一种玻璃及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及玻璃生产的技术领域，尤其涉及一种玻璃及其制备方法与应用。本发明专利技术玻璃包括以下重量百分比的组分：CaO 20％‑50％、MgO 10％‑40％、SiO

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃及其制备方法与应用
本专利技术涉及玻璃生产的
，尤其涉及一种玻璃及其制备方法与应用。
技术介绍
在固体氧化物燃料电池(SOFC)的使用过程中，电池工作温度发生较大变化，现有的封接玻璃的热膨胀系数较小，因此封接玻璃和电池的连接体之间的膨胀系数容易发生失配，从而容易发生泄漏。在SOFC中，一般会在封接玻璃与电池连接体之间设置釉层玻璃层，起到保护连接体金属基体的作用，提高连接体的抗氧化性能，同时也能提高封接玻璃与连接体之间的结合力，但由于釉层玻璃需要先烧结在连接体上，烧结温度较高，烧结后需要形成一个宏观表面平滑但微观粗糙的面，为后续封接玻璃的封接提供足够的附着点，并且在后续封接玻璃低温烧结后不会发生物相变化，因此目前采用的釉层玻璃都是析晶温度较高的玻璃，与封接玻璃的种类不同。由于釉层玻璃与封接玻璃的种类不同，在制备过程中会产生比较明显的两相界面，导致封接强度变低，而且会产生不同元素的渗透，降低封接玻璃的稳定性。日本电气硝子株式会社专利CN103987673B通过调配析晶的种类来获得高膨胀系数的封接玻璃，可得到2MgO·SiO2、BaO·2MgO·2SiO2和2SiO2·2ZnO·BaO中的1种以上的结晶；肖特公开有限公司专利CN102190440B通过调配添加物的种类来获得高膨胀系数的封接玻璃；日本山村硝子株式会社专利CN101801873B制备了SiO2-B2O3-CaO-MgO-ZrO2体系的封接玻璃。现有专利提到的配方虽然可以获得高膨胀系数的封接玻璃，但仍然存在以下缺点：(1)析晶的种类不能控制，虽然会得到许多高膨胀系数的晶相，但这些晶相的膨胀系数不能控制在一个很窄的范围内，容易产生封接玻璃、连接体和釉层玻璃之间热膨胀系数不匹配的情况；(2)不能通过玻璃配方控制玻璃相和陶瓷相的比例，玻璃相具有减少气孔率和增加韧性的作用，但膨胀系数低，陶瓷相具有高膨胀系数，但韧性不足，如果不能控制好两者之间的比例，就会出现某一项性能的缺失。如果玻璃相比例过高，一方面会造成热膨胀系数变低，无法满足高膨胀系数的需求，造成封接玻璃、连接体和釉层玻璃之间热膨胀系数的失配，另一方面玻璃相比例较多会随着电堆的运行出现玻璃相向陶瓷相转变，这种转变会伴随体积收缩，这种收缩会造成内部出现缺陷，使封接玻璃的强度变差，容易造成泄漏；陶瓷相与玻璃相相比韧性较差，抗热冲击性能不好，电堆需要在高温条件下运行，在低温到高温运行的时候会产生比较大的热冲击，如果陶瓷相比例过高，这种应力无法快速释放，会使内部出现很大的压应力，造成内部崩坏，出现泄漏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种玻璃及其制备方法与应用，本专利技术的玻璃热膨胀系数较大且长时间在高温下运行膨胀系数稳定，可保证电池的稳定可靠运行。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：提供一种玻璃，所述玻璃包括以下重量百分比的组分：CaO20％-50％、MgO10％-40％、SiO210％-40％、B2O31％-30％、ZrO20-5％、Al2O30-5％、La2O30-5％。本专利技术玻璃中不需要添加Na和K，且MgO和CaO在高温下不易挥发，从而可以避免高温条件下Na和K的挥发导致的玻璃的性能不稳定，使得上述玻璃化学稳定性较好，避免因此导致的电池电化学性能的衰减；本专利技术玻璃无需加入Ba元素，从而避免高温条件下玻璃中的Ba与连接体和盖板中的Cr元素发生反应生成具有很高热膨胀系数的BaCrO4，导致电池发生泄漏。本专利技术的玻璃中，CaO的加入使析晶陶瓷相的膨胀系数提高，有利于与膨胀系数较高的连接体相匹配；MgO是形成CaO-MgO-SiO2-B2O3晶体的必须组分，有利于提高玻璃的耐热稳定性；SiO2对于玻璃的熔制非常重要，加入会使玻璃的熔制温度降低，也有利于改善玻璃的气孔率；B2O3是熔制玻璃必须的，它的加入会提高玻璃熔制时的流动性，在封接过程中可以提高流平性。