RU2144011C1 - GLASS CERAMIC MATERIAL FOR JOINING CERAMICS BASED ON Y2O3-STABILIZED ZrO2 - Google Patents
GLASS CERAMIC MATERIAL FOR JOINING CERAMICS BASED ON Y2O3-STABILIZED ZrO2 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2144011C1 RU2144011C1 RU97120160A RU97120160A RU2144011C1 RU 2144011 C1 RU2144011 C1 RU 2144011C1 RU 97120160 A RU97120160 A RU 97120160A RU 97120160 A RU97120160 A RU 97120160A RU 2144011 C1 RU2144011 C1 RU 2144011C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ceramic material
- glass ceramic
- ceramics
- oxide
- ysz
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области соединения (пайки) стеклокерамических материалов, в частности для соединения керамики на основе ZrO2, стабилизированной Y2O3 (YSZ-керамики), применяемой в настоящее время в основном в твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ).The invention relates to the field of bonding (brazing) glass-ceramic materials, in particular for bonding ceramics based on ZrO 2 , stabilized Y 2 O 3 (YSZ-ceramics), which is currently used mainly in solid oxide fuel cells (SOFC).
Известен целый ряд составов стеклокерамического материала, применяемых для соединения YSZ-керамики, включающих CaO, Al2O3, B2O3, SiO2, описанных в B. C.H.Steele. Proceedings ol the First Evropean Solid Oxide Fuel Cell Forum Lucerne, Switzerland, October 3-7, 1994, p. 375.A number of compositions of glass-ceramic material are known that are used to join YSZ ceramics, including CaO, Al 2 O 3 , B 2 O 3 , SiO 2 described in BCHSteele. Proceedings ol the First Evropean Solid Oxide Fuel Cell Forum Lucerne, Switzerland, October 3-7, 1994, p. 375.
От соотношения указанных компонентов зависят конкретные характеристики герметизирующего состава и выполненного с помощью этого состава соединения: коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР), температура пайки, температурный диапазон эксплуатации, газопроницаемость, диэлектрические свойства (удельное электрическое сопротивление), химическая стойкость в атмосфере влажного водорода, а также механические свойства соединения и, что очень важно, стабильность указанных характеристик во времени. The specific characteristics of the sealing composition and the compound made using this composition depend on the ratio of these components: linear thermal expansion coefficient (KLTR), soldering temperature, operating temperature range, gas permeability, dielectric properties (electrical resistivity), chemical resistance in an atmosphere of moist hydrogen, and also the mechanical properties of the compound and, very importantly, the stability of these characteristics over time.
Однако при любом соотношении компонентов наличие B2O3 не позволит обеспечить необходимую химическую стойкость соединения в атмосфере влажного водорода. Наличие CaO, помимо высокой температуры пайки, неизбежно приведет к потере во времени механических свойств соединения, т.к. Ca имеет тенденцию к проникновению в основной материал - соединяемые элементы из YSZ-керамики.However, for any ratio of the components, the presence of B 2 O 3 will not allow to provide the necessary chemical resistance of the compound in an atmosphere of moist hydrogen. The presence of CaO, in addition to the high soldering temperature, will inevitably lead to a loss in time of the mechanical properties of the compound, since Ca tends to penetrate into the base material - connectable elements made of YSZ ceramic.
Таким образом, указанные технические решения, в любом случае, не позволят получить соединение элементов из YSZ-керамики с достаточно стабильными характеристиками во времени. Thus, the indicated technical solutions, in any case, will not allow the connection of elements from YSZ-ceramics with sufficiently stable characteristics over time.
Известен состав стеклокерамического материала, применяемый для соединения YSZ-керамики, включающий (в мас.%): SrO2 5-60; La2O3 1-45; Al2O3 0-15; SiO2 0-40; B2O3 15-18 (патент США N 5.453.331 от 28.09.95 г.), который и выбран в качестве прототипа.A known composition of glass-ceramic material used to connect YSZ-ceramics, including (in wt.%): SrO 2 5-60; La 2 O 3 1-45; Al 2 O 3 0-15; SiO 2 0-40; B 2 O 3 15-18 (US patent N 5.453.331 from 09/28/95), which is selected as a prototype.
Известный материал, в принципе, обеспечивает соединение YSZ-керамики с достаточно удовлетворительными характеристиками соединения. Known material, in principle, provides a connection YSZ-ceramics with a fairly satisfactory characteristics of the connection.
Однако он не обеспечивает стабильность указанных выше характеристик во времени. Особенно это касается химической стойкости соединения в атмосфере влажного водорода, наличие которого характерно для ТОТЭ. Присутствие в составе B2O3, который взаимодействует с водородом, приводит к прямой потере массы соединения со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.However, it does not ensure the stability of the above characteristics over time. This is especially true for the chemical resistance of the compound in an atmosphere of moist hydrogen, the presence of which is characteristic of SOFC. The presence in the composition of B 2 O 3 , which interacts with hydrogen, leads to a direct loss of mass of the compound with all the ensuing negative consequences.
