass bonding material is adhered so as to cover the boundary between the fuel electrode 12 and the gas supply pipe 20 and the end of the solid electrolyte 14 . Then, after degreasing treatment is performed to remove organic substances, a baking treatment is performed to fuse and solidify the glass powder, thereby forming the joint 1 .

上記したように、図1に示されるSOFCシステムは、単セル10として低温作動型SOFCを用いている。このとき、作動温度が800℃以上の通常のSOFCの場合には、当該作動温度に応じて比較的に高温(750℃~800℃)の焼成処理を実施できるため、耐熱性に優れた接合部を形成できる。一方、作動温度が650℃以下の低温作動型SOFCの場合には、作動温度の制限(構成材料の耐熱性の制限)によって650℃以下の低温焼成を行うことが求められる。これに対して、ここに開示されるガラス接合材は、650℃以下の低温焼成を行った場合でも、好適な接合性で燃料極12とガス供給管20との間に接合部1を形成できる。さらに、ここに開示されるガラス接合材によって形成された接合部1は、低温焼成によって形成されているにもかかわらず、好適なの耐熱性を有している。 As noted above, the SOFC system shown in FIG. 1 uses a cold-operating SOFC as the single cell 10 . At this time, in the case of a normal SOFC with an operating temperature of 800 ° C. or higher, a relatively high temperature (750 ° C. to 800 ° C.) firing treatment can be performed according to the operating temperature, so the joints with excellent heat resistance can be formed. On the other hand, in the case of a low-temperature operating SOFC with an operating temperature of 650° C. or less, it is required to perform low-temperature sintering at 650° C. or less due to restrictions on the operating temperature (limitations on the heat resistance of constituent materials). On the other hand, the glass bonding material disclosed herein can form the bonding portion 1 between the fuel electrode 12 and the gas supply pipe 20 with suitable bondability even when firing at a low temperature of 650° C. or less. . Furthermore, the joint 1 formed of the glass jointing material disclosed herein has suitable heat resistance even though it is formed by low-temperature firing.

[試験例]
以下、本発明に関する幾つかの試験例を説明するが、本発明をかかる試験例に示すものに限定することを意図したものではない。
[Test example]
Several test examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in such test examples.

1.サンプルの準備
本試験では、ガラス組成物の成分を異ならせた計23種類のガラス粉末(サンプル1~サンプル23)を作製した。具体的には、先ず、所定の組成の原料粉末を900℃~1200℃で溶融した後に急冷してガラス体を得た。次に、このガラス体を粉砕・分級してガラス粉末を得た。各サンプルにおけるガラス組成物の成分を表1に示す。なお、表1中の数値の単位は「mol%」である。
1. Preparation of Samples In this test, a total of 23 kinds of glass powders (Samples 1 to 23) were prepared with different components of the glass composition. Specifically, first, raw material powder having a predetermined composition was melted at 900° C. to 1200° C. and then rapidly cooled to obtain a glass body. Next, this glass body was pulverized and classified to obtain glass powder. Table 1 shows the components of the glass composition in each sample. The unit of numerical values in Table 1 is "mol%".

Figure 0007232106000001
Figure 0007232106000001

2.評価試験
(1)高温粘性の評価
各サンプルのガラス粉体の650℃における粘度を測定した。かかる粘度では、各サンプルのガラス粉体を直径7~10mm×高さ5~7mm程度の円柱状にプレス成形して650℃で10分間仮焼きした。そして、仮焼した試験片を再度加熱し、硝子平行板粘度測定装置を用いて室温(25℃)から650℃までの高さ方向の変形量を検出した。そして、測定試料の変形速度からGent式に基づいて650℃での粘度ηを算出した。
Gent式:η=2πMgH/3V(-dH/dt)(2πH+V)
(ただし、η:粘度(Poise)、M:荷重(g)、H:試料の高さ(cm)、g:重力加速度(cm/s)、V:試料体積(cm)、dH/dt:試料変形速度(cm/s)である。)
2. Evaluation test (1) Evaluation of high-temperature viscosity The viscosity of the glass powder of each sample was measured at 650°C. With such a viscosity, the glass powder of each sample was press-molded into a cylinder having a diameter of 7 to 10 mm and a height of 5 to 7 mm, and was calcined at 650° C. for 10 minutes. Then, the calcined test piece was heated again, and the amount of deformation in the height direction from room temperature (25°C) to 650°C was detected using a glass parallel plate viscosity measuring device. Then, the viscosity η at 650° C. was calculated based on the Gent's formula from the deformation rate of the measurement sample.
Gent formula: η = 2πMgH 5 /3V (-dH/dt) (2πH 3 +V)
(However, η: viscosity (Poise), M: load (g), H: sample height (cm), g: gravitational acceleration (cm/s 2 ), V: sample volume (cm 3 ), dH/dt : Sample deformation speed (cm/s).)

