[發(fā)明專利]一種用于制造功能陶瓷層的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 02118056.3
• 申請日: 2002-04-22
• 公開（公告）號: CN1386888A
• 公開（公告）日: 2002-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·達(dá)馬尼;A·F·J·凱澤
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇舍市場及技術(shù)有限公司
• 主分類號: C23C4/18
• 分類號: C23C4/18;H01M8/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 蔡民軍,黃力行

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于制造功能陶瓷層的方法和該制造特殊層方法的使用。通常陶瓷層是施加在一基體上的涂層。然而它也可是通過帶式流鑄工藝制造的絕緣薄膜。陶瓷層也可理解為除了陶瓷成分外也含有金屬成分的一層。

背景技術(shù)

陶瓷層或薄膜可通過不同方法制造：a)粉狀涂料和熱噴射(即，等離子噴涂、火焰噴涂或爆炸噴涂)；b)氣相(PVD，EBPVD，CVD)材料沉積；c)通過將材料預(yù)制成漿狀并通過帶式流鑄或絲網(wǎng)印刷工藝然后燒結(jié)。采用這些方法制造的涂層經(jīng)常含有由細(xì)孔和開放的裂紋結(jié)構(gòu)形成的細(xì)小間隙并損害涂層所需的功能。

一個實(shí)例：高溫燃料電池。其中，電極反應(yīng)是在用于產(chǎn)生電流的電化學(xué)活性膜上進(jìn)行的；即在陽極處的還原反應(yīng)，在該陽極處由第一氣體流的氫和一氧化碳產(chǎn)生水和二氧化碳；和在陰極處的氧化反應(yīng)，在該陰極處在從金屬導(dǎo)體吸收電子的同時由第二氣體流的分子氧形成離子氧O^2-。氧離子移動通過固體電解質(zhì)，該電解質(zhì)以氣密方式分開兩個電極并在溫度高于700℃時可傳導(dǎo)氧離子。還原陽極發(fā)生與氧離子的反應(yīng)，同時將電子釋放到另一與鄰近的電化學(xué)活性膜或電池端子相連的金屬導(dǎo)體上。該電化學(xué)活性膜是多層系統(tǒng)，在其制造中每一層可用作一個或多個鄰近層的載體。該載體層是通過例如熱噴涂工藝或絲網(wǎng)印刷工藝在其上施加功能層的基體。需要一種無故障工作的燃料電池，使得該固體電解質(zhì)層是氣密的并對于氧離子是好的導(dǎo)體。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種方法，該方法基于上述方法之一并能制造在電或電化學(xué)性能方面具有改進(jìn)功能的陶瓷層。此目的可通過權(quán)利要求1所限定的方法滿足。

功能陶瓷層的制造方法包括以下兩個步驟：

在第一步中，粉末或漿狀的陶瓷涂料施加在基體上，并例如通過熱噴涂工藝或絲網(wǎng)印刷工藝然后燒結(jié)熱固化成粗制層。涂料具有與該層的給定或所需的功能相關(guān)的適當(dāng)性能。該功能涉及電或電化學(xué)性能。

在第二步中，粗制層通過一涂覆調(diào)整，使得在原料中的細(xì)小間隙通過該涂覆得以密封并且該層整體的所需功能得以改善。用作密封劑的流體包括溶劑和其中含有至少一種金屬鹽，該鹽可熱轉(zhuǎn)化成金屬氧化物。該密封劑施加在該粗制層的表面上。另外，在等待滲入該細(xì)小間隙后，在輸入熱量情況下該溶劑隨溫度升高蒸發(fā)，該金屬在高溫下轉(zhuǎn)變成金屬氧化物。

從屬權(quán)利要求2～8涉及本發(fā)明方法的有利實(shí)施例。本發(fā)明方法可能的用途分別是權(quán)利要求9和10的主題。

以下陶瓷材料之一或這些材料的一種混合物，例如可用作熱噴涂層的涂料；即金屬M(fèi)e＝Zr、Ce、Y、Al或Ca的氧化物。按照金屬M(fèi)e，其硝酸鹽Me(No₃)x的水溶液可用作該密封劑，其中對于Ca，x＝2，并對于Zr、Ce、Y、Al，x＝3。通常，金屬硝酸鹽可通過例如Ce(No₃)₃·6H₂O易溶于水的結(jié)晶水合物形式獲得。重金屬硝酸鹽在高溫下分解成相應(yīng)的氧化物(例如Ce₂O₃)，同時形成氣體NO₂。形成氧化物的轉(zhuǎn)變溫度在大約200℃到350℃之間。隨著溫度上升，處理時間減少(例如，350℃下15分鐘，400℃下10分鐘)。

附圖說明

將參考附圖在下面解釋本發(fā)明，其中：

圖1是通過等離子噴涂制造的粗制層的一個截面，按照掃描電子顯微鏡所照的圖片繪制；

圖2是對于該粗制層的熱處理，一具有該溫度的時間表和在處理中引起重量損失的時間表的圖表；

圖3是一燃料電池示意圖；

圖4是一電池相應(yīng)的視圖，采用該電池可以進(jìn)行高溫水的電解；

圖5是另一電池的視圖，采用該電池可從空氣中得到純氧；以及

圖6是對于具有按照本發(fā)明的方法得到的固體電解質(zhì)的燃料電池測量結(jié)果的圖示。

具體實(shí)施方式

按照掃描電子顯微鏡圖片繪制的圖1的涂層是通過放大大約700倍表示的。只有部分示出的該涂層是本發(fā)明方法的粗制層1。由粉末陶瓷材料制成，即YSZ(也就是用釔Y穩(wěn)定的氧化鋯ZrO₂)，該材料通過等離子噴涂形成一熱固化層。例如粗制層1可采用絲網(wǎng)印刷方法制成，并通過燒結(jié)使熱固化發(fā)生。粗制層1具有包括多個細(xì)孔2a和裂紋2b的細(xì)小間隙2。