本专利技术的玻璃中，CaO质量百分比为20％-50％，CaO加入量过低会导致玻璃的析出的结晶量偏低，玻璃相增多，在电堆的使用过程中会出现玻璃析晶转换，使玻璃稳定性变差，CaO加入量过高会使析晶的温度升高，高温析晶会造成其它部件的损坏；MgO质量百分比为10％-40％，MgO加入量过低无法析出CaO-MgO-SiO2-B2O3的晶体，使膨胀系数变低，无法与连接体、电解质、阴极、阳极匹配，加入量过高，会导致析出的晶体的耐水性变差，长时间使用会出现渗漏；SiO2质量百分比为10％-40％，SiO2加入量过低，会使玻璃的熔制温度增高，使熔制变得困难，而且在使用中会出现较多的气孔，使封接强度降低，SiO2加入量过高会使析晶困难；B2O3质量百分比为1％-30％，B2O3加入量过低，使玻璃封接时的流动性不足，难以压缩，B2O3加入量过高，在电堆运行使用时，会出现大量挥发，B2O3属于网络形成体，是稳定玻璃的主成分之一，如果过量挥发会使玻璃内部的网络结构破坏，造成玻璃内部出现缺陷，这种缺陷可能会导致电堆泄漏；ZrO2质量百分比为0-5％，ZrO2加入量过高会使玻璃析出其它晶相物质如CaZrO3，MgZrO3，使玻璃的封接效果变差；Al2O3质量百分比为0-5％，Al2O3加入量过高会使玻璃的粘性过大，造成流平性变差；La2O3质量百分比为0-5％，La2O3加入量过高，会使析晶相增加，使玻璃变脆，抗冲击性能变差。作为本专利技术所述玻璃的优选实施方式，所述玻璃包括以下重量百分比的组分：CaO30％-40％、MgO20％-30％、SiO220％-30％、B2O310％-20％、ZrO20.5-2％、Al2O30.5-2％、La2O30.5-2％。通过对玻璃配方的优化，可以在使用中产生Ca2Si，Ca2MgO7Si2，CaSi2O5，Mg2B2O5，MgSiO3的CaO-MgO-SiO2-B2O3析晶相，析晶相具有高膨胀系数，且膨胀系数稳定，可以满足玻璃的封接需求。组分Al2O3有利于提高玻璃与连接体之间的粘性，提高玻璃与基材之间的结合力；La2O3是用于调节析晶相和玻璃相之间的比例，可以提高微晶玻璃的稳定性；玻璃体系属于碱金属玻璃体系，SiO2玻璃的网络连接体结构是[SiO4]硅氧四面体作为主成分(还有[BO3]硼氧三角体)，网络的连接程度(主要是[SiO4]硅氧四面体)对玻璃的析晶有很大的影响，加入的碱金属会促使这种结构破坏，产生结晶，加入La2O3作为网络体外离子体氧化物会使网络连接体重新连接，使析晶量减少，起到调节的作用；ZrO2可以使析晶变得容易，提高玻璃的耐湿性，可以提高固化玻璃的封接强度。本专利技术提供所述玻璃的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将所述组分均匀混合后，加热熔融，保温至澄清无气泡后水淬，破碎研磨后得到。作为本专利技术所述的制备方法的优选实施方式，所述加热熔融的温度为1000-1600℃。作为本专利技术所述的制备方法的优选实施方式，所述保温的时间为0.5-4小时。本专利技术提供所述玻璃在制备封接玻璃或釉层玻璃中的应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃，其特征在于，所述玻璃包括以下重量百分比的组分：CaO 20％-50％、MgO10％-40％、SiO

【技术特征摘要】
1.一种玻璃，其特征在于，所述玻璃包括以下重量百分比的组分：CaO20％-50％、MgO10％-40％、SiO210％-40％、B2O31％-30％、ZrO20-5％、Al2O30-5％、La2O30-5％。


2.根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃包括以下重量百分比的组分：CaO30％-40％、MgO20％-30％、SiO220％-30％、B2O310％-20％、ZrO20.5-2％、Al2O30.5-2％、La2O30.5-2％。


3.权利要求1-2任一所述玻璃的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈烁烁，邱基华，孙健，
申请(专利权)人：潮州三环集团股份有限公司，深圳三环电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44