(2)接合性の評価
各サンプルのガラス粉体を溶剤(ターピネオール)と混合してペースト状のガラス接合材を調製した。このガラス接合材を板状の無機部材の表面に載せ、大気雰囲気下で2時間焼成した。そして、焼成後の無機部材を反転させて接合材(封止接合部)が落下したものを「×」、落下しなかったものを「○」と評価した。なお、本試験では、接合対象として、フェライト系ステンレス鋼(SUS430)、ジルコニア、アルミナの3種の無機部材を使用し、各々の無機部材に対する接合性を評価した。また、上記3種の無機部材に対して、焼成温度を600℃~700℃の範囲内で変更し、封止接合部が落下しなかった最低温度(接合温度)も測定した。
(2) Evaluation of bondability Glass powder of each sample was mixed with a solvent (terpineol) to prepare a paste-like glass bonding material. This glass bonding material was placed on the surface of a plate-like inorganic member and baked in an air atmosphere for 2 hours. Then, the baked inorganic member was reversed, and the case where the bonding material (sealed joint) fell was evaluated as "x", and the case where the bonding material did not fall was evaluated as "good". In this test, three types of inorganic members, ferritic stainless steel (SUS430), zirconia, and alumina, were used as objects to be joined, and the bondability to each inorganic member was evaluated. In addition, the firing temperature was changed within the range of 600° C. to 700° C. for the above three inorganic members, and the lowest temperature (bonding temperature) at which the sealed joint did not drop was also measured.

(3)熱膨張係数の評価
上記作製したガラス粉体を、直径20mm、厚み7mmの円盤状にプレス成形し、600℃以上700℃以下の範囲内で2時間加熱した。そして、ダイヤモンドカッターを用いて直径5mm×15mm程度の円柱状に切り出して、熱機械分析装置(株式会社リガク製、TMA8310)を用いて熱膨張係数を測定した。具体的には、室温(25℃)から1000℃まで10℃/分の一定速度で昇温したときの、30℃から500℃の間の平均線膨張量から熱膨張係数を算出した。なお、サンプル22は、他のサンプルと異なり、30℃から300℃の間の平均線膨張量から熱膨張係数を算出した。
(3) Evaluation of Thermal Expansion Coefficient The glass powder prepared above was press-molded into a disc having a diameter of 20 mm and a thickness of 7 mm, and heated at a temperature in the range of 600° C. or higher and 700° C. or lower for 2 hours. Then, using a diamond cutter, a cylinder having a diameter of about 5 mm×15 mm was cut out, and the thermal expansion coefficient was measured using a thermomechanical analyzer (manufactured by Rigaku Corporation, TMA8310). Specifically, the coefficient of thermal expansion was calculated from the average linear expansion amount between 30° C. and 500° C. when the temperature was raised from room temperature (25° C.) to 1000° C. at a constant rate of 10° C./min. Note that the coefficient of thermal expansion of Sample 22 was calculated from the average amount of linear expansion between 30°C and 300°C, unlike the other samples.

(4)耐熱性の評価
各サンプルのガラス粉体について、上述の「熱膨張係数の評価」と同様の手順で熱膨張係数を求めた。次に、各々のサンプルにおいて、300℃から1000℃までの範囲内で加熱温度が50℃単位で異なる熱曝露(加熱時間:100時間)を行い、当該熱曝露露後の熱膨張係数を測定した。そして、熱曝露の前後で熱膨張係数が10%以上低下したときの温度を「耐久温度」とした。
(4) Evaluation of heat resistance The coefficient of thermal expansion of the glass powder of each sample was obtained in the same manner as in the "Evaluation of coefficient of thermal expansion" described above. Next, each sample was subjected to thermal exposure (heating time: 100 hours) with different heating temperatures in increments of 50°C within the range of 300°C to 1000°C, and the coefficient of thermal expansion after the thermal exposure was measured. . The temperature at which the coefficient of thermal expansion decreased by 10% or more before and after the heat exposure was defined as the "durability temperature".

(5)結晶相の評価
上述の「熱膨張係数の評価」と同様の手順で加熱処理を行った後、得られたガラスを粉砕して粉末状の試料を得た。そして、当該粉末状の試料に粉末X線結晶回折(XRD)を行い、結晶析出の有無を確認すると共に、析出していた結晶を同定した。
(5) Evaluation of crystal phase After heat treatment was performed in the same procedure as the above-mentioned "Evaluation of thermal expansion coefficient", the obtained glass was pulverized to obtain a powdery sample. Then, powder X-ray crystal diffraction (XRD) was performed on the powdery sample to confirm the presence or absence of crystal precipitation, and the precipitated crystal was identified.

