Способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств



Способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств
Способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств
Способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств
Способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств
Способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств
Способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств
Способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств
Способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств

 


Владельцы патента RU 2522492:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к изготовлению газоплотной оксидной керамики со смешанной ионно-электронной проводимостью. Заявлен способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств, который включает получение оксидо-органической формовочной массы смешиванием оксидного порошка с органической связкой и пластификатором, формирование заготовок заданной формы и обжиг до спекания. В качестве органической связки используют 4%-ный раствор бутадиен-нитрильного каучука марки СКН-26М, полученный в смеси ацетона и бензина, взятых в объемном соотношении 3:2, в качестве пластификатора используют 5%-ный раствор дибутилфталата в бензине, при этом оксидный порошок смешивают с органической связкой в соотношении 1 мл раствора на 1 г порошка, а с пластификатором - в соотношении 1 мл раствора на 40 г порошка. Заявленным способом можно получить керамику на основе кобальтитов и манганитов лантана-стронция, титанато-ферритов стронция, систем на основе оксида циркония. Технический результат - получение оксидо-органической формовочной массы, обладающей улучшенными пластическими свойствами, пригодными для изготовления керамики для элементов электрохимических устройств без ограничения формы и размеров. 8 ил.

 

Изобретение относится к изготовлению газоплотной оксидной керамики со смешанной ионно-электронной проводимостью и может быть использовано при разработке элементов электрохимических устройств, в частности мембран для получения чистого водорода или кислорода и других.

Известно, например, что газоплотную керамику состава Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF) изготавливают шликерным литьем из композиционного оксидного материала (М.-В. Choi, D.-K. Lim, S.-Y. Jeon, H.-S. Kim, S.-J. Song. Oxygen permeation properties of BSCF5582 tubular membrane fabricated by the slip casting method. Ceramics International. 38 (2012), p.1867) [1]. Для получения суспензии оксидного материала оксидный порошок BSCF смешивают с растворителем (этанол), диспергентом (поликарбонат аммония), полиэфиром, пластификатором (полиэтиленгликоль ПЭГ 400) и связкой (поливиниловый спирт). Суспензию заливают в полость микропористой литьевой формы и выдерживают в ней. Под действием капиллярных сил растворитель удаляется из внутренней полости, а на внутренней поверхности литьевой формы образуется слой геля. Остатки суспензии выливают из литьевой формы, а форму высушивают. Заготовки, извлеченные из литьевой формы, спекают до получения готовых газоплотных керамических изделий.

Газоплотную керамику состава La0.7Ca0.3Fe0.85Co0.15O3-δ (LCFC) получают пластической экструзией также из композиционного оксидного материала (М. Trunecw, J. Cihlar. Tubular La0.7Ca0.3Fe0.85Co0.15O3-δ Perovskite Membranes, Part I: Preparation and Properties. J. Am. Ceram. Soc. 89 (2005), p.949) [2]. Для его получения смешивают оксидный порошок материала LCFC и связку, в качестве которой используют смесь этиленвинил ацетата и парафинового воска. Полученную смесь добавляют в стеариновую кислоту, гомогенизируют и высушивают. Высушенную смесь помещают в экструдер, выдавливают через фильеру, полученные заготовки спекают до готовых газоплотных керамических изделий.

Газоплотную двухслойную оксидную керамику состава La0.8Sr0.2MnO3-δ (LSM) трубчатой формы на пористой подложке Zr0.7Y0.3O2-δ (YSZ) получают из композиционного оксидного материала в виде коллоидной суспензии, твердая фаза которой - оксидный порошок LSM, жидкая фаза - смесь поливинилбутираля, рыбьего жира, дибутифталата и сорбитаноолеата Span-80 в смеси толуола и метилэтилкетона (X. Yin, C. Choong, L. Hong, Z. Liu. Crafting La0.2Sr0.8MnO3-δ membrane with dense surface from porous YSZ tube. J. Solid State Electrochem. 10 (2006), p.643) [3]. В эту суспензию погружают пористую трубку, высушивают и спекают до готового изделия.

Керамические изделия, изготовленные вышеперечисленными способами, имеют ограничения по форме и размерам. Так, размеры заготовок в способе шликерного литья определяются размерами литьевой формы, способом пластической экструзии затруднительно получить изделия с толщиной стенок менее 0,25 мм, при использовании метода погружения возникает вероятность получения изделий с неравномерным распределением нанесенного слоя по поверхности пористой подложки.

Кроме того, известные способы характеризуются трудоемкостью изготовления керамических изделий, т.к. требуют соблюдения жесткого технологического контроля за качеством суспензии, точным количеством вводимых в порошок органических компонентов и состоянием вспомогательных устройств, а также узким диапазоном распределения частиц исходного порошка по размерам или необходимостью учета требований, предъявляемых к пористой положке в процессе погружения, используемой в способе [3].

Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа изготовления газоплотной керамики для электрохимических устройств различной формы и размеров при упрощении технологии изготовления.

