接合方法技术

本申请提供一种能够利用电化学反应而牢固地接合更加多样化的材料的接合方法。接合方法包括：配置工序(步骤S1)，将氧离子传导体与在表面具有氧化物层的导电材料配置成使两者经由氧化物层接触；连接工序(步骤S2)，将氧离子传导体连接到电压施加装置的正极侧，并且将导电材料连接到电压施加装置的负极侧；以及电压施加工序(步骤S3)，在氧离子传导体与导电材料之间施加电压而接合氧离子传导体与导电材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】接合方法
本专利技术涉及一种接合方法。
技术介绍
以往，作为通过电化学反应来接合材料的方法之一，已知有阳极接合法(例如，参照专利文献1)。阳极接合法为：将玻璃与被接合材料接触，将被接合材料侧作为阳极，将玻璃侧作为阴极，并在两者之间施加直流电压而进行接合的方法。(现有技术文献)(专利文献)专利文献1：日本特开2007-83436号公报
技术实现思路
(专利技术所要解决的问题)通过上述阳极接合法，能够将材料之间牢固地接合。然而，接合对象的材料限定于玻璃和金属或半导体等，其用途受到限制。本专利技术是着眼于上述问题点而完成的，其目的在于，提供一种能够利用电化学反应而牢固地接合更加多样化的材料的接合方法。(解决问题所采用的措施)为了解决上述课题，第一观点涉及的接合方法包括：配置工序，将氧离子传导体与在表面具有氧化物层的导电材料配置成使两者经由所述氧化物层接触；连接工序，将所述氧离子传导体连接到电压施加装置的正极侧，并且将所述导电材料连接到所述电压施加装置的负极侧；以及电压施加工序，在所述氧离子传导体与所述导电材料之间施加电压而接合所述氧离子传导体与所述导电材料。(专利技术的效果)根据本专利技术，能够利用电化学反应而牢固地接合更加多样化的材料。附图说明图1是本专利技术涉及的接合方法的流程图。图2是说明接合氧离子传导体与导电材料的方法的图。图3是说明接合氧离子传导体与两个金属的实施例的图。图4是说明经由氧离子传导体的的密封件来连结两个配管的实施例的图。图5是说明使用接合密封用带来连结两个配管的实施例的图。图6是表示固体氧化物燃料电池(SOFC)的单电池的结构的图。图7是说明制作电池堆的实施例的图。图8是说明制作另一电池堆的实施例的图。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术涉及的接合方法进行说明。图1示出了本专利技术涉及的接合方法的流程图。本专利技术涉及的接合方法包括：配置工序(步骤S1)，将氧离子传导体与在表面具有氧化物层的导电材料配置成使两者经由氧化物层接触；连接工序(步骤S2)，将氧离子传导体连接到电压施加装置的正极侧，并且将导电材料连接到电压施加装置的负极侧；以及电压施加工序(步骤S3)，在氧离子传导体与导电材料之间施加电压而接合氧离子传导体与导电材料。本专利技术人等为了确立能够接合比以往的阳极接合法更加多样化的材料的接合方法，尝试了在各种条件下接合各种材料。其结果，发现了如下情况：如图2所示，将氧离子传导体1以及在表面具有氧化物层2a的导电材料2配置成使两者经由氧化物层2a接触，将氧离子传导体1连接到电压施加装置的正极侧，将导电材料2连接到电压施加装置的负极侧，并施加直流电压，在该情况下两者牢固地接合。形成上述的牢固的接合的理由可以认为是，如果在氧离子传导体1与导电材料2之间施加电压，则在氧离子传导体(X-O)1与氧化物层(R-O)2a之间发生下述式(1)所示的还原反应。X-O+R-O+2e→X-O-R+O2-(1)根据上述还原反应，构成导电材料2的氧化物层(R-O)2a的氧化物被还原，在被还原的氧化物的材料(R)与氧离子传导体(X-O)1之间形成键合(X-O-R)，氧离子传导体1与导电材料2在抵接面被牢固地接合。另一方面，在上述还原反应中所产生的O2-离子在氧离子传导体1中移动，并移动到阳极侧而被排出。可以认为，如此在阴极侧的导电材料2中发生了还原反应的结果，在氧离子传导体1与导电材料2之间形成了牢固的接合。由上述式(1)所表示的还原反应可以认为是与在以往的阳极接合法中发生的电化学反应相对照的反应。即，可以认为在通过阳极接合法来将例如玻璃(X-O-Na)与金属(M)接合的情况下，在玻璃(X-O-Na)与金属(M)之间发生下述式(2)～(4)所示的氧化反应。X-O-Na→X-O-+Na+(2)X-O-+M→X-O-M+e(3)Na++e→Na(4)上述式(2)以及(3)的反应是在阳极侧(接触界面)发生的反应，Na被离子化而脱离，从而生成X-O-并与M键合而形成接合。另一方面，式(4)的反应是在阴极侧发生的还原反应，在玻璃中朝向阴极侧移动过来的Na+接受电子而被还原成Na。如此基于阴极中的还原反应的本专利技术的接合方法是与基于阳极中的氧化反应的以往的阳极接合法相对照且新颖的接合方法，相对于以往的阳极接合法而称为“阴极接合法”。根据本专利技术的阴极接合法，能够牢固地接合氧离子传导体1与在表面具有氧化物层2a的导电材料2。