【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于陶瓷隔膜片制备工艺领域，具体涉及一种隔膜片及其制备方法。
技术介绍
1、固体氧化物燃料电池隔膜是固体氧化物燃料电池中非常重要的部件，主要是起到高温离子电导的作用。现有隔膜片的生产工艺一般包括陶瓷粉体研磨、制浆、流延、冲剪和高温烧结工序。现有陶瓷粉体的粒径一般为150-500nm，通过流延成型得到单层隔膜片，膜厚为0.15-0.5mm，烧结温度一般在1300℃以上。隔膜片的强度影响固体氧化物燃料电池使用的稳定性和寿命，是隔膜片需要考虑的一个重要性能，隔膜片的厚度越厚、强度越大，但是增加隔膜片的厚度，发电效率越低，成本越高，不利于固体氧化物燃料电池大规模商业化发展。因此，在不增加隔膜片厚度或者减小隔膜片厚度的情况下提升隔膜片的强度显得尤为重要。
2、隔膜片中的晶粒尺寸对强度影响很大，因此，为了更好控制隔膜片中的晶粒尺寸以提高隔膜片强度，现有工艺主要通过使用小粒径的二氧化锆粉作为原料进行生产。然而，二氧化锆粉粒径越小比表面积越大，脱泡粘度不好控制，流延容易出现开裂等质量问题；同时，粒径越小，粉体堆积越紧密，成瓷后电导率越小。
技术实现思路
1、针对上述提到的为了提升产品强度通过减小陶瓷粉粒径时容易产生流延开裂、产品电导率低的问题，本专利技术提供一种隔膜片及其制备方法，本专利技术通过交替层叠两种分别具有不同粒径的陶瓷膜，并控制排胶、烧结的工艺，实现在提升隔膜片强度的同时尽量不降低产品的电导率。
2、为实现上述目的，具体包括以下技术方案：
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4、(1)将第一陶瓷粉、溶剂和粘合剂混合，得到第一陶瓷浆料；将第二陶瓷粉、溶剂和粘合剂混合，得到第二陶瓷浆料；所述第一陶瓷粉的平均粒径为30-150nm，所述第二陶瓷粉的平均粒径为150-500nm，且所述第二陶瓷粉的平均粒径大于所述第一陶瓷粉的平均粒径；
5、(2)将所述第一陶瓷浆料和第二陶瓷浆料分别流延成型，得到第一陶瓷薄膜和第二陶瓷薄膜；
6、(3)将第一陶瓷薄膜和第二陶瓷薄膜交替层叠，得到层叠体；
7、(4)将所述层叠体进行冲剪；得到生坯；
8、(5)将所述生坯依次进行排胶、烧结，所述排胶的升温过程为：从130-170℃开始，以0.3-0.7℃/min的升温速率升至470-630℃；所述烧结的升温过程为：从470-630℃开始，以3-5℃/min的升温速率升至1100-1200℃，然后保温2.5-4h，再以1-3℃/min的升温速率升至1250-1420℃，再保温3.8-6.1h。
9、现有技术在隔膜片的制备中采用不同粒径混合的方式以期提高隔膜片的强度，但大小粒径混合容易粒径分布不均匀，导致单层的陶瓷薄膜上粒径不均一，不利于隔膜片性能的稳定性。本专利技术的方案中，通过两种大小不同的粒径的陶瓷粉体分别流延成型得到分别含有大小不同粒径的两种陶瓷薄膜，将分别含有大小不同粒径的两种陶瓷薄膜交替叠层，可以在减小粒径以提升隔膜片强度的同时，存在相对大粒径的颗粒，可降低对电导率的不良影响；因为采用了分别含有大小不同粒径的两种薄膜叠层，层与层之间收缩不一致就会出现开裂；因此，相较于常规烧结工艺，通过分析拟合分别含大小粒径膜带在不同烧结温度下的烧结速率，确定本专利技术特定的排胶、烧结工艺的温度曲线，通过排胶阶段的缓慢升温，使产品充分排胶防止排出有机物速率太快导致隔膜片出现凹凸不平的现象；同时，增加中间段快速升温，让分别含有大小不同粒径的两种薄膜叠层的收缩速率几乎相同，并且完成充分收缩，在后续的烧结过程中晶粒只会继续长大，而不会再发生较大收缩，就可以避免膜片开裂。
10、优选地，步骤(1)中，所述第一陶瓷粉包括氧化锆基陶瓷粉；所述第二陶瓷粉包括氧化锆基陶瓷粉；所述氧化锆基陶瓷粉包括氧化锆、氧化锆复合陶瓷粉、改性氧化锆中的至少一种。
11、优选地，步骤(1)中，所述溶剂各自选自甲苯、乙醇、异丙醇、正丁醇、乙酸乙酯中的至少一种。
12、优选地，步骤(1)中，所述粘合剂各自选自聚乙烯醇缩丁醛酯(pvb)、邻苯二甲酸二辛酯(dop)、邻苯二甲酸二丁酯(dbo)、邻苯二甲酸丁苄酯(bbp)、己二酸二辛脂(doa)中的至少一种。
13、优选地，步骤(1)中，所述第一陶瓷粉、溶剂和粘合剂的质量比为第一陶瓷粉：溶剂：粘合剂＝(80-120):(60-70):(7-15)。
14、优选地，步骤(1)中，所述第二陶瓷粉、溶剂和粘合剂的质量比为第二陶瓷粉：溶剂：粘合剂＝(80-120):(60-70):(7-15)。
15、优选地，所述第一陶瓷粉的平均粒径为80-140nm，所述第二陶瓷粉的平均粒径为150-300nm。