Для решения поставленной задачи предложен способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств, включающий получение оксидо-органической массы смешиванием оксидного порошка с органической связкой и пластификатором с последующим формированием заготовок заданной формы и обжигом до получения спеченных изделий, причем, при получении оксидо-органической массы в качестве органической связки используют 4%-ный раствор бутадиентнитрильного каучука марки СКН-26М, полученный в смеси ацетона и бензина, взятых в объемном соотношении 3:2, в качестве пластификатора используют 5%-ный раствор дибутилфталата в бензине, при этом оксидный порошок смешивают с органической связкой в соотношении 1 мл раствора на 1 г порошка, с пластификатором в соотношении 1 мл раствора на 40 г порошка.

Подобранные экспериментально концентрации раствора бутадиен-нитрильного каучука, пластификатора и растворителей, позволили получить сочетание вязкости, пластичности и прочности оксидо-органической массы, достаточные для того, чтобы эту массу после сушки можно было прокатывать до получения пластин. Из полученной прокаткой керамики в виде пластин можно изготавливать элементы электрохимических устройств различной формы и размеров, например, трубчатой, сложной, неправильной формы и др. Это упрощает технологию изготовления газоплотных керамических изделий. Несоблюдение условий осуществления способа не позволит сформировать из высушенной массы пластины, либо получить плотные изделия, так как в процессе спекания заготовок из-за окисления каучука и пластификатора до газообразных H2O, CO, CO2 и N2, выделяется большое количество газов, приводящих к разрушению керамики. При использовании предложенного способа получения газоплотной керамики не требуется дорогостоящего оборудования, использования специфических реактивов, порошков с узким распределением частиц.

Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в получении и использовании оксидо-органической массы со свойствами, позволяющими получать керамические изделия различной формы и размеров для элементов электрохимических устройств.

Предлагаемый способ иллюстрируется фотографиями процесса изготовления трубчатых керамических изделий, включающего подготовку синтезированного порошка (фиг.1), добавление органической связки и пластификатора (фиг.2), перемешивание смеси и разливание на фторопластовую подложку с последующим высушиванием смеси (фиг.3), прокатку высушенной массы с получением пластин (фиг.4, 5), формирование трубчатых изделий (фиг.6). На фиг.7 представлены трубчатые заготовки в засыпке, на фиг.8 - готовые спеченные трубчатые изделия.

Для получения оксидно-органической массы на основе титаната-феррита стронция первоначально готовили 4%-ный раствор бутадиен-нитрильного каучука. Использовали каучук марки СКН-26М, растворяли его в смеси ацетона и бензина, взятых в объемном соотношении 3:2. Полученный 4%-ный раствор каучука добавляли к исходному оксидному порошку SrTi0,50,5O3-δ в соотношении 1 мл раствора на 1 г порошка, после чего вводили 5%-ный раствор дибутилфталата в бензине в соотношении 1 мл раствора на 40 г порошка. Смесь тщательно перемешивали, выливали па фторопластовую подложку до полного высушивания полученной оксидо-органической массы. Высушенную массу прокатывали на вальцах с требуемой толщиной зазора до получения пластин.

Из полученных пластин получали заготовки изделий заданной формы (трубчатой, сложной, неправильной формы и др.), которые обжигали в засыпке из глинозема до получения готовых керамических изделий. Например, получаемые пластины скручивали в трубки, создавая стык и раскатывая его роликом с целью скрепления. Трубчатые заготовки подвергали обжигу.

Результаты гидростатического взвешивания спеченных керамических изделий из материала, полученного заявленным способом, свидетельствуют о получении газоплотной керамики: ее относительная плотность составляет 96% от теоретической.

Заявленным способом можно получать газоплотную керамику на основе кобальтитов и манганитов лантана-стронция, титанато-ферритов стронция, систем на основе оксида циркония. Исключения составляют оксидные системы, подверженные сильной гидратации, например, оксиды щелочных (Li, Na, K, Cs) и щелочноземельных (Ca, Ba) элементов, поскольку в этом случае не происходит смачивания поверхности гидратированного порошка органической смесью.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет изготавливать газоплотную керамику для элементов электрохимических устройств различной формы и размеров при упрощении технологии ее изготовления.

Способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств, включающий получение оксидо-органической массы смешиванием оксидного порошка с органической связкой и пластификатором с последующим формированием заготовок заданной формы и обжигом до получения спечённых изделий, отличающийся тем, что при получении оксидо-органической массы в качестве органической связки используют 4%-ный раствор бутадиен-нитрильного каучука марки СКН-26М, полученный в смеси ацетона и бензина, взятых в объемном соотношении 3:2, в качестве пластификатора используют 5%-ный раствор дибутилфталата в бензине, при этом оксидный порошок смешивают с органической связкой в соотношении 1 мл раствора на 1 г порошка, с пластификатором в соотношении 1 мл раствора на 40 г порошка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению керамической вставки для формирования в процессе литья в корпусе бурового инструмента полости для установки сменной детали.

Изобретение относится к применению гомополимеров или сополимеров (мет)акриловой кислоты или сополимеров моноолефинов с 3-40 атомами углерода с ангидридами дикарбоновых кислот с этиленовой ненасыщенностью с 4-6 атомами углерода в качестве добавок в керамических массах, прежде всего в суглинке и глине, предназначенных для изготовления строительной керамики, такой как строительные кирпичи и кровельная черепица, а также к керамическим массам, содержащим указанные добавки.

Изобретение относится к отверждающейся без нагрева композиции связующего, способной смешиваться и отверждаться в условиях без нагрева. .

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано при производстве теплозащитных экранов на основе тугоплавких окислов и силикатообразующих добавок.

Изобретение относится к области получения керамикообразующих композиций (КК) и керамических композиционных материалов (ККМ) на основе высокомодульных керамических наполнителей.

Предлагаемое изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для формования изделий как методом литья термопластичного шликера, так и методом прямого формования инжектированием через форсунки. Заявленный способ получения керамического шликера обеспечивает повышенную текучесть при низких температурах и устойчивость к термическим воздействиям. Способ получения керамического шликера включает смешивание дисперсного порошка оксидов металлов и органической связки, при этом в дисперсный порошок в виде твердых растворов оксидов металлов добавляют 12-18 вес.% органической связки: пчелиного воска или парафина, доводят массу до температуры 80-90°C, затем в нее добавляют расплавленную смесь, состоящую из стеариновой кислоты и этиленвинилацетата в весовом соотношении 1/4-1/3, в количестве 5-6 вес.% от массы органической связки и перемешивают полученную массу до готовности в течение 2 часов при температуре 80-90°C. В качестве дисперсного порошка в виде твердых растворов оксидов металлов используют высокодисперсный порошок, выбранный из группы: ZrO2-MgO, ZrO2-Y2O3, ZrO2-Y2O3-Al2O3. 2 з.п. ф-лы, 3 пр., 1 табл.

Изобретение относится к составу добавки для строительных материалов, в частности, может найти применение в технологии производства огнеупорных и керамических изделий различного назначения, а также ремонтов огнеупорной кладки, наливных огнеупорных смесей. Комплексная добавка содержит полимерное натриево и полиалкиленоксидное производное полиметиленнафталинсульфокислот, лигносульфонат и электролит на основе смеси роданида и тиосульфата натрия, при этом в нее дополнительно введены полиспирты и триполифосфат натрия в следующем соотношении, (мас.%): полимерное натриево и полиалкиленоксидное производное полиметилен-нафталинсульфокислот - 40-50; лигносульфонат - 10-20; полиспирты - 8-10; триполифосфат натрия - 8-10; электролит на основе смеси роданида и тиосульфата натрия - 12-15. Добавку вводят в смеси на основе глины и шамота в количестве 0,3% от веса смеси. Комплексная добавка для огнеупорных и керамических изделий обеспечивает высокое число пластичности глин, что позволяет снизить давление прессования, а также обеспечивает повышенную механическую прочность изделий на изгиб и сжатие. 3 табл.

Изобретение относится к технологии получения композитных формованных мембран. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности и разделяющей способности по отношению к веществам с высоким молекулярным весом. В качестве исходных компонентов используют, мас.%: цеолит - 20-25; акрило-силиконовая эмульсия 0.5%-ная или 1.5%-ный раствор хитозана - 1-3; SiO2 - 20-25; раствор Na2SiO3 64%-ный - 40-50; ZrOCl2 - 3-9. Из исходных компонентов готовят суспензию и высушивают ее. Высушенную суспензию размалывают, затем просеивают и отбирают фракцию с размером частиц не более 0,1 мм, которую подвергают формованию прессованием при давлении 1,0-3,0 т/см2. Обжиг осуществляют при температуре 500-600°C. 2 табл., 2 ил.

Изобретение относится к способу изготовления плотной керамики для твердого электролита на основе полностью стабилизированного диоксида циркония и может быть использовано в твердооксидных топливных элементах, высокотемпературных электрохимических устройствах в качестве электролитических элементов. Техническим результатом данного изобретения является повышение плотности, снижение пористости и увеличение проводящих характеристик материала твердого электролита. При приготовлении шликера на 5-40 весовых частей порошка стабилизированного диоксида циркония с размером частиц не более 0,6 мкм используют 10-20 весовых частей растворителя, до 10 весовых частей связки, 0,4-4 весовые части пластификатора. Пузырьки воздуха удаляют путем вращения шаровой мельницы без мелющих тел со скоростью менее 25 об/мин. Формирование тонкой пленки производят методом литья шликера на движущуюся ленту. Сушку тонкой пленки производят в устройстве для литья керамической пленки при температуре ниже 100°С, после чего обжигают для получения твёрдого электролита на основе диоксида циркония, стабилизированного 0,5-3 мол.% CeO2 и 7-11 мол.% Sc2O3 с мелкокристаллической структурой. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Наверх