另外，与以往的阳极接合法相比，能够接合多种多样的材料。另外，根据上述式(2)～(4)可知，在玻璃中输送电的是Na+，不存在单独的O2-。由于Na在阴极侧析出，因此成为污染源，或者成为在玻璃上有电镀面的情况下在界面处镀层剥离的原因。在这一点上，在本专利技术中，由于O2-负责氧离子传导，因此形成与氧化、还原均对应的接合。由于氧是气体，因此也不会出现在上述玻璃中的反应中所产生的污染和镀层剥离的问题。以下，对本专利技术的各工序进行说明。首先，在步骤S1中，将氧离子传导体1与在表面具有氧化物层2a的导电材料2配置成使两者经由氧化物层2a接触(配置工序)。例如，如图2所示，使氧离子传导体1与导电材料2经由氧化物层2a接触。氧离子传导体1是具有使氧离子透过的特性的层。氧离子传导体1的材料只要能够使氧离子透过即可，没有特别限定，优选为氧化物离子传导体。例如，能够使用掺杂有氧化钇(Y2O3)的钇稳定氧化锆(YSZ)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化钪(Sc2O3)等。另外，也能够使用氧化铋(Bi2O3)、氧化铈(CeO)、氧化锆(ZrO2)、镓酸镧(LaGaO3)、氧化铟钡(Ba2In2O5)、氧化镍镧(La2NiO4)、氟化镍钾(K2NiF4)等。需要说明的是，氧离子传导体1的材料并不限定于上述材料，可以使用其他公知的氧离子传导体材料。另外，这些材料可以单独使用一种，也可以组合使用多种。代表性地，上述氧离子传导体1能够使用通过热压法而获得的氧离子传导体，该热压法将原料的粉末与有机粘合剂混合并施加压力而使其延展变薄，然后在高温的炉中加压烧结。更薄膜化的氧离子传导体1能够通过溶胶-凝胶法来制作。导电材料2只要是具有导电性而能够与氧化物层2a的氧形成共价键的材料，则能够在本专利技术中使用。例如，可以使用金属、半导体(Si、SiC、GaN等)。作为金属，例如可以使用SUS等的各种金属等。在此，氧离子传导体1与导电材料2的接合体还可以是将固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell，以下也称为“SOFC”或“燃料电池”。)的单电池的一部分、即将氧离子传导体1当作由YSZ等构成的固体电解质，将导电材料2当作与该固体电解质的两面连接的空气极或燃料极用的电极材料。SOFC通常在800℃以上的高温下运行，因此优选为选择可以承受该温度并且不会因发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种接合方法，其特征在于，包括：/n配置工序，将氧离子传导体与在表面具有氧化物层的导电材料配置成使两者经由所述氧化物层接触；/n连接工序，将所述氧离子传导体连接到电压施加装置的正极侧，并且将所述导电材料连接到所述电压施加装置的负极侧；以及/n电压施加工序，在所述氧离子传导体与所述导电材料之间施加电压而接合所述氧离子传导体与所述导电材料。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170724 JP 2017-1429611.一种接合方法，其特征在于，包括：
配置工序，将氧离子传导体与在表面具有氧化物层的导电材料配置成使两者经由所述氧化物层接触；
连接工序，将所述氧离子传导体连接到电压施加装置的正极侧，并且将所述导电材料连接到所述电压施加装置的负极侧；以及
电压施加工序，在所述氧离子传导体与所述导电材料之间施加电压而接合所述氧离子传导体与所述导电材料。


2.根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，
所述氧离子传导体与所述导电材料的抵接面加工成相互紧密连接。


3.根据权利要求1或2所述的接合方法，其特征在于，
所述氧化物层具有电子传导性。


4.根据权利要求3所述的接合方法，其特征在于，
所述氧化物层由N型氧化物半导体构成。


5.根据权利要求3所述的接合方法，其特征在于，
所述氧化物层是能够在其厚度方向上使电子穿过的绝缘膜。


6.根据权利要求1～5中任一项所述的接合方法，其特征在于，
所述氧离子传导体是氧化物离子传导体。


7.根据权利要求1～6中任一项所述的接合方法，其特征在于，
所述导电材料是配管，
在所述配置工序中，两个所述配管经由各自的表面所具有的所述氧化物层由所述氧离子传导体构成的密封件来相互连接而配置，
所述电压施加工序包括：第一电压施加工序，在所述两个配管之间施加第一极性电压而对所述两个配管中的一方与所述密封件进行接合；以及第二电压施加工序，在所述两个配管之间施加与所述第一极性相反的第二极性...

【专利技术属性】
技术研发人员：三原辉仪，桥本富仁，中田裕辅，仓泽元树，
申请(专利权)人：马瑞利株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP