JPS6114186A - 強化焼結体およびその製造方法 - Google Patents
強化焼結体およびその製造方法Info
- Publication number
- JPS6114186A JPS6114186A JP59130937A JP13093784A JPS6114186A JP S6114186 A JPS6114186 A JP S6114186A JP 59130937 A JP59130937 A JP 59130937A JP 13093784 A JP13093784 A JP 13093784A JP S6114186 A JPS6114186 A JP S6114186A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- base material
- protective layer
- plate
- stabilized
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
この発明は、燃料電池、各種センサなどに用いられる板
状固体電解質としての焼結体に関す□る。
状固体電解質としての焼結体に関す□る。
（技術的背景）
一般に固体電解質がもつ機能としては、活量差
゛による起電機能、イオン選択透過機能、イオン偏在
機能の３種に大別できるが、このうちの起電機能の場合
、例えば板状固体電解質の表面と裏面に活量既知の基準
物質と被測定物質をそれぞれ接触させ、これらの間に生
じた起電力値から被測定物質の活量を知ることができる
。
゛による起電機能、イオン選択透過機能、イオン偏在
機能の３種に大別できるが、このうちの起電機能の場合
、例えば板状固体電解質の表面と裏面に活量既知の基準
物質と被測定物質をそれぞれ接触させ、これらの間に生
じた起電力値から被測定物質の活量を知ることができる
。
固体電解質の起電機能を応用した酸素センナにおいては
、例えばＺｒＯ系固体電解寅を板状に形成し、Ｙ２Ｏ３
等の安定化剤を少量添加することによりＺｒＯ２を部分
安定化させて使用する０例えば、Ｙ２Ｏ３の添加量は、
従来は通例４．５モル％程度として機械的強度を所定値
以上に維持していた。
、例えばＺｒＯ系固体電解寅を板状に形成し、Ｙ２Ｏ３
等の安定化剤を少量添加することによりＺｒＯ２を部分
安定化させて使用する０例えば、Ｙ２Ｏ３の添加量は、
従来は通例４．５モル％程度として機械的強度を所定値
以上に維持していた。
しかし、Ｙ２Ｏ１の添加量を減らして機械的強度を向上
させようとすると、曲げ強度は５０ｋｇ／ ｍ ｍ ２
以上にも達するが、反面、導電率が低下してＺｒＯ，素
子の抵抗体としては不充分なものであった。逆にＹ、０
３を６モル％以上添加すると、導電率は良好になるが、
曲げ強さは３０ｋｇ／ ｍ ｍ ２以下に低下してしま
うという問題があった。
させようとすると、曲げ強度は５０ｋｇ／ ｍ ｍ ２
以上にも達するが、反面、導電率が低下してＺｒＯ，素
子の抵抗体としては不充分なものであった。逆にＹ、０
３を６モル％以上添加すると、導電率は良好になるが、
曲げ強さは３０ｋｇ／ ｍ ｍ ２以下に低下してしま
うという問題があった。
（発明の目的）
本発明の目的は、部分安定化および安定化ＺｒＯ２質か
らなる板状焼結体について高強度の要求される部分ある
いは焼結体全体の機械的強度を向上させることである。
らなる板状焼結体について高強度の要求される部分ある
いは焼結体全体の機械的強度を向上させることである。
（発明の構成概要）
本発明の部分安定化および安定化ＺｒＯ２質、強化焼結
体は１部分安定化および安定化ＺｒＯ２質を板状に成形
し、その表面および裏面に所定の厚みのＡｆＬｚＯ＊質
の保護層を設ける。ここでの板状は、平板１曲板、また
は曲板の合成物（大まかには、パイプ）等のいずれでも
よい、この保護層と本体は、同時に焼結を行ない、板状
焼結体を得る。この場合好ましくは、ＺｒＯ，系板状焼
結体（基材）に対し、Ａｌ１２ ｏ３の保護層の厚さく
片側）を１／ｌｏｏ〜２０／１００とする。この保護層
は必要に応じ板状焼結体の一部又は全部に亘り形成する
。
体は１部分安定化および安定化ＺｒＯ２質を板状に成形
し、その表面および裏面に所定の厚みのＡｆＬｚＯ＊質
の保護層を設ける。ここでの板状は、平板１曲板、また
は曲板の合成物（大まかには、パイプ）等のいずれでも
よい、この保護層と本体は、同時に焼結を行ない、板状