(6)元素蒸発性の評価
上述の「結晶相の評価」と同様の手順で粉末状の試料を得た。そして、約1gの粉末状試料をアルミナボートに設置し、当該アルミナボートを環状炉中の石英管内に収容し、石英管内に100ml/minの流量で空気を流通させながら環状炉を700℃まで昇温させた。その後、捕集溶液(硝酸水溶液)で満たされた捕集容器を石英管に取り付けて3時間保持した。そして、ICP発光分光分析法に基づいて捕集溶液に含まれるガラス含有元素を定量し、これをガラスから蒸発した元素とみなした。なお、1gの粉末状試料における分析下限値を5μgとし、この分析下限値を下回った元素は「未検出」と判断した。
(6) Evaluation of element evaporativity A powdery sample was obtained in the same procedure as the above-mentioned "Evaluation of crystal phase". Then, about 1 g of a powdery sample is placed in an alumina boat, the alumina boat is placed in a quartz tube in a tubular furnace, and the tubular furnace is heated to 700 ° C. while air is circulated in the quartz tube at a flow rate of 100 ml / min. warmed up. After that, a collection container filled with a collection solution (nitric acid aqueous solution) was attached to the quartz tube and held for 3 hours. The glass-containing elements contained in the collection solution were quantified based on ICP emission spectrometry, and were regarded as the elements evaporated from the glass. The lower limit of analysis for 1 g of powdery sample was set at 5 μg, and elements below this lower limit of analysis were judged to be “undetected”.

3.評価結果
上述した各々の評価試験の結果を表2に示す。
3. Evaluation Results Table 2 shows the results of each evaluation test described above.

Figure 0007232106000002
Figure 0007232106000002

以上の結果から、MO:30~75mol%、Al:0.7~12mol%、SiO:5~30mol%、B:15~45mol%、ZnO:1~10mol%の成分で構成されているガラス組成物を含むガラス接合材(サンプル1~19)は、650℃以下の低温焼成で好適な粘性を発現して良好な接合性を発揮することが確認された。さらに、これらのサンプル1~19のガラス接合材は、焼成後に良好な耐熱性を発揮することが分かった。一方で、Bが15mol%未満のサンプル20、21では、焼成後に良好な耐熱性を発揮できるが、接合性が大きく低下することが確認された。また、2属元素の酸化物(MO)を含まないサンプル22では、比較的に良好な接合性を発揮する一方で、耐熱温度が400℃まで低下することが分かった。そして、Alが0.7mol%未満のサンプル23では、上記サンプル20、21と同様に、比較的に良好な耐熱性を発揮する一方で、接合性が大きく低下することが確認された。また、サンプル16~18の結果より、2属元素の酸化物(MO)は、3.0mol%以上のMgOを少なくとも含有する必要があることが分かった。 From the above results, MO: 30 to 75 mol%, Al 2 O 3 : 0.7 to 12 mol%, Si 2 O: 5 to 30 mol%, B 2 O 3 : 15 to 45 mol%, ZnO: 1 to 10 mol% It was confirmed that the glass bonding materials (Samples 1 to 19) containing the glass composition composed of the above components develop suitable viscosity and exhibit good bondability when fired at a low temperature of 650° C. or less. Furthermore, it was found that the glass bonding materials of Samples 1 to 19 exhibit good heat resistance after firing. On the other hand, it was confirmed that Samples 20 and 21 containing less than 15 mol % of B 2 O 3 exhibited good heat resistance after firing, but their bondability was greatly reduced. In addition, it was found that Sample 22, which does not contain oxides of group 2 elements (MO), exhibits relatively good bondability, but the heat resistance temperature is lowered to 400°C. It was confirmed that sample 23, which contained less than 0.7 mol% of Al 2 O 3 , exhibits relatively good heat resistance, but the bondability is greatly reduced, as with samples 20 and 21. . Also, from the results of samples 16 to 18, it was found that the group 2 element oxide (MO) should contain at least 3.0 mol % or more of MgO.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

1 ガス封止部
10 単セル
12 燃料極(アノード)
13、15 燃料極の端部
14 固体電解質層
16 空気極(カソード)
20 ガス管
100 SOFCシステム
1 Gas Seal Portion 10 Single Cell 12 Fuel Electrode (Anode)
Reference Signs List 13, 15 end of fuel electrode 14 solid electrolyte layer 16 air electrode (cathode)
20 gas pipe 100 SOFC system

