一种微晶玻璃材料及其制备方法与应用技术

本申请公开了一种微晶玻璃材料及其制备方法与应用，属于燃料电池领域。本申请通过调控微晶玻璃材料中主体部和连接部中Ra1元素、Ra2元素、Al元素和M元素的元素质量比，以及调控主体部和连接部中Ra1元素和Ra2元素、Ra1元素和B元素、Al元素和M元素、Si元素和Re元素的元素质量比，使主体部具有一定的强度，连接部具有较好的热应力；所述微晶玻璃材料制得的连接部件具有高温密封绝缘特性，高温力学特性较好，即使在长期高温的工况下运行，也未发生性能不良等情况，长时间运行未出现点泄漏的问题；采用本申请所述微晶玻璃材料制得的连接部件为燃料电池系统的商业化应用提供了技术支撑。撑。撑。

【技术实现步骤摘要】
一种微晶玻璃材料及其制备方法与应用


[0001]本申请属于燃料电池领域，具体涉及一种微晶玻璃材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。所述装置通过电化学反应把燃料化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此具有较高的效率。
[0003]燃料电池包括磷酸燃料电池、碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池和直接甲醇燃料电池，这些燃料电池的工作原理相同，且上述燃料电池发电系统中通常含有两个及以上电堆，各电堆之间需要通过管件进行连接及输送气体；因此，各电堆之间的连接管件必须具备良好的密封性能和绝缘特性，以防止工作过程中出现电堆正极和负极间的短路，同时，为满足部分型号的燃料电池在高温下工作的特性，连接管件也要具有长时间在高温(600
‑
800℃)使用工况下接合区域不产生微裂、漏气的特性。
[0004]针对上述燃料电池各电堆之间连接管件的性能要求，寻找一种在高温下力学性能较好的密封绝缘的连接部件是目前燃料电池领域研究的重点。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种微晶玻璃材料及其制备方法与应用，所述微晶玻璃材料制得的连接部件密封绝缘，且将其应用于燃料电池中可具有较好的高温力学性能，在长期高温的工况下运行，均不会发生性能不良和点泄漏的问题。
[0006]为实现上述目的，本申请采取的技术方案为：
[0007]一种微晶玻璃材料，所述微晶玻璃材料包括主体部和连接部；所述连接部和主体部均包括以下组分：碱土金属氧化物Ra1O、碱土金属氧化物Ra2O、B2O3、Al2O3、MO2、SiO2和稀土金属氧化物ReO；所述连接部与所述主体部中各元素的质量比满足以下关系：X
Ra1
:Y
Ra1
＝1
‑
1.8:1，X
Ra2
:Y
Ra2
＝0.55
‑
1:1，X
Al
:Y
Al
＝0.3
‑
5:1，X
M
:Y
M
＝0
‑
10:1；其中，Ra1和Ra2选自不同的碱土金属，M选自Ti和Zr中的至少一种，X
Ra1
、X
Ra2
、X
Al
、X
M
分别表示连接部中单位面积上Ra1、Ra2、Al、M元素的质量，Y
Ra1
、Y
Ra2
、Y
Al
、Y
M
分别表示主体部中单位面积上Ra1、Ra2、Al、M元素的质量。
[0008]微晶玻璃材料常被用作金属
‑
金属、金属
‑
陶瓷和陶瓷
‑
陶瓷等的密封材料；微晶玻璃材料与玻璃相比，可提供更高的使用温度、更优越的机械性能和耐腐蚀性，还具有非常宽范围的热膨胀系数(CTE)。
[0009]专利技术人发现，由于本专利技术中Ra1元素和Ra2元素均为主体部和连接部的主要元素，控制主体部和连接部中Ra1元素和Ra2元素的质量比在上述范围内，可以确保连接部和主体部体系的一致性，可保证所述微晶玻璃材料在后续烧结和使用过程中的匹配性更好，避免因各部分热应力不同导致使用过程中出现性能变差等问题。
[0010]专利技术人还发现，在本专利技术中，Al元素可起到稳定所述微晶玻璃材料网络结构的作用，而连接部中Al元素含量过高会导致最终微晶玻璃材料在熔制过程出现分相析晶现象，不利于微晶玻璃材料的稳定，因此需控制连接部和主体部中单位面积上Al元素的质量比在上述范围内。