При создании изобретения ставилась задача получения материала для соединения YSZ-керамики со стабильными характеристиками, пригодного, в первую очередь, для использования в ТОТЭ. When creating the invention, the task was to obtain a material for joining YSZ-ceramics with stable characteristics, suitable, primarily, for use in SOFC.
Это достигается тем, что в стеклокерамический материал, включающий SiO2, Al2O3, вводят MgO и BaO при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO2 - 38-50,8
Al2O3 - 1,8-2,8
MgO - 20,1-26,8
BaO - 20-40
Действительно, такой состав позволяет получить стеклокерамический материал для соединения YSZ-керамики с КЛТР, температурным диапазоном эксплуатации, газопроницаемостью, диэлектрическими свойствами, химической стойкостью в атмосфере влажного водорода, стабильными в течение необходимого временного интервала, и даже с низкой температурой пайки (см. таблицу).This is achieved by the fact that MgO and BaO are introduced into the glass-ceramic material, including SiO 2 , Al 2 O 3 , in the following ratio of components, wt.%:
SiO 2 - 38-50.8
Al 2 O 3 - 1.8-2.8
MgO - 20.1-26.8
BaO - 20-40
Indeed, such a composition makes it possible to obtain a glass-ceramic material for combining YSZ ceramics with KLTE, operating temperature range, gas permeability, dielectric properties, chemical resistance in a humid hydrogen atmosphere, stable for the required time interval, and even with a low soldering temperature (see table) .
Пример 1. Example 1
Смесь 50,8% SiO2, 2,4% Al2O3 26,8% MgO, 20% BaO смешивают в течение 60 мин. Смесь помещают в тигель и нагревают токами высокой частоты до 1550-1600oC. Выдерживают в течение 40 мин. Затем извлекают из тигля стекломатериал и измельчают его до порошкообразного состояния. После чего смешивают с органической связкой (нитроцеллюлоза на бутилацетате) до получения пастообразного состояния.A mixture of 50.8% SiO 2 , 2.4% Al 2 O 3 26.8% MgO, 20% BaO is mixed for 60 minutes. The mixture is placed in a crucible and heated by high-frequency currents to 1550-1600 o C. Withstand for 40 minutes Then the glass material is removed from the crucible and ground to a powder state. Then mixed with an organic binder (nitrocellulose on butyl acetate) to obtain a pasty state.
На соединяемые поверхности из YSZ-керамики наносят слой пасты до 1 мм толщиной. Просушивают на воздухе в течение 3-х часов и нагревают до температуры 1300oC (температура пайки) с последующей выдержкой в течение 20-25 мин.A paste layer up to 1 mm thick is applied to the joined surfaces of YSZ-ceramic. It is dried in air for 3 hours and heated to a temperature of 1300 o C (soldering temperature), followed by exposure for 20-25 minutes.
Пример 2. Example 2
Смесь 38,1% SiO2, 1,8% Al2O3; 20,1% MgO, 40% BaО смешивают по режиму, указанному в примере 1. Пайку также осуществляют по режиму, указанному в примере 1, но с температурой пайки 1350oC.A mixture of 38.1% SiO 2 , 1.8% Al 2 O 3 ; 20.1% MgO, 40% BaO are mixed according to the mode specified in example 1. Soldering is also carried out according to the mode specified in example 1, but with a soldering temperature of 1350 o C.
Пример 3. Example 3
Смесь, содержащую 45,8% SiO2, 2,8% Al2O3, 21,2% MgO, 30,2% BaO, смешивают по режиму, указанному в примере 1.A mixture containing 45.8% SiO 2 , 2.8% Al 2 O 3 , 21.2% MgO, 30.2% BaO, is mixed according to the mode specified in example 1.
Пайку осуществляют по режиму, указанному в примере 1, но с температурой пайки 1250oC.Soldering is carried out according to the mode specified in example 1, but with a soldering temperature of 1250 o C.
