一种多孔氧化钇稳定氧化锆水基轧膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔氧化钇稳定氧化锆水基轧膜及其制备方法，制备方法包括以下步骤：炼泥：向氧化钇稳定氧化锆粉末中加入占其重量40‑100％的粘结剂水溶液，搅拌混匀，然后将混合物进行挤压炼泥，得泥块；轧片：将泥块不断轧压得表面光滑平整的坯片，然后将坯片逐次轧压至0.5‑1mm；干燥：将坯片室温下干燥至恒重；冲片：将干燥后的坯片冲压，得生坯片；排胶、烧结：将生坯片以1‑3℃/min的速度升温至800‑1000℃，保温，然后以3‑6℃/min的速度降温至20‑30℃，随后将其置于1300‑1400℃条件下保温，制得。该方法可有效解决现有的方法存在的制备工艺复杂，产品形状单一，产品内部孔隙不均匀以及产率低的问题。

A porous yttria stabilized zirconia water-based rolling film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种多孔氧化钇稳定氧化锆水基轧膜及其制备方法
本专利技术涉及固体氧化物燃料电池
，具体涉及一种多孔氧化钇稳定氧化锆水基轧膜及其制备方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell，SOFC)属于第三代电池，制作成本更低，不需要使用贵金属类的催化剂，仅仅采用镍(Ni)催化剂就能达到较高的催化效率，燃料适应性强，不仅可采用氢气为燃料，还可以使用液体乙醇，以及碳氢化合物，甚至固体碳作为燃料。SOFC主要有平板状和管状两种结构类型，不同的结构类型需要采用与之相配套的制备工艺。比较而言，平板式SOFC具有成本低，成型工艺简单等优点。8％(摩尔分数)Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)由于其独特的性质，如高化学稳定性、热稳定性以及在各种条件下纯离子导电性而被广泛用作SOFC的电解质，而多孔YSZ常用做于阳极或阴极骨架，一般采用干压成型、流延成型、挤出成型、电化学气相沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、溅射法、溶胶-凝胶、丝网印刷等成型方法。采用上述成型方法制备YSZ陶瓷材料在成型工艺的难度、制作成本、样品的形状和制品的尺寸等方面均会受到一定的限制，如：干压成型制备的样品微观结构不均匀，且所制备样品的尺寸形状比较单一，无法制备大尺寸的样品；流延成型多采用双元有机溶液作为溶剂，不但成本高，并且会对环境造成严重污染，同时其工艺配方复杂，导致其制品的成型难度大且成品率较低；挤出成型主要用于制备管式的陶瓷制品，该成型工艺复杂，且该成型方法容易出现保水性不足导致微观结构不均匀，并且制品易出现变形和开裂等问题；电化学气相沉积、化学气相沉积、物理气相沉积可用于获得薄膜，但是它们具有沉积速率相对较低，设备昂贵和产生腐蚀性气体的缺点；溅射法可制备薄膜，但生长速度较慢(<1μm/h)；溶胶-凝胶涂层技术获得的薄膜在干燥和加热过程必须重复多次操作，才能获得用于SOFC的无针孔薄膜，重复操作导致其生产周期延长；丝网印刷法对粉末的粒度，晶粒形状，表面性质和填充密度等参数要求很高。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种多孔氧化钇稳定氧化锆水基轧膜的制备方法，该方法可有效解决现有的方法存在的制备工艺复杂，产品形状单一，产品内部孔隙不均匀以及产率低的问题。为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多孔氧化钇稳定氧化锆水基轧膜的制备方法，包括以下步骤：(1)炼泥：向氧化钇稳定氧化锆粉末中加入占其重量40-100％的粘结剂水溶液，搅拌混匀，然后将混合物进行挤压炼泥，得泥块；(2)轧片：将步骤(1)中的泥块不断轧压得表面光滑平整的坯片，然后将坯片逐次轧压至0.5-1mm；(3)干燥：将步骤(2)所得坯片室温下干燥至恒重；(4)冲片：将步骤(3)中干燥后的坯片冲压，得生坯片；(5)排胶、烧结：将步骤(4)所得生坯片以1-3℃/min的速度升温至800-1000℃，保温，然后以3-6℃/min的速度降温至20-30℃，随后将其置于1300-1400℃条件下保温，制得。采取上述方案所产生的有益效果为：将氧化钇稳定氧化锆粉末通过水基粘结剂进行混匀，可降低有机溶剂对环境的污染，提高环境的友好性，而且，水基粘结剂的价格更低，使得成本得到控制。将氧化钇稳定氧化锆依次经过练泥、轧片、干燥、冲片后，形成内部材料均一的生坯片，将生坯片以合适的速度缓慢升温的过程中，既够促进坯片内粘结剂和增塑剂的排出，又可防止坯片出现变形，提高坯片的成型率，800-1000℃保温的过程中，可进一步促进坯片内的粘结剂和增塑剂分解排出，粘结剂和增塑剂逐渐分解排出的过程中，坯片内初步形成孔状结构，为后续形成多孔结构奠定基础；继续以合适的速度降温的过程中，可进一步促进剩余粘结剂和增塑剂排出，同时，降温的过程中可形成的多孔结构，合适的降温速度可避免坯片出现炸裂的问题，提高坯片的质量；最后将坯片在1300-1400℃条件下保温的过程中，使得坯片内形成较小孔隙的颗粒被烧结为一体，将小孔隙被烧实，保留较大的孔隙，进而提高形成的孔隙率以及孔隙的均匀性。进一步地，步骤(1)中粘接剂溶液的重量占氧化钇稳定氧化锆粉末重量的74％。