Claims (7)

650℃以下の低温焼成で無機部材を封止接合するガラス接合材であって、
主成分としてガラス組成物を含有し、
前記ガラス組成物は、アルカリ金属元素、P、Pb、Bi、Te、V、Asを実質的に含まず、かつ、当該ガラス組成物全体を100mol%としたときに、95mol%以上が酸化物換算のモル比で、
MO :30~75mol%、
Al :0.7~12mol%、
SiO :5~30mol%、
:15~45mol%、
ZnO :1~10mol%、
(ここで、上記MOは、2族元素の酸化物であり、かつ、MgOを3mol%以上25mol%以下含む。)の成分で構成されている、ガラス接合材。
A glass bonding material for sealing and bonding inorganic members by firing at a low temperature of 650 ° C. or less,
containing a glass composition as a main component,
The glass composition substantially does not contain alkali metal elements, P, Pb, Bi, Te, V, and As, and when the entire glass composition is 100 mol %, 95 mol % or more is oxide conversion in the molar ratio of
MO: 30 to 75 mol%,
Al 2 O 3 : 0.7 to 12 mol%,
SiO 2 : 5 to 30 mol%,
B 2 O 3 : 15 to 45 mol%,
ZnO: 1 to 10 mol%,
(Here, the above MO is an oxide of a Group 2 element and contains 3 mol % or more and 25 mol % or less of MgO.).
前記ガラス組成物は、CuO、Fe、NiO、ZrOからなる群から選択される少なくとも1種を1mol%以下含む、請求項1に記載のガラス接合材。 The glass bonding material according to claim 1, wherein the glass composition contains 1 mol% or less of at least one selected from the group consisting of Cu2O , Fe2O3 , NiO, and ZrO2 . 650℃における粘度が5Pa・s~8Pa・sである、請求項1または2に記載のガラス接合材。 The glass bonding material according to claim 1 or 2, which has a viscosity of 5 Pa·s to 8 Pa·s at 650°C. 30℃から500℃までの熱膨張係数が6×10-6-1~13×10-6-1である、請求項1~3のいずれか一項に記載のガラス接合材。 The glass bonding material according to any one of claims 1 to 3, having a thermal expansion coefficient of 6 x 10 -6 K -1 to 13 x 10 -6 K -1 from 30°C to 500°C. 大気雰囲気中で650℃以上かつ100時間以上の熱曝露を行った際の前記熱曝露前後の熱膨張変化率が10%以下である、請求項1~4のいずれかに記載のガラス接合材。 The glass bonding material according to any one of claims 1 to 4, wherein the rate of change in thermal expansion before and after the heat exposure is 10% or less when subjected to heat exposure at 650°C or more for 100 hours or more in an air atmosphere. 2つ以上の無機部材と、該2つ以上の無機部材を封止接合する封止接合部とを備えた無機部材接合体であって、
前記封止接合部は、アルカリ金属元素、P、Pb、Bi、Te、V、Asを実質的に含まず、かつ、当該封止接合部全体を100mol%としたときに、95mol%以上が酸化物換算のモル比で、
MO :30~75mol%、
Al :0.7~12mol%、
SiO :5~30mol%、
:15~45mol%、
ZnO :1~10mol%、
(ここで、上記MOは、2族元素の酸化物であり、かつ、MgOを3mol%以上25mol%以下含む。)の成分で構成されている、無機部材接合体。
An inorganic member joined body comprising two or more inorganic members and a sealing joint for sealing and joining the two or more inorganic members,
The sealing joint substantially does not contain alkali metal elements, P, Pb, Bi, Te, V, and As, and is 95 mol% or more oxidized when the entire sealing joint is 100 mol%. In terms of molar ratio,
MO: 30 to 75 mol%,
Al 2 O 3 : 0.7 to 12 mol%,
SiO 2 : 5 to 30 mol%,
B 2 O 3 : 15 to 45 mol%,
ZnO: 1 to 10 mol%,
(Here, the above MO is an oxide of a Group 2 element and contains MgO in an amount of 3 mol % to 25 mol % .).
前記封止接合部は、BaMgSiO、BaAl、BaZnSiO、BaAlSi、MgSiOからなる群から選択される結晶が少なくとも1種生成されている、請求項6に記載の無機部材接合体。
7. The sealing joint according to claim 6, wherein at least one crystal selected from the group consisting of BaMgSiO4 , BaAl2O4 , BaZnSiO4 , BaAl2Si2O8 , and MgSiO3 is produced . Inorganic member joined body.
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