Способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств

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.

Настоящее изобретение касается способа изготовления огнеупорных материалов со сниженным удельным весом и может быть использовано в качестве рабочей футеровки при работе с высокими температурами. В основе способа лежит создание структуры материала со сферическими, замкнутыми и изолированными порами. К сырой керамической массе добавляют в расчете на сумму сырой керамической массы и полимерных частиц от 0,5 до 70 мас.% сферических полимерных частиц диаметром от 5 мкм до 3 мм, при этом сферические частицы полимера состоят из полимера с температурой деструкции ниже 280°С. Сырая керамическая масса содержит менее 10 мас.% керамических частиц, которые больше 0,6 мм. Сырую керамическую массу перерабатывают в керамический материал: заливают в форму, затем сушат, отжигают и обжигают. Диаметр пор целенаправленно регулируют посредством применения полимерных частиц, преимущественно полиметилметакрилатов. Способ позволяет изготавливать керамические материалы отчасти с существенно сниженным удельным весом и с улучшенной по сравнению с уровнем техники коррозионной устойчивостью, а также лучшей механической прочностью. Одновременно специфическая система замкнутых пор способствует уменьшению теплопроводности керамических материалов. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 33 пр., 12 табл., 8 ил.

Изобретение относится к алюмооксидной композиции и способу получения керамического материала для производства подложек для интегральных микросхем СВЧ-диапазона, причем указанная композиция содержит частицы альфа-оксида алюминия в узком диапазоне 0,7-3 мкм со средним размером частиц 1,54 мкм, что позволяет достичь равнокристаллической структуры с высокой плотностью, достаточной прочностью и необходимыми электроизоляционными свойствами, предъявленными к керамическим материалам для подложек интегральных микросхем СВЧ-диапазона. На 100 вес.ч. альфа-оксида алюминия вводят 0,2-0,3 вес.ч. MgO, 43-45 вес.ч. растворителя: смеси нефраса с ацетоном или растворитель марки EXX SOLDSP с ацетоном, 3,5-5,5 вес.ч. бутадиен-нитрильного карбоксилатного каучука и 0,9-1,2 вес.ч. дибутилфталата. Из полученного шликера формируют керамическую плёнку заданной толщины, подсушивают, создают пакет слоёв, уплотняют в вальцах. Из полученного пакета слоёв вырубают заготовки заданного размера, удаляют связующее, обжигают до спекания в условиях вакуума при конечной температуре 1850°С. Обожжённые изделия обрабатывают до высокой степени чистоты поверхности. Использование раствора карбоксилатного каучука в качестве временного технологического связующего обеспечивает точность повторения получаемых характеристик, исключающих появление анизотропии и коробления подложек. Изобретение позволяет расширить диапазон использования порошков глиноземов с содержанием альфа-Аl2О3 от 99,7 мас.% и выше, что значительно влияет на снижение затрат получаемого керамического материала. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения керамических изделий марок ВК-95 и ВК-94 и может быть использовано в медицине, в нефтегазовом комплексе и машиностроении для изготовления керамических изделий, работающих при повышенных температурах, под нагрузкой или в агрессивных средах. Способ обеспечивает получение керамических изделий сложной объемной формы с высокими техническими и функциональными (эксплуатационными) характеристиками. Способ включает изготовление матрицы, отливку изделия с помощью матрицы и термообработку полученного изделия. Из термопластичной пластиковой массы получают модель изделия 3D аддитивным формованием, погружают в силиконовую массу для получения силиконовой оболочки – матрицы изделия. В силиконовую матрицу отливают нагретый керамический шликер. Термообработка изделия включает: проведение предварительного спекания в течение 6 часов при температуре 300оС с выдержкой 1 час, затем нагрев продолжают до 1100оС в течение 11 часов с выдержкой в течение часа, охлаждением и механической обработкой, после чего проводят окончательное спекание при 1450-1700оС с выдержкой в течение 1 часа в воздушной среде для ВК-95 и вакууме для ВК-94 с получением керамического изделия. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.
Наверх