烧结陶瓷部件及其形成方法技术

一种烧结陶瓷部件可具有最终组成，其包含至少50重量％的MgO和至少一种所需的掺杂剂，其中所述至少一种所需的掺杂剂中的每一种掺杂剂具有至少0.1重量％的所需的掺杂剂含量。全部杂质(不包括所述所需的掺杂剂)以低于0.7重量％的合并杂质含量存在。其余可包含Al2O3。掺杂剂的选择可允许对烧结陶瓷部件的视觉外观的更好控制、减少可能不利地影响装置的另一部分的不期望杂质的存在或二者。与包含无掺杂剂和较低杂质含量的材料的烧结陶瓷部件相比，一种或多种掺杂剂的加入可有助于改善烧结特性和密度。

Sintered ceramic parts and methods of forming the same

A sintered ceramic member may have a final composition, comprising at least 50 wt% of MgO and at least one desired dopant, the required content of dopant, wherein the at least one dopant required in each dopant has at least 0.1 weight%. All impurities (not including the required dopant) are present below a combined impurity content of less than 0.7 wt.%. The rest may contain Al2O3. The selection of dopants may allow for better control of the visual appearance of the sintered ceramic component, which may adversely affect the presence of undesired impurities in the other part of the device, or the two. Compared with sintered ceramic parts containing no dopant and lower impurity content, the addition of one or more dopants may improve sintering characteristics and density.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】烧结陶瓷部件及其形成方法
下文涉及烧结陶瓷部件及其形成方法。
技术介绍
用于固体氧化物燃料电池的歧管可由氧化镁-铝酸镁尖晶石陶瓷制成。用于陶瓷的起始材料可以是包含杂质的商业级材料，所述杂质可能给歧管提供不期望的颜色或潜在地可能污染固体氧化物燃料电池内的其他组分。需要改进歧管组合物。附图说明实施方案通过示例的方式示出并且不受附图的限制。图1为具有较高杂质含量的对比样品的膨胀曲线。图2为具有较低杂质含量的对比样品的膨胀曲线。图3为具有较低杂质含量的另一对比样品的膨胀曲线。图4为使用具有较低杂质含量的材料形成的CaO-掺杂样品的膨胀曲线。图5为使用具有较低杂质含量的材料形成的Y2O3-掺杂样品的膨胀曲线。图6为使用具有较低杂质含量的材料形成的TiO2-掺杂样品的膨胀曲线。图7为使用具有较低杂质含量的材料形成的Co-掺杂样品的膨胀曲线。图8为使用具有较低杂质含量的材料形成的Co-掺杂样品的膨胀曲线。图9针对不同的掺杂剂示出了相对密度随掺杂剂含量变化的图。熟练技术人员应认识，附图中的元件为简单和清楚而示意，并不一定按比例绘制。例如，附图中一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助提高对本专利技术实施方案的理解。不同附图中相同附图标记的使用表示相似或相同的项目。具体实施方式提供以下结合附图的描述来帮助理解本文公开的教导。以下讨论将集中在本教导的具体实现和实施方案上。提供这一焦点是为了帮助描述本教导而不应理解为限制本教导的范围或适用性。如本文所用，色空间坐标用CIE1976(CIELAB)坐标L*、a*和b*表示。术语“掺杂剂”意在指有意加入以影响添加这种化合物的材料的性质的化合物。与元素周期表中的列对应的族号基于的是2011年1月21日版本的IUPAC元素周期表。术语“包含”“包括”“具有”或它们的任何其他变型意在涵盖非排他性包括。例如，包含特征列表的工艺、方法、制品或装置不一定仅限于这些特征而是可能包括未明确列出的或是此类工艺、方法、制品或装置所固有的其他特征。此外，除非明确指出相反，否则“或”指包括性的或而不是排他性的或。例如，条件A或B由以下中的任一项满足：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)并且B为真(或存在)，和A与B二者均为真(或存在)。“一种”的使用用来描述本文所述的要素和组分。这只是为了方便起见，并且给出了本专利技术一般意义上的范围。本描述应理解为包括一种或至少一种，并且单数也包括复数，反之亦然，除非明显另有它义。除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域普通技术人员通常所理解的相同的含义。材料、方法和实例仅是示意性的而非意在限制。在本文未描述的程度上，关于具体材料和处理行为的许多细节是常规的并可见于固体氧化物燃料电池和陶瓷领域内的参考书和其他来源中。装置可包括烧结陶瓷部件。所述装置可以是包括一个或多个固体氧化物燃料电池的能量发生装置或者可以是气-液膜系统。在一个实施方案中，烧结陶瓷部件可为歧管以向装置提供气体或从装置移除气体，或者可为与固体氧化物燃料电池或气-液膜系统结合使用的另一部件。此类另一部件可用来将多个固体氧化物燃料电池或系统彼此连接。烧结陶瓷部件可包含有意掺杂了一种或多种杂质来提供良好的烧结性、高密度、特定颜色(如果需要或期望)并且不具有可能不利地影响颜色或不利地与装置中的其他组分相互作用的其他杂质的高纯度氧化镁铝酸镁(“MMA”)。在一个特别的实施方案中，烧结陶瓷部件可包含至少50重量％的MgO；至少一种所需的掺杂剂，其中所述至少一种所需的掺杂剂中的每一种掺杂剂具有至少0.1重量％的所需的掺杂剂含量；全部杂质以低于0.7重量％的合并杂质含量存在；其余包含Al2O3。在一个实施方案中，所需的掺杂剂可包括CaO、Y2O3、TiO2、另一合适的掺杂剂或它们的任何组合。在另一个实施方案中，所需的掺杂剂可包括SrO、BaO、Sc2O3、La2O3、ZrO2、HfO2、V2O5、Nb2O5、Ta2O5、Mo2O3、W2O3、Co2O3或它们的任何组合。当与另一掺杂剂如CaO组合时，Fe2O3可用作共掺杂剂。在一个实施方案中，所需的掺杂剂含量为至少0.2重量％、至少0.3重量％、至少0.4重量％或至少0.5重量％，在另一个实施方案中，所需的掺杂剂含量不高于5重量％、不高于3重量％、不高于2重量％或不高于1.1重量％。在一个特别的实施方案中，所需的掺杂剂含量在0.2重量％至5重量％、0.3重量％至3重量％、0.4重量％至2重量％或0.5重量％至1.1重量％的范围内。所需掺杂剂浓度可根据特定的掺杂剂更严密地“修整”。对于CaO，CaO含量可为至少0.2重量％、至少0.3重量％、至少0.4重量％或至少0.5重量％，或者可不高于3重量％、不高于2重量％、不高于1.5重量％或不高于0.95重量％。在一个具有CaO的特别的实施方案中，CaO含量在0.2重量％至3重量％、0.3重量％至2重量％、0.4重量％至1.5重量％、0.5重量％至0.95重量％或0.2重量％至0.5重量％的范围内。对于Y2O3，Y2O3含量可为至少0.2重量％、至少0.3重量％、至少0.4重量％或至少0.5重量％，或者可不高于3重量％、不高于2重量％、不高于1.5重量％或不高于0.95重量％。在一个具有Y2O3的特别的实施方案中，Y2O3含量0.2重量％至3重量％、0.3重量％至2重量％、0.4重量％至1.5重量％或0.5重量％至0.95重量％的范围内。