一种复合玻璃粉及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于燃料电池技术领域，特别涉及一种复合玻璃粉及其制备方法和应用。一种复合玻璃粉包括核和包覆核的壳层；核的材料包括玻璃粉A，壳层的材料包括玻璃粉B；核的软化温度高于壳层的软化温度；核的尺寸为7

【技术实现步骤摘要】
一种复合玻璃粉及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于燃料电池
，特别涉及一种复合玻璃粉及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]燃料电池以发电效率高、可靠性强等特点而被广泛应用于生产、生活中。其中，固体氧化物燃料电池(SOFC)由于其燃料选取范围广、燃气利用率高、燃烧产物无污染性等优点，而成为应用前景最为广泛的燃料电池，且已成为未来高效、环保发电技术的优选对象。
[0003]对于SOFC而言，燃气泄漏会导致电池使用寿命及可靠性大幅降低，严重时会引起电池失效甚至发生爆炸，因此SOFC的密封问题一直是SOFC性能提升的主要研究方向之一。特别是具有三明治结构的平板式SOFC，其阳极
‑
电解质
‑
阴极需要与两侧的连接体通过封接材料连接，防止阳极与阴极气体泄漏，保证组件之间的绝对绝缘，从而起到密封效果，在高温氧化和还原的气氛中满足长时间循环而不泄漏。在现有技术中常使用封接玻璃烧结的方式进行密封处理，但在烧结过程中，受到粉体粒径及分散性等因素的干扰，烧结后的封接层厚度难以控制，薄层区域在热循环的工作条件下容易出现裂纹，导致气体泄漏等问题；此外，封接玻璃层中所析出的晶相多样，可控性差，且对于具有特殊结构设计的SOFC进行封接时，在部分区域容易出现温度场不稳定的现象，使玻璃粉烧结过度、内部应力增大，从而导致封接层开裂，SOFC的使用寿命降低。
[0004]因此，亟需提供一种复合玻璃粉，该复合玻璃粉密封性能好、可控性强，可满足SOFC的封接需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。本专利技术提供一种复合玻璃粉，该复合玻璃粉密封性能好、可控性强，可满足SOFC的封接需求。
[0006]本专利技术的专利技术构思：本专利技术采用核壳结构的球状复合玻璃粉，复合玻璃粉包括核和包覆所述核的壳层；核的材料包括玻璃粉A，壳层的材料包括玻璃粉B；玻璃粉A的软化温度高于玻璃粉B的软化温度，所以核的软化温度较高，壳层的软化温度较低；壳层的低软化温度的玻璃粉B起到均匀分散的作用，即在高温下壳层先软化形成液相，使内部被包覆的高软化温度的玻璃粉A可均匀分布在需要封接的器件的相应部位，从而获得良好的密封效果；而高软化温度的玻璃粉A间的间隙由于毛细效应将低软化温度的玻璃粉B牢固地固定在高软化温度的玻璃粉A中，防止低软化温度的玻璃粉B由于流动性而在封接层底部集中沉积，进而使封接层的玻璃相均匀分布，防止由于玻璃相分层导致的烧结裂纹；同时，玻璃粉A与玻璃粉B采用本专利技术特定的添加量可以实现对晶体尺寸的可控性调节，避免单一粉体尺寸过大导致过度析出，保证形成稳定的、密封性良好的封接层。
[0007]因此，本专利技术的第一方面提供一种复合玻璃粉。
[0008]具体的，一种复合玻璃粉，所述复合玻璃粉包括核和包覆所述核的壳层；所述核的
材料包括玻璃粉A，所述壳层的材料包括玻璃粉B；
[0009]所述核的软化温度高于所述壳层的软化温度；
[0010]所述核的尺寸为7
‑
20μm；所述壳层的厚度为2
‑
4μm；
[0011]所述复合玻璃粉中，所述玻璃粉A和所述玻璃粉B的质量百分数分别为70
‑
95％和5
‑
30％。
[0012]具体的，当玻璃粉A(即核)质量百分数占比过大时，相应的玻璃粉B(即壳层)质量百分数占比会过小，难以形成均匀的包裹结构，高熔点含量占比大时制得复合玻璃粉的热膨胀系数偏小，并且在熔融使用时，制得的复合玻璃粉体会因低软化温度的玻璃粉B的含量过少不足以填充密堆积间的空隙，造成密封性能下降；当玻璃粉A(即核)质量百分数占比过小时，相应的低软化温度的玻璃粉B(即壳层)占比过大，低软化点的玻璃粉B沉积到下界面处，造成复合玻璃粉出现“分层”现象，严重影响封接层的密封性，此外，玻璃粉A含量过低还会使得热膨胀系数过大，导致在与封接器件的接触界面处产生烧结裂纹，进一步导致封接层的强度下降。
[0013]优选的，所述核的软化温度为750
‑
880℃；所述壳层的软化温度为600
‑
700℃。
[0014]优选的，所述核的析晶温度为780
‑
940℃；所述壳层的析晶温度为720
‑
780℃。
[0015]优选的，所述复合玻璃粉中，所述玻璃粉A和所述玻璃粉B的质量百分数分别为85
‑
92％和8
‑
15％。
[0016]优选的，所述核的尺寸为11
‑
16μm。
[0017]优选的，所述复合玻璃粉的粒径为9
‑
24μm。
[0018]进一步优选的，所述复合玻璃粉的粒径13
‑
20μm。
[0019]具体的，玻璃粉A的粒径或复合玻璃粉的粒径过大时，难以实现最大密堆积，粉体之间的间隙过大，封接层在烧结过程中由于填充不致密而出现气孔，甚至器件在长期运行后气孔连通而出现严重的烧结裂纹等现象，导致封接层失效；玻璃粉A的粒径或复合玻璃粉的粒径过小时，复合玻璃粉烧结时的软化程度小、形变量低，密封性能不达标。
[0020]优选的，所述玻璃粉A为球形结构；所述复合玻璃粉为球形结构。
[0021]具体的，玻璃粉A为球形结构，是为了保证在使用低软化温度的玻璃粉B包覆后形成均匀的球状复合玻璃粉。从微观分析上来看，球状的复合玻璃粉在堆积过程中可获得最大密度堆积，减小由于堆积密度不够产生的气孔，而在高温时壳层低软化温度的玻璃相的软化会将气孔进一步填充，极大减小了封接层烧结形成的气孔率；若复合玻璃粉不为球状颗粒，则在烧结时容易导致低软化点玻璃相的富集或缺乏，从而容易出现气孔或裂纹。
[0022]优选的，按质量百分数计，所述玻璃粉A包括SiO
2 25
‑
40％、B2O
3 10
‑
25％、Al2O
3 0
‑
15％、ZrO
2 0
‑
10％、氧化物M
1 20
‑
60％、添加剂0
‑
10％；所述氧化物M1选自MgO、CaO、SrO、BaO中的至少两种；所述添加剂选自TiO2、Bi2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3中的至少一种。
[0023]优选的，按质量百分数计，所述玻璃粉B包括SiO
2 30
‑
55％、B2O
3 5
‑
20％、TiO
2 0
‑
10％、氧化物M
2 20
‑
35％、添加剂0
‑
20％；所述氧化物M2选自CaO、SrO、BaO中的至少两种；所述添加剂选自CeO2、HfO2、Gd2O3和Y2O3中至少一种。
[0024]本专利技术的第二方面提供一种本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合玻璃粉，其特征在于，所述复合玻璃粉包括核和包覆所述核的壳层；所述核的材料包括玻璃粉A，所述壳层的材料包括玻璃粉B；所述核的软化温度高于所述壳层的软化温度；所述核的尺寸为7
‑
20μm；所述壳层的厚度为2
‑
4μm；所述复合玻璃粉中，所述玻璃粉A和所述玻璃粉B的质量百分数分别为70
‑
95％和5
‑
30％。2.根据权利要求1所述的复合玻璃粉，其特征在于，所述核的软化温度为750
‑
880℃；所述壳层的软化温度为600
‑
700℃。3.根据权利要求1所述的复合玻璃粉，其特征在于，所述玻璃粉A和所述玻璃粉B的质量百分数分别为85
‑
92％和8
‑
15％。4.根据权利要求1所述的复合玻璃粉，其特征在于，按质量百分数计，所述玻璃粉A包括SiO
2 25
‑
40％、B2O
3 10
‑
25％、Al2O
3 0
‑
15％、ZrO
2 0
‑
10％、氧化物M
1 20
‑
60％、添加剂0
‑
10％；所述氧化物M1选自MgO、CaO、SrO、BaO中的至少两种；所述添加剂选自TiO2、Bi2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3中的至少一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈烁烁，邱基华，简冠平，
申请(专利权)人：深圳三环电子有限公司，
类型：发明
国别省市：