采取上述方案所产生的有益效果为：将氧化钇稳定氧化锆和粘结剂水溶液以合适的比例混合，即可保证混合的均匀性，又能减少后续炼泥的时间，缩短制备时间。进一步地，步骤(1)中所述粘结剂水溶液的制备方法如下：用60～90℃的热水将甲基纤维素溶解，然后向其中加入1/3倍热水体积的冷水，拌匀冷却至室温，向其中加入增塑剂，拌匀，制得。采取上述方案所产生的有益效果为：热水可促进甲基纤维素融化成凝胶状，加速融化时间，再向其中加入冷水的过程中，可加速凝胶降温，凝胶降温后溶解在水体中，形成溶液，然后再向其中加入增塑剂时，可加快增塑剂的溶解速度，该种配置方法可进一步缩短粘结剂的配置时间，降低能量消耗。进一步地，步骤(1)中所述粘结剂水溶液中水、甲基纤维素和增塑剂的重量比为100:1-36:15-65。进一步地，步骤(1)中所述粘结剂水溶液中水、甲基纤维素和增塑剂的重量比为100:27:40。采取上述方案所产生的有益效果为：合适比例的粘结剂和增塑剂可提高粉末混合效果，提高制得泥块的强度和可塑性。由于甲基纤维素的平均分子量较大，加入适量的甲基纤维素后，其在氧化钇稳定氧化锆粉体之间占据的空间增大，当经过高温烧结后，粘结剂分解，便会产生大量的孔隙，形成多孔结构，进而实现在不加造孔剂的情况下制得孔隙率较高的结构，但是，甲基纤维素的添加量应适中，量过多，导致坯体内的固含物含量降低，坯体内的孔隙率过大，坯体的强度降低，量过少，也不能满足成孔的需求，导致孔隙过少，孔隙率降低。进一步地，甲基纤维素型号为400或1500。进一步地，甲基纤维素型号为1500。进一步地，增塑剂为聚乙烯醇、甘油、聚乙二醇和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或多种。采取上述方案所产生的有益效果为：合适的增塑剂可提高可塑性，缩短轧片的时间。进一步地，步骤(1)中所得泥块的固含量为57％。采取上述方案所产生的有益效果为：固含物含量较低时，泥块可塑性过强，轧片后坯体容易变形，固含物含量过高，泥块可塑性过低，不利于轧片成型。进一步地，步骤(5)中于800-1000℃条件下保温时间为1-3h，于1300-1400℃条件下保温时间为3-5h。进一步地，步骤(5)中生坯片以1℃/min的速度升温至900℃，保温1h，然后以5℃/min的速度降温至25℃，再将其置于1300℃条件下保温5h，制得。采取上述方案所产生的有益效果为：升温到800-1000℃并保温1-3h，可促进粘结剂和增塑剂排出，促进坯体内孔隙形成；在1300-1400℃条件下保温3-5h，可避免颗粒变形过大，避免形成的孔隙率过大。本专利技术所产生的有益效果为：1、按照本专利技术中的制备方法具有操作简单便捷、生产周期短、生产成本低、成品率高和孔隙率高的优点，适合于进行大规模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔氧化钇稳定氧化锆水基轧膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)炼泥：向氧化钇稳定氧化锆粉末中加入占其重量40-100％的粘结剂水溶液，搅拌混匀，然后将混合物进行挤压炼泥，得泥块；/n(2)轧片：将步骤(1)中的泥块不断轧压得表面光滑平整的坯片，然后将坯片逐次轧压至0.5-1mm；/n(3)干燥：将步骤(2)所得坯片室温下干燥至恒重；/n(4)冲片：将步骤(3)中干燥后的坯片冲压，得生坯片；/n(5)排胶、烧结：将步骤(4)所得生坯片以1-3℃/min的速度升温至800-1000℃，保温，然后以3-6℃/min的速度降温至20-30℃，随后将其置于1300-1400℃条件下保温，制得。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔氧化钇稳定氧化锆水基轧膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)炼泥：向氧化钇稳定氧化锆粉末中加入占其重量40-100％的粘结剂水溶液，搅拌混匀，然后将混合物进行挤压炼泥，得泥块；
(2)轧片：将步骤(1)中的泥块不断轧压得表面光滑平整的坯片，然后将坯片逐次轧压至0.5-1mm；
(3)干燥：将步骤(2)所得坯片室温下干燥至恒重；
(4)冲片：将步骤(3)中干燥后的坯片冲压，得生坯片；
(5)排胶、烧结：将步骤(4)所得生坯片以1-3℃/min的速度升温至800-1000℃，保温，然后以3-6℃/min的速度降温至20-30℃，随后将其置于1300-1400℃条件下保温，制得。


2.如权利要求1所述的多孔氧化钇稳定氧化锆水基轧膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中粘接剂溶液的重量占氧化钇稳定氧化锆粉末重量的74％。


3.如权利要求1所述的多孔氧化钇稳定氧化锆水基轧膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述粘结剂水溶液的制备方法如下：用60～90℃的热水将甲基纤维素溶解，然后向其中加入1/3倍热水体积的冷水，拌匀冷却至室温，向其中加入增塑剂，拌匀，制得。


4.如权利要求3所述的多孔氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建军，姜彩荣，张博文，陈立峰，陈玮晟，
申请(专利权)人：四川川油天然气科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51