Данные о характеристиках стеклокерамического материала и соединений YSZ-керамики с его использованием приведены в таблице, где α - коэффициент линейного температурного расширения (10-6 1/oC); Tп - температура пайки (oC); ΔTз - температурный диапазон эксплуатации (oC); h - газопроницаемость (см3•атм•сек-1); ΔM - химическая стойкость к влажному водороду - потеря массы в течение 20 ч при 1000oC (%); ρ - удельное электросопротивление при температуре 1000oC (Ом•см), τ - временной интервал стабильности рабочих характеристик соединения (час.)йData on the characteristics of the glass-ceramic material and compounds of YSZ-ceramics using it are given in the table, where α is the coefficient of linear thermal expansion (10 -6 1 / o C); T p - soldering temperature ( o C); ΔT z - temperature range of operation ( o C); h - gas permeability (cm 3 • atm • sec -1 ); ΔM - chemical resistance to wet hydrogen - weight loss for 20 hours at 1000 o C (%); ρ - electrical resistivity at a temperature of 1000 o C (Ohm • cm), τ - time interval of the stability of the operating characteristics of the connection (hours)
Claims (1)
SiO2 - 38,1 - 50,8
Al2O3 - 1,8 - 2,8
MgO - 20,1 - 26,8
BaO - 20 - 40Glass-ceramic material for bonding ceramics based on ZrO 2 stabilized with Y 2 O 3 , including SiO 2 and Al 2 O 3 , characterized in that MgO and BaO are included in it in the following ratio, wt.%:
SiO 2 - 38.1 - 50.8
Al 2 O 3 - 1.8 - 2.8
MgO - 20.1 - 26.8
BaO - 20 - 40
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97120160A RU2144011C1 (en) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | GLASS CERAMIC MATERIAL FOR JOINING CERAMICS BASED ON Y2O3-STABILIZED ZrO2 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97120160A RU2144011C1 (en) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | GLASS CERAMIC MATERIAL FOR JOINING CERAMICS BASED ON Y2O3-STABILIZED ZrO2 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97120160A RU97120160A (en) | 1999-08-27 |
| RU2144011C1 true RU2144011C1 (en) | 2000-01-10 |
Family
ID=20199667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97120160A RU2144011C1 (en) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | GLASS CERAMIC MATERIAL FOR JOINING CERAMICS BASED ON Y2O3-STABILIZED ZrO2 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2144011C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2489778C2 (en) * | 2008-04-07 | 2013-08-10 | Топсеэ Фюэль Селл А/С | Battery of solid oxide fuel cells and use of e-glass as glass sealer in battery of solid oxide fuel cells |
| CN103949590A (en) * | 2014-05-12 | 2014-07-30 | 西北工业大学 | Preparation method of oxide doped and modified Y2O3+YSZ high-temperature-resisting shell |
-
1997
- 1997-12-05 RU RU97120160A patent/RU2144011C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2489778C2 (en) * | 2008-04-07 | 2013-08-10 | Топсеэ Фюэль Селл А/С | Battery of solid oxide fuel cells and use of e-glass as glass sealer in battery of solid oxide fuel cells |
| RU2489778C9 (en) * | 2008-04-07 | 2014-03-10 | Топсеэ Фюэль Селл А/С | Battery of solid oxide fuel cells and use of e-glass as glass sealer in battery of solid oxide fuel cells |
| CN103949590A (en) * | 2014-05-12 | 2014-07-30 | 西北工业大学 | Preparation method of oxide doped and modified Y2O3+YSZ high-temperature-resisting shell |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4892149B2 (en) | Glass-ceramic bonding material and bonding method | |
| EP1200371B1 (en) | Glass-ceramic joining material and method of joining | |
| US5453331A (en) | Compliant sealants for solid oxide fuel cells and other ceramics | |
| US7399720B1 (en) | Glass and glass-ceramic sealant compositions | |
| US7258942B2 (en) | Multilayer compressive seal for sealing in high temperature devices | |
| KR101199432B1 (en) | Multilayer glass-ceramic seals for fuel cells | |
| WO1996005626A9 (en) | Compliant sealants for solid oxide fuel cells and other ceramics | |
| US20110200909A1 (en) | Thin, fine grained and fully dense glass-ceramic seal for sofc stack | |
| JPS59143279A (en) | High temperature solid electrolyte fuel battery | |
| WO2004063110A2 (en) | Glass-ceramic material and method of making | |
| US5279906A (en) | Interconnection material for solid oxide fuel cell | |
| US4596750A (en) | Support tube for high temperature solid electrolyte electrochemical cell | |
| JPH06183850A (en) | Alumina-calcia-yttria sealing agent composition | |
| RU2144011C1 (en) | GLASS CERAMIC MATERIAL FOR JOINING CERAMICS BASED ON Y2O3-STABILIZED ZrO2 | |
| ES2258540T3 (en) | PROCEDURE TO PREPARE VITRO-CERAMIC MATERIALS OF BARIUM AND LANTAN SILICATE. | |
| JP3550231B2 (en) | Plate stack type solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same | |
| JPH04160061A (en) | Oxynitride ceramic sintered body and spark plug | |
| JPH10321244A (en) | Solid electrolyte fuel cell | |
| KR19990049582A (en) | Composition, Manufacturing Method and Application Method of Glass Sealant for Solid Electrolyte Fuel Cell | |
| JP3169694B2 (en) | Sealing material for solid oxide fuel cell and sealing method | |
| JP3185360B2 (en) | Joint structure between yttrium stabilized zirconia | |
| JPH09115527A (en) | Solid electrolytic fuel cell | |
| JPH0510918A (en) | Oxygen-concentration detecting element and manufacture thereof | |
| JPS62133677A (en) | Molten carbonate fuel cell | |
| JPH0973910A (en) | Solid electrolytic fuel cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101206 |