对于TiO2，TiO2含量可为至少0.2重量％、至少0.3重量％、至少0.4重量％或至少0.5重量％，或者可不高于3重量％、不高于2.5重量％、不高于2.0重量％或不高于1.5重量％。在一个具有TiO2的特别的实施方案中，TiO2含量在0.2重量％至3重量％、0.3重量％至2.5重量％、0.4重量％至2.0重量％或0.5重量％至1.5重量％的范围内。在一个特别的实施方案中，一些化合物可不为所需的掺杂剂。例如，所需的掺杂剂可不包括Cr2O3、NiO、CuO或它们的任何组合。这样的化合物可与MgO或Al2O3反应而形成不同的化合物。陶瓷材料可用第一掺杂剂和不同于所述第一掺杂剂的第二掺杂剂共掺杂。第一掺杂剂可包括CaO、Y2O3或TiO2，第二掺杂剂包括CaO、Y2O3、TiO2、Fe2O3、SrO、BaO、Sc2O3、La2O3、ZrO2、HfO2、V2O5、Nb2O5、Ta2O5、Mo2O3、W2O3、Co2O3或它们的任何组合。在一个实施方案中，第一掺杂剂以比第二掺杂剂高的浓度存在于最终组成中，在另一个实施方案中，第一掺杂剂以比第二掺杂剂低的浓度存在于最终组成中。在一个特别的实施方案中，第一和第二掺杂剂的组合在最终组成的1重量％至9重量％的范围内。大多数烧结陶瓷部件可包含氧化镁和氧化铝。在一个实施方案中，烧结陶瓷部件的组合物可选择为取得与烧结陶瓷部件可能连结的另一部件匹配的热膨胀系数(CTE)。如本文所述的CTE为从25℃至1200℃测得的CTE。结合上面公开的退火条件，CTE可为至少9.0ppm/℃，如至少10.3ppm/℃或至少10.6ppm/℃。在另一个实施方案中，烧结陶瓷部件可具有不大于13.0ppm/℃、如不大于12.7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有最终组成的烧结陶瓷部件，所述烧结陶瓷部件包含：至少50重量％的MgO；至少一种所需的掺杂剂，其中所述至少一种所需的掺杂剂中的每一种掺杂剂具有至少0.1重量％的所需的掺杂剂含量；全部杂质以低于0.7重量％的合并杂质含量存在；和其余包含Al2O3。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.10 US 62/077,5831.一种具有最终组成的烧结陶瓷部件，所述烧结陶瓷部件包含：至少50重量％的MgO；至少一种所需的掺杂剂，其中所述至少一种所需的掺杂剂中的每一种掺杂剂具有至少0.1重量％的所需的掺杂剂含量；全部杂质以低于0.7重量％的合并杂质含量存在；和其余包含Al2O3。2.一种形成烧结陶瓷部件的方法，所述方法包括：合并粘结剂与至少一种粉末以形成生混合物，其中所述至少一种粉末包含：至少50重量％的MgO；至少一种所需的掺杂剂，其中所述至少一种所需的掺杂剂中的每一种掺杂剂具有至少0.1重量％的所需的掺杂剂含量；全部杂质以低于0.7重量％的合并杂质含量存在；和其余包含Al2O3；成型所述生混合物以形成具有对应于所述烧结陶瓷部件的形状的物体；和烧结所述物体以形成所述具有最终组成的烧结陶瓷部件，其中烧结在低于1600℃的温度下进行，并且所述烧结陶瓷部件具有为理论密度的至少90％的密度。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述烧结在不高于1575℃、不高于1500℃或不高于1450℃的温度下进行。4.根据前述权利要求中任一项所述的烧结陶瓷部件或方法，其中所述至少一种所需的掺杂剂包括CaO。5.根据权利要求4所述的烧结陶瓷部件或方法，其中所述CaO的含量为至少0.2重量％、至少0.3重量％、至少0.4重量％或至少0.5重量％。6.根据前述权利要求中任一项所述的烧结陶瓷部件或方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·林，Y·纳伦达，B·C·拉科斯，W·R·罗宾斯，D·R·优尔费，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，法商圣高拜欧洲实验及研究中心，
类型：发明
国别省市：美国,US