[發(fā)明專利]澆鑄陶瓷片的方法和設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980143708.X
• 申請(qǐng)日: 2009-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN102203030A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: L·克斯特;T·D·凱查姆;B·S·柯克;D·J·圣朱利安
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/486
• 分類號(hào): C04B35/486;C04B35/632;C04B35/634;C04B35/626;B28B5/02;B28B11/24;B29C41/26
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 余穎

本發(fā)明有部分是在美國商務(wù)部(US?Department?of?Commerce)授予的協(xié)議號(hào)70NANB4H3036的政府資助下完成的。政府可享有本發(fā)明的一些權(quán)利要求的某些權(quán)利。

本申請(qǐng)要求2008年10月31日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/197,955號(hào)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，本文以該申請(qǐng)為基礎(chǔ)并將其結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及形成陶瓷片的方法和設(shè)備，更具體地，涉及通過澆鑄形成撓性陶瓷電解質(zhì)片的方法和裝置。

背景技術(shù)

薄的撓性燒結(jié)結(jié)構(gòu)如燒結(jié)的陶瓷片具有廣泛的實(shí)踐應(yīng)用。例如，撓性燒結(jié)結(jié)構(gòu)可以在電子和/或電光應(yīng)用如波導(dǎo)中使用，或作為電子涂層、超導(dǎo)體、或高溫超導(dǎo)體的基質(zhì)。當(dāng)需要一個(gè)保護(hù)層來防止基質(zhì)的刮擦?xí)r，撓性燒結(jié)陶瓷結(jié)構(gòu)也可用于玻璃或其它基質(zhì)材料的保護(hù)層。更值得注意的是，撓性燒結(jié)陶瓷片或帶也可用作固體氧化物燃料電池的電解催化劑。

現(xiàn)有的生產(chǎn)撓性燒結(jié)陶瓷薄片的方法包括將陶瓷粉漿澆鑄到載體膜上來生產(chǎn)生陶瓷片或帶。陶瓷粉漿可以用狹縫模頭、輥涂布器、刮刀、逗形棒(comma?bar)或其它類似裝置或技術(shù)涂布到載體膜上。然后陶瓷粉漿干燥從而在載體膜上形成生陶瓷片或帶。此后，從膜上移走陶瓷片或帶并燒制從而形成薄的撓性燒結(jié)陶瓷片或帶。

若不訴諸于燒制中的壓力，面積大于約100cm²且厚度低于約45微米的平坦燒結(jié)陶瓷薄片的生產(chǎn)需要收縮和工藝壓力的控制策略的獨(dú)特組合。關(guān)鍵是在過程中的每一步遞送均勻的材料。沒有均勻性的話，不受約束的坯體在燒制中會(huì)卷曲。如果所有的非均勻性都在燒結(jié)中轉(zhuǎn)化成差示應(yīng)變/收縮，那么生坯或燒制中從生片頂部到生片底部?jī)H1％的非均勻性能導(dǎo)致20微米厚的氧化鋯電解質(zhì)片出現(xiàn)半徑約3mm的卷曲。由于燒結(jié)中的“反應(yīng)力(back-stresses)”，不是所有非均勻性都會(huì)轉(zhuǎn)化成差示應(yīng)變并造成卷曲或翹曲。這樣的條件下，差示收縮和卷曲或翹曲的程度可能使1％的收縮變化產(chǎn)生約3-10mm的卷曲半徑。為了得到平坦電解質(zhì)薄片，需要密度/燒結(jié)收縮變化顯著低于1％。但是，施用約束如堆疊脫離粉(release?powder)要么在坯體上會(huì)殘留脫離粉，要么在坯體內(nèi)形成瑕疵。這樣的技術(shù)應(yīng)用于更厚的坯體。本發(fā)明的目的在于提供一種商業(yè)上可行的，以極少缺陷的高產(chǎn)率生產(chǎn)大面積電解質(zhì)薄片的方法。

雖然上述技術(shù)適用于形成薄的撓性燒結(jié)陶瓷結(jié)構(gòu)，在澆鑄過程中引入生陶瓷片或帶中的瑕疵如裂縫或孔洞會(huì)使生陶瓷片或帶不適于進(jìn)一步的處理。

因此，為了用于形成撓性燒結(jié)陶瓷薄片，存在對(duì)于改進(jìn)的生陶瓷片澆鑄方法和設(shè)備的需求。

發(fā)明內(nèi)容

在一種實(shí)施方式中，制作自立式陶瓷薄片的方法可包括以約2cm/min到約500cm/min的速度牽引貼近澆鑄頭的載體膜并越過帶材澆鑄機(jī)的澆鑄床。用澆鑄頭在載體膜上沉積陶瓷粉漿的薄膜。沉積在載體膜上的陶瓷粉漿的薄膜可以是厚度低于約150μm且寬度大于約15cm。陶瓷粉漿的薄膜可以包含分散在流體載劑中極限晶體尺寸(ultimate?crystallite?size)低于約10μm的陶瓷粉末，使得陶瓷粉漿中的陶瓷固體的分?jǐn)?shù)超過約20％(w/v)。被沉積的陶瓷粉漿可以隨著載體膜被牽引通過帶材澆鑄機(jī)的干燥室而在載體膜上干燥，從而在載體膜上形成生陶瓷片。干燥室的溫度可以保持在約0℃到約150℃，空氣可以以約40ft/min到約3,000ft/min的速度通過干燥室。生陶瓷片干燥后，可以在糙面裝定器上燒結(jié)生陶瓷片。燒結(jié)過程中，生陶瓷片上無需放置額外的重量。所得的自立式陶瓷薄片不含有任何直徑大于約10μm的非周期性孔洞、任何直徑大于約10μm的非周期性點(diǎn)缺陷或任何長度大于10μm的裂縫。