焼結体を得る。この場合好ましくは、ＺｒＯ，系板状焼
結体（基材）に対し、Ａｌ１２ ｏ３の保護層の厚さく
片側）を１／ｌｏｏ〜２０／１００とする。この保護層
は必要に応じ板状焼結体の一部又は全部に亘り形成する
。
この方式で行なうと、保護層と基材とが一体化し収縮し
、基材と保護層とが相干渉して、基材のみの焼結体に比
べ、２倍以上の機械的強度を得ることができる。この発
明では、保護層として用いるＡ１２ ｏ３質自身の強度
をも上回る。これは、基材に保護層をコーティングした
後に行なう焼成の際、基材と保護層（コート材）の割掛
率（生寸法／焼成後寸法）を異なる組合せにしたこと、
具体的には保護層の割掛率を基材に比べ小さくしたこと
により、コート材が基材の焼成時収縮により、本来の収
縮以上に縮んで、緻密化し、また圧縮応力を生じている
ためと考えられる。このコート材と基材との割掛率の相
乗比は、差が大きいほど効果が大きいと考えられるが、
焼結体にキレ、ッ、いい、いい、７、□ヤあ６．□５．
きは、基材の割掛率／コート材の割掛率＝１．０１〜１
．０Ｂである。保護層はＡ文ｙｏｉ質であり１通例α−
Ａ１２ ｏ、が好ましく、純度は９０％以上が好ましい
、このことは、あくまでも補強層という立場上で熱的、
化学的に安定なα−ＡｊｃｚＯｙが充分に入っている方
が良いという考えからである。
、基材と保護層とが相干渉して、基材のみの焼結体に比
べ、２倍以上の機械的強度を得ることができる。この発
明では、保護層として用いるＡ１２ ｏ３質自身の強度
をも上回る。これは、基材に保護層をコーティングした
後に行なう焼成の際、基材と保護層（コート材）の割掛
率（生寸法／焼成後寸法）を異なる組合せにしたこと、
具体的には保護層の割掛率を基材に比べ小さくしたこと
により、コート材が基材の焼成時収縮により、本来の収
縮以上に縮んで、緻密化し、また圧縮応力を生じている
ためと考えられる。このコート材と基材との割掛率の相
乗比は、差が大きいほど効果が大きいと考えられるが、
焼結体にキレ、ッ、いい、いい、７、□ヤあ６．□５．
きは、基材の割掛率／コート材の割掛率＝１．０１〜１
．０Ｂである。保護層はＡ文ｙｏｉ質であり１通例α−
Ａ１２ ｏ、が好ましく、純度は９０％以上が好ましい
、このことは、あくまでも補強層という立場上で熱的、
化学的に安定なα−ＡｊｃｚＯｙが充分に入っている方
が良いという考えからである。
次にこの発明では、ＺｒＯ２質の基材とコート材とを一
体化する必要があり、また緻密なコート材を必要とする
ので、基材の焼結温度において、コート材を焼結する必
要を生じる。したがって、望ましくはコート材に焼結助
剤を投与するのがよい。
体化する必要があり、また緻密なコート材を必要とする
ので、基材の焼結温度において、コート材を焼結する必
要を生じる。したがって、望ましくはコート材に焼結助
剤を投与するのがよい。
以下強化焼結体の好ましい製造方法の態様について説明
する。ＺｒＯ，原料にＹ２Ｏ３、ＣａＯ，ＭｇＯ等の安
定北側原料を所定量添加しボールミル等で混合する（な
おこれらの安定化材は通例４〜ｌＯモル％含有できる）
、この混合体を乾燥した後仮焼し、できた仮焼粉末を粉
砕し基材を得る。基材に有機系バインダーなどのバイン
ダを添加し、ドクターブレード法、押出法、プレス法な
どによりシート状に成形し、固体部分安定化および安定
化ＺｒＯ２質の本体素地を得る。他方、ＡＭ、０．３原
料に有機系バインダを混合し、これをペースト状に作成
し、コート材を得る。
する。ＺｒＯ，原料にＹ２Ｏ３、ＣａＯ，ＭｇＯ等の安
定北側原料を所定量添加しボールミル等で混合する（な
おこれらの安定化材は通例４〜ｌＯモル％含有できる）
、この混合体を乾燥した後仮焼し、できた仮焼粉末を粉
砕し基材を得る。基材に有機系バインダーなどのバイン
ダを添加し、ドクターブレード法、押出法、プレス法な
どによりシート状に成形し、固体部分安定化および安定
化ＺｒＯ２質の本体素地を得る。他方、ＡＭ、０．３原
料に有機系バインダを混合し、これをペースト状に作成
し、コート材を得る。
基材素地の表面および裏面にペースト印刷法または熱圧
着法によりコート材を被覆し、これを酸化雰囲気下で１
５００℃〜１５５０℃、１〜４時間焼成５・Ｌ３Ｌ１〒
分安定４′＝８１安”４５Ｚ ｒ０２質の保護層付きの
板状焼結体ができ上がる。 ゛ 本発明によれば、後述する実験データが示すように、Ａ
ｌ１２０３の曲げ強さよりも高い曲げ強さを確保するこ
とができる。
着法によりコート材を被覆し、これを酸化雰囲気下で１
５００℃〜１５５０℃、１〜４時間焼成５・Ｌ３Ｌ１〒
分安定４′＝８１安”４５Ｚ ｒ０２質の保護層付きの
板状焼結体ができ上がる。 ゛ 本発明によれば、後述する実験データが示すように、Ａ
ｌ１２０３の曲げ強さよりも高い曲げ強さを確保するこ
とができる。
このようにして製造可能な強化焼結体本体の厚さは、凡
そ０６１〜５ｍｍであり、同一強度のものを従来法（単
体）と比較すれば約６０〜８０％の肉厚で良い。
そ０６１〜５ｍｍであり、同一強度のものを従来法（単
体）と比較すれば約６０〜８０％の肉厚で良い。
（実施例）
本発明の詳細な説明する０部分安定化および安定化Ｚｒ
０ｙ質の板状焼結体の製造方法の具体例を示す。
０ｙ質の板状焼結体の製造方法の具体例を示す。
■純度９９％、平均粒径２〜３ＩＬｍのＺｒＯ２原料９
原料９４火ｏ１ｚ０３原料を６ｍ０１％添加し、湿式に
て５時間混合する。
原料９４火ｏ１ｚ０３原料を６ｍ０１％添加し、湿式に
て５時間混合する。
■乾燥後１３００℃×２時間の仮焼を行ない。
予反応させた。
■仮焼粉末を５０時時間式粉砕し、基材を得た。
■基材にバインダー（ポリビニールブチラール）を１５
重量％添加しトルエン等を混合し、板厚０．７ｍｍのシ
ート状に成形した。
重量％添加しトルエン等を混合し、板厚０．７ｍｍのシ
ート状に成形した。
■コート材としてＡβ、０３９２％（残部不純物５ｉ０
２５％ＭｇＯ２％）平均粒径１〜２ｐｍを有機系バイン
ダー（ポリビニールブチラール１０ｗｔ％）にアセトン
の溶剤を混合しペースト状に作成した。またペーストを
使い５０ｐｍ程度のシートも作成した。
２５％ＭｇＯ２％）平均粒径１〜２ｐｍを有機系バイン
ダー（ポリビニールブチラール１０ｗｔ％）にアセトン
の溶剤を混合しペースト状に作成した。またペーストを
使い５０ｐｍ程度のシートも作成した。
■基材シートの上に イ）スクリーン印刷にて工程５で
得たペーストを使いコートした０口）工程５で得た５０
ｐｍのシートを熱圧着法にてラミネートした。
得たペーストを使いコートした０口）工程５で得た５０
ｐｍのシートを熱圧着法にてラミネートした。
こうして製造された基材を巾５ｂ×長さ４５ ｆＬｍｒ
ｎに切断し、１５２０℃にて４時間焼成した。焼成物に
ついてスパン間１８ｍｍで３点支持法で曲げ強さを測定
した。その結果を第１図に示す。
ｎに切断し、１５２０℃にて４時間焼成した。焼成物に
ついてスパン間１８ｍｍで３点支持法で曲げ強さを測定
した。その結果を第１図に示す。
第１図から明らかなように、生寸法にて３０４ｍ表裏ス
クリーン、５０４ｍ表裏ラミネート、１００７ｚｍ表裏
ラミネートのいずれの板状焼結体も、基材のみからなる
焼結物、あるいはコート材のみの焼結物よりも曲げ強度
が大幅に向上することがわかった。また、２５０℃、５
００時間耐久テスト後も５０ ｋ ｇ ／ ｍ ）ｎ
２の強度を示し、低温安定性も優れている。なお厚さ０
．３５ｍｍの主基材に厚さ０．２５ｍｍの生シートを設
けたらバリバリに割れた。
クリーン、５０４ｍ表裏ラミネート、１００７ｚｍ表裏
ラミネートのいずれの板状焼結体も、基材のみからなる
焼結物、あるいはコート材のみの焼結物よりも曲げ強度
が大幅に向上することがわかった。また、２５０℃、５
００時間耐久テスト後も５０ ｋ ｇ ／ ｍ ）ｎ
２の強度を示し、低温安定性も優れている。なお厚さ０
．３５ｍｍの主基材に厚さ０．２５ｍｍの生シートを設
けたらバリバリに割れた。
なお本発明は単に強度を必要とするＺｒＯ２買焼結体だ
けでなく、部分的に強度を必要とする箇所だけ行なうこ
ともできる。また、強度が要求さ へれる
酸素センサにも適用できる。固体電解質としての導電性
の高い、つまりＹ２Ｏ３安定化剤の多い領域の方でも、
一層補強効果が大きい。
けでなく、部分的に強度を必要とする箇所だけ行なうこ
ともできる。また、強度が要求さ へれる
酸素センサにも適用できる。固体電解質としての導電性
の高い、つまりＹ２Ｏ３安定化剤の多い領域の方でも、
一層補強効果が大きい。
第１図は大発明の部分安定化および安定化ＺｒＯ２質の
板状焼結体の曲げ強さを基材およびコート材と比較した
曲げ強さグラフである。
板状焼結体の曲げ強さを基材およびコート材と比較した
曲げ強さグラフである。
Claims (3)
- （１）部分安定化および安定化ＺｒＯ＿２質からなる板
状焼結体本体の表面および裏面に所定の厚みのＡｌ＿２
