[發明專利]通過摻雜輔助的擴散反應燒結耐高溫結合基于取代型堿土金屬鈷酸鹽的透氧性氧化物陶瓷的方法

有效

• 申請號: 201080037735.1
• 申請日: 2010-10-14
• 公開（公告）號: CN102574073A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 拉爾夫·克里格爾;羅伯特·基爾希愛森;卡特林·里特爾
• 申請（專利權）人: 弗朗霍夫應用科學研究促進協會
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;C04B37/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 張爽;樊衛民

技術領域

本發明涉及用于耐高溫結合或接合由混合導電氧化物陶瓷制得的氧化物陶瓷結構組件的方法。以此方式，基于取代型堿土金屬鈷酸鹽的陶瓷可以耐高溫地以及當使用致密陶瓷結構組件時以氣密性的方式彼此永久性結合，從而可以由其構造復雜的結構組件。這開啟了用于如下方面的新的可能性：結構優化膜結構組件、連接氣體管線、增加膜的面密度，和因此增加關于反應體積的氧透過性。

背景技術

從現有技術已知通過釬焊工藝將各種燒結陶瓷彼此結合或者將其結合于金屬的方法，所述釬焊工藝例如為活性釬焊或反應空氣釬焊(RAB，WO?03/063?186?A1)。可選地，還使用玻璃焊料，以及將陶瓷糊劑或粉末(EP?1?816?122?A2)或金屬涂層(US?5,230,924?A)施加到所述接合表面。隨后，使所述陶瓷組件在有或沒有負荷的情況下進行退火，使得通過相互擴散過程或者通過反應性燒結實現所述結構組件的結合。以此方式還可以接合未燒結的組件(US?4,767,479?A)。從EP?1?846?345?B1中已知接合由氧化物陶瓷制得的陶瓷中空纖維的方法，其中通過在所述接合位置之間形成燒結橋或者借助于陶瓷粘合劑實現所述結合。

混合導電陶瓷用于在700℃至1000℃的溫度下從空氣中分離氧。具有最高透氧性的混合導體是基于取代型堿土金屬鈷酸鹽的，例如SrCo_0.8Fe_0.2O_3-δ、Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ、La_0.2Sr_0.8Co_0.6Fe_0.4O_3-δ、Ba_0.8La_0.2Co_0.6Fe_0.4O_3-δ、Sr_0.6La_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ(J.F.Vente等人：Performance?of?functional?perovskite?membranes?for?oxygen?production，J.of?Membr.Sc.276(2006)，178)、BaCo_0.6Fe_0.2Zr_0.2O_3-δ和Ba_0.5Sr_0.5Co_0.6Fe_0.2Zr_0.2O_3-δ(J.Sunarso等人，Mixed?ionic-electronic?conducting(MIEC)ceramic-based?membranes?for?oxygen?separation.investigation?on?new?SrCo_1-yNb_yO_3-δceramic?based?membranes?for?oxygen?separation.investigation?on?new?SrCo_1-yNb_yO_3-δceramic?membranes?with?high?oxygen?semi-permeability，J.of?Membr.Sc.323(2008)，436)。

管狀混合導電膜組件優選僅在一側上連接以防止由于所述膜和連接部件之間的熱膨脹性不同而導致應力。為此，需要在一側上封閉的管狀膜。然而，常規陶瓷成形方法限制了所述膜結構組件的復雜性，所述常規陶瓷成形方法例如為擠出、單軸或等壓壓制或者注射成型。例如，在一側上封閉的小直徑膜管的等壓壓制使得大的管長度或復雜的內部幾何結構不可能形成。因此，嚴重限制了所述膜的面密度的最大化。為了擠出在一側上封閉的單通道或多通道管，各個管的直徑除噴嘴外還需要其自己的閉合模具，這增加了所述方法的成本或者顯著限制了管幾何結構的選擇。

在從陶瓷箔構造平面體系的過程中，接合至氣密室和將所述室彼此連接是關鍵的制造步驟，因為待接合的面積顯著大于在管狀體系中的待接合面積。因此，發生泄露的可能性顯著大于在管狀體系中的發生泄露的可能性。因此用于氣密性接合的適當方法對于構造用于分離氧的平面體系而言是必不可少的先決條件。