一种热喷涂用氧化锆基固体电解质材料的制备方法。该方法是通过向氧化锆中添加Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｓｃ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｙｂ↓［２］Ｏ↓［３］等高氧离子电导材料粉末，经喷雾干燥－高温烧结以获得高松装密度的热喷涂用电解质材料。制备的电解质材料具有松装密度高，流动性好。采用该法制备的电解质喷涂后形成的涂层致密，气孔率低，稳定性好，离子电导率高；同时该方法具有工艺简单、生产量大、经济可靠、可以工业推广等优点。本发明专利技术所给出的热喷涂用电解质材料的制备方法同样适用于其它热喷涂用电解质材料体系的制备。
【技术实现步骤摘要】
氧化锆基电解M^才料的制备方法
1本专利技术属于热n^涂技术与材料加工领域。特别涉及一种热喷涂用氧化锆基固体电解 ,料的制备方法。背景fe^SOFC是一种在恒定工作温度(800-1000°C)下将储存 料中的化学會喧接转化为电能的能量转化系统。和传统的热电转化系统相比，该系纟i^t越了化学能至鹏能和热能到电能的中间步骤，不受卡诺循环的限制，转化效率可高达60%,配合以利用余热的K^循环系统，其燃料潜能的利用率最新达90%;同时转化过程中气斷娜的排放量很低，離于莉撖，是一种高$*凊洁的能量转换系统。为此世界发达国家都很重视SOFC的研制开发工作，如美国的"TARGET i找ij"和日本的"月光i找ij"等。专家预测，今后"m各是SOFC转向实用化的重要时期，简化制备工艺，降低itt，提高电池稳定性将是其获得自的重要课题。SOFC中的核心是具有氧离子导电性的固体电解质材料，如ZrO2-Y203、 Zt02-Sc203、 ZrOrCe203、 ZiO2-Yb203、 ^-^203等，其中氧化紀稳定氧化锆(Zr02-Y203)，简称YSZ，是目 前SOFC中应用最普遍，研離深入的一种固体电解质。电解质层为SOFC的关键结构层之一， 目前用，ij备电解质层的工艺主要包括电化学气相沉积(EVD)、 f腿等离子喷凃(VPS)和金属 有机物化学气相沉积(MOCVD)等方法，而目前电解质层的制造鹏高、工艺复杂是导致SOFC 制造成本高、限制SOFC商业化的主要原因之一。热喷、凃技术可以灵tSi也制备金属和金属一陶瓷 复合涂层，涂层厚度控制简便，已成为制备SOFC的关键技术之一。如目前已采用大气等离子喷 涂(APS)制备SOFC阳极、阴极和联接极等，而对于SOFC电解质层的制备方法还主要采用成 本较昂贵的低压等离子喷凃，这主要是因为与该技7W目关的热喷凃用电解im才料的开徵艮不上。 传统的电解,料如氧化钇稳定氧化锆，采用大气等离子喷、凃制造电解M^凃层时，涂层中不可避 免地存在气孔，这将引繊料气体与氧化齐啲泄漏。文献指出作为用于SOFC的电解质层，其气 体泄漏率至少应小于l(^cm4 *g_1《1 (参见IDET,NAMIKAWAt^YAMAZAKIY,DenkiKagak^ 1996,64:681-683)，而采用常规热喷^f分末制备的YSZ涂层的气 漏率通常大于此值，为了肖滩 利用APS制备的柳质凃层，要求喷凃用电解翩丰箱高的松装密度，流动'附子利于斷氐涂层的 气孔率。
技术实现思路
本专利技术目的是解决现有电解质材料如氧化钇稳定氧化锆，皿用大气等离子喷、凃制 造电解质凃层时，涂层中不可避^i也存在气 L而引繊料气体与氧化剂泄漏的问题，^f共一种 热喷、涂用氧化锆基固体电解M+才料的制备方法。本专利技术的技术方案^3I过向氧化锆中添加Y203、 SC203、 Yb203等高氧离子电导材料粉末，经喷雾千燥_高 结以获得高松装密度的热喷涂用电解 料。本专利技术所给出的热喷涂用电解质 材料的制备方法同样翻于其它热喷凃用电解翩料体系制备。本专利技术麟的热喷凃用氧化锆基固体电解翩料的制备方法，其戶賴u备的氧化锆基电解綱料为Zr02-M203，其中，M为Sm、 Y、 Sc、 Ce、 Yb、 Al、 Er、 Dy中的ftf可一种B种，制备方 飽括以下各步骤第一、原料准备以f娘在5,5nrn之间、纯度为99.9%以上的加2和M203为原料，M 为Sm、 Y、 Sc、 Ce、 Yb、 Al、 Er、 Dy中的ftf可一种gUL种，Z1O2和^1203的配料摩尔比为8:1 至12:1， 4嫌照以上化学itM比称量的所需制备产品的原料，SA撤半球磨机；第二浆料配制所配浆料中磨球与原料比为l: 1~1: 1.5，所用磨球为氧化锆球；在上步搅 拌球磨机中加入去离子水，原料与去离子水的质量比为1: 2~2: 1;同时加入高M化，作为 粘结剂，所加入的粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠或聚乙働比咯烷酮中的任何一种，其质量百分比为原料的5°/^20% ，球磨0.5~10小附导到悬浮、 料；第三、喷雾千燥采用喷雾千力紅艺将上步得到的悬浮麟料制成 级团聚型球形粉末；第四、粉末烧结将上步得到的团聚型球形粉末在500~1600卩烧结4~24小时； 第五、筛分将上歩烧结后的粉末过140目与325目筛，所得14(K325目部分即为热喷凃用 氧化锆基电解鹏斗。