[0011]专利技术人还发现，在本专利技术中，主体部是提供所述微晶玻璃材料强度的部分，M元素的含量较高有利于控制析出的物相，而连接部作为使用的窗口，物相不需要严格控制，且因为使用的要求，需要的M含量较少，因此需控制连接部和主体部中单位面积上M元素的质量比在上述范围内。
[0012]综上，Ra1元素、Ra2元素、B元素、Al元素、M元素、Si元素和Re元素均是微晶玻璃材料中析出晶相的主要元素，本专利技术通过调控微晶玻璃材料中主体部和连接部单位面积中上述元素的元素质量比，可使所述微晶玻璃材料保持较好的稳定性，使本专利技术制成的连接部件密封绝缘，且高温力学性能较好，在长期高温的工况下运行，不会发生性能不良和点泄漏的问题。
[0013]作为本申请微晶玻璃材料的优选实施方式，所述Ra1为Mg、Ca和Sr中的至少一种。
[0014]作为本申请微晶玻璃材料的优选实施方式，所述Ra2为Ca、Sr和Ba中的至少一种。
[0015]作为本申请微晶玻璃材料的优选实施方式，所述稀土金属氧化物ReO中的Re为La和Ce中的至少一种。
[0016]作为本申请微晶玻璃材料的优选实施方式，所述连接部包括以下重量百分比的组分：Ra1O 30％
‑
35％、Ra2O 20％
‑
30％、B2O
3 10％
‑
30％、Al2O
3 0
‑
0.5％、MO
20‑
1％、SiO
2 10％
‑
28％、ReO 0.5％
‑
5％，所述主体部包括以下重量百分比的组分：Ra1O 20％
‑
30％、Ra2O 30％
‑
35％、B2O
3 10％
‑
30％、Al2O
3 0
‑
5％、MO
2 0
‑
5％、SiO210％
‑
28％、ReO 0.5％
‑
5％；
[0017]作为本申请微晶玻璃材料的优选实施方式，所述连接部中，Ra1元素和Ra2元素的质量比为Ra1:Ra2＝0.8
‑
1.5:1；专利技术人通过大量实验发现，通过控制Ra1元素和Ra2元素的质量比在上述范围，可确保所述微晶玻璃材料中析出的物相大部分为含Ra1物相，使连接部保持良好的稳定性，从而增强最终制得的连接部件的高温力学性能。
[0018]作为本申请微晶玻璃材料的优选实施方式，所述连接部中，Ra1元素和B元素的质量比为Ra1:B＝1.8
‑
7:1；专利技术人通过大量实验发现，通过控制Ra1元素和B元素的元素质量比在上述范围，可确保所述微晶玻璃材料中析出的物相大部分为含Ra1物相，使连接部保持良好的稳定性，从而增强最终制得的连接部件的高温力学性能。
[0019]作为本申请微晶玻璃材料的优选实施方式，所述连接部中，Al元素和M元素的质量比为Al:M＝0
‑
4:1；专利技术人通过大量实验发现，Al元素的含量在上述范围可确保所述微晶玻璃体系的稳定性，Al元素和M元素的元素质量比在上述范围可保证所述微晶玻璃材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微晶玻璃材料，其特征在于，所述微晶玻璃材料包括主体部和连接部；所述连接部和主体部均包括以下组分：碱土金属氧化物Ra1O、碱土金属氧化物Ra2O、B2O3、Al2O3、MO2、SiO2和稀土金属氧化物ReO；所述连接部与所述主体部中各元素的质量比满足以下关系：X
Ra1
:Y
Ra1
＝1
‑
1.8:1，X
Ra2
:Y
Ra2
＝0.55
‑
1:1，X
Al
:Y
Al
＝0.3
‑
5:1，X
M
:Y
M
＝0
‑
10:1；其中，Ra1和Ra2选自不同的碱土金属，M选自Ti和Zr中的至少一种，X
Ra1
、X
Ra2
、X
Al
、X
M
分别表示连接部中单位面积上Ra1、Ra2、Al、M元素的质量，Y
Ra1
、Y
Ra2
、Y
Al
、Y
M
分别表示主体部中单位面积上Ra1、Ra2、Al、M元素的质量。2.如权利要求1所述的微晶玻璃材料，其特征在于，所述连接部中，Ra1元素和Ra2元素的质...

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