Ｏ＿３質の保護層を有することを特徴とする部分安定化
および安定化ＺｒＯ＿２質強化焼結体。 - （２）前記板状焼結体本体の板厚に対して Ａｌ＿２Ｏ＿３質保護層の厚さを１／１００〜２０／１
００としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の強化焼結体。 - （３）部分安定化および安定化ＺｒＯ＿２質からなる板
状焼結体素地の表面および裏面にＡｌ＿２Ｏ＿３質の保
護層素地を形成し、これらを同時燃結したことを特徴と
する強化焼結体の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59130937A JPS6114186A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | 強化焼結体およびその製造方法 |
| DE8585107989T DE3572798D1 (en) | 1984-06-27 | 1985-06-27 | Reinforced zirconia-base sintered body, process for producing the same, and plate-like zirconia-base electrolyte function element |
| EP85107989A EP0166445B1 (en) | 1984-06-27 | 1985-06-27 | Reinforced zirconia-base sintered body, process for producing the same, and plate-like zirconia-base electrolyte function element |
| US07/319,043 US5110442A (en) | 1984-06-27 | 1989-03-06 | Reinforced electrolyte function elements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59130937A JPS6114186A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | 強化焼結体およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6114186A true JPS6114186A (ja) | 1986-01-22 |
Family
ID=15046177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59130937A Pending JPS6114186A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | 強化焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6114186A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63248766A (ja) * | 1987-04-01 | 1988-10-17 | 株式会社日立製作所 | 固体電解質体およびその製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59130938A (ja) * | 1983-01-12 | 1984-07-27 | 東海興業株式会社 | コンクリ−ト打設及び床工法 |
-
1984
- 1984-06-27 JP JP59130937A patent/JPS6114186A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59130938A (ja) * | 1983-01-12 | 1984-07-27 | 東海興業株式会社 | コンクリ−ト打設及び床工法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63248766A (ja) * | 1987-04-01 | 1988-10-17 | 株式会社日立製作所 | 固体電解質体およびその製造方法 |
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