第三歩所用喷雾干燥方法可以是离心式或压力式喷雾干燥法之一。喷雾干燥机进口温度为 25(K35(rC，出口温度为120~200°C，送料速度为2(K100ml/min 。本专利技术的优点和积极 ^:本专利技术方法制备的电解M^料具有松装密度高，流动性好，采用该法制备的电解质喷凃后形 成的涂层致密，气 L率低，稳定性好，离子电导率高；同时该制备方法具有工艺简单、生产量大、经济可靠、可以:oik推广，点。具鹏li^:实施例l:1) 称取10.0kgZiO2与Y2O3预混粉(Zr02与Y203摩尔比为11.5:1) SA搅拌磨中，并加入聚 乙烯醇O.lkg及10.0kg去离子水，湿磨4小时。2) 将所得料糊离心雾化喷觜喷入千燥塔内，雾化器魏为1500r/min，进口鹏280°C， 出口'鹏170。C，将千燥粉末抽入旋风分离器内收集。3) 将粉末在高鹏结炉内加热到145(TC烧结4小时。4) 将烧结后的粉末用机械分样筛进行筛分，取14(K325目之间的^^末，得到致密化的热喷涂 用ZrO2-Y203柳腐才料。实施例2:1) 称取10.0kgZrO2与Sm203预混粉(ZiCb与Sm203摩尔比为9:1) SA搅拌磨中，并加入 聚乙働比咯烷酮O.lkg及10.0kg去离子水，湿磨6小时。2) 将所得料浆用离心雾化喷嘴喷入^B喿塔内，雾化器織为2000r/min，进口鹏30(TC， 出口鹏17(TC,将千燥粉末抽入旋风分离器内收集。3) 将粉末在高ffi结炉内加热到15(XrC烧结6小时。4) 将烧结后的粉末用机械分样,行筛分，取140~325目之间的粉末，得到致密化的热喷、凃 用ZrOrSm203柳細料实施例3:1) 称取10.0kgZiO2与Sc2O3预混粉(ZiO2与Sc203摩尔比为11.5:1)駄搅拌磨中，并加入 羧甲基纤维素钠O.lkg及10.0kg去离子水，湿磨4小时。2) 将所得料浆用离心雾化喷嘴喷入千燥塔内，雾化器繊为1800r/min，进口鹏35(TC， 出口鹏17(TC，将千燥粉末抽入旋风分离器内收集。3) 将粉末在高ffi结炉内加热到145(TC烧结6小B寸。4) 将烧结后的粉末用机械分样筛进行筛分，取14(K325目之间的粉末，得到致密化的热喷凃 用ZrOrSc203电解鹏料。实施例4:1) 称取10.0kg Zi02与Y^03预混粉(Zr02与Yb203摩尔比为11.5:1) SAMJ半磨中，并加 入聚乙烯醇O.lkg及10.0kg去离子水，湿磨4小时。2) 将所得料細离心雾化喷嘴喷入^P燥塔内，雾化器魏为2000r/min，进口離350°C， 出口 170匸，将千燥粉末抽入旋风分离器内收集。3) 将粉末在高鹏结炉内加热到15(XrC烧结4小时。4) 将烧结后的粉末用机械分样筛进行筛分，取140^3本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热喷涂用氧化锆基固体电解质材料的制备方法，其特征在于，所制备的氧化锆基电解质材料为ＺｒＯ↓［２］－Ｍ↓［２］Ｏ↓［３］，其中，Ｍ为Ｓｍ、Ｙ、Ｓｃ、Ｃｅ、Ｙｂ、Ａｌ、Ｅｒ、Ｄｙ中的任何一种，制备方法包括以下各步骤：第一、原料准备： 以粒度在５ｎｍ～５μｍ之间、纯度为９９．９％以上的ＺｒＯ↓［２］和Ｍ↓［２］Ｏ↓［３］为原料，其中Ｍ为Ｓｍ、Ｙ、Ｓｃ、Ｃｅ、Ｙｂ、Ａｌ、Ｅｒ、Ｄｙ中的任何一种或几种，ＺｒＯ↓［２］和Ｍ↓［２］Ｏ↓［３］的配料摩尔比为８∶１至１２∶１，将上述原料投入搅拌球磨机；第二、浆料配制：所配浆料中磨球与原料比为１∶１～１∶１．５，所用磨球为氧化锆球；在上步搅拌球磨机中加入去离子水，并加入高分子化合物作为粘结剂，球磨０．５～１０小时得到悬浮液浆料；第三、喷雾干燥：采用喷雾干 燥工艺将上步得到的悬浮液浆料制成微米级团聚型球形粉末；第四、粉末烧结：将上步得到的团聚型球形粉末在５００～１６００℃烧结４～２４小时；第五、筛分：将上步烧结后的粉末过１４０目与３２５目筛，所得１４０～３２５目部分即为热喷涂用 氧化锆基电解质材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄新春，李敦钫，曾克里，冀晓鹃，
申请(专利权)人：北京矿冶研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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