16、优选地，步骤(1)中，所述第二陶瓷粉的平均粒径和所述第一陶瓷粉的平均粒径的比值为1.2-6。
17、进一步优选地，步骤(1)中，所述第二陶瓷粉的平均粒径和所述第一陶瓷粉的平均粒径的比值为1.25-5。
18、更进一步优选，步骤(1)中，所述第二陶瓷粉的平均粒径和所述第一陶瓷粉的平均粒径的比值为1.25-1.75。
19、优选地，所述第一陶瓷粉和所述第二陶瓷粉通过研磨得到；所述研磨包括砂磨、球磨中的至少一种。
20、所述第一陶瓷粉和所述第二陶瓷粉的平均粒径使用本领域内常规的方法测量得到，具体可以通过激光衍射法、网格筛分法等测量粉体颗粒的平均粒径，常用设备如马尔文干/湿法激光粒度分析仪、纳米粒度仪等。
21、粒径差异过大时，在相同的烧结温度下收缩速率差异大，容易增加产生开裂的风险，所以叠层时两种陶瓷粉的平均粒径比值优选在1.2-6之间，进一步优选1.25-5，更进一步优选1.5-3之间，如此可以平衡烧结易开裂及导电率的问题，使得隔膜片同时保持良好的烧结性及导电性，且能进一步提高隔膜片的平整度，使得隔膜片的综合性能更优。
22、优选地，步骤(2)中，所述第一陶瓷薄膜的厚度为0.005-0.035mm；所述第二陶瓷薄膜的厚度为0.005-0.035mm。
23、优选地，步骤(2)中，所述第一陶瓷薄膜的厚度为0.01-0.03mm；所述第二陶瓷薄膜的厚度为0.01-0.03mm。
24、优选地，所述第一陶瓷薄膜和第二陶瓷薄膜的厚度相同。
25、相同规格的隔膜片，其厚度是一定的，流延膜越薄则叠层的层数越多，降低生产效率，增大了叠层和后续的工艺难度；流延膜过厚则小粒径流延容易开裂、流延困难。所以，流延膜厚在0.005～0.035mm范围内时，既可以保证生产效率，又可以提高流延薄膜的合格率，且可以进一步提高隔膜片的平整度，使得隔膜片的综合性能更优，提高产品质量。
26、优选地，步骤(3)中，所述层叠体总的层数为4-70层。
27、进一步优选地，步骤(3)中，所述层叠体总的层数为5-31层。
28、进一步优选地，步骤(3)中，以第一陶瓷薄膜和第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种隔膜片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的隔膜片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第二陶瓷粉的平均粒径和所述第一陶瓷粉的平均粒径的比值为1.2-6。
3.如权利要求2所述的隔膜片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第二陶瓷粉的平均粒径和所述第一陶瓷粉的平均粒径的比值为1.25-5。
4.如权利要求1所述的隔膜片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述第一陶瓷薄膜的厚度为0.005-0.035mm；所述第二陶瓷薄膜的厚度为0.005-0.035mm。
5.如权利要求4所述的隔膜片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述第一陶瓷薄膜的厚度为0.01-0.03mm；所述第二陶瓷薄膜的厚度为0.01-0.03mm。
6.如权利要求1所述的隔膜片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述层叠体总的层数为4-70层。
7.如权利要求6所述的隔膜片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述层叠体总的层数为奇数，在所述层叠体中所述第一陶瓷薄膜和第二陶瓷薄膜以中间层对称分布，
8.如权利要求1所述的隔膜片的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述排胶的升温过程为：从140-160℃开始，以0.4-0.6℃/min的升温速率升至490-550℃；所述烧结的升温过程为：从470-630℃开始，以3.5-4.5℃/min的升温速率升至1120-1150℃，然后保温3-3.5h，再以1.5-2.5℃/min的升温速率升至1300-1400℃，再保温4-6h。
9.如权利要求1所述的隔膜片的制备方法，其特征在于，包括如下中的至少一项：
10.权利要求1-9任意一项所述的隔膜片的制备方法制得的隔膜片。
...【技术特征摘要】
1.一种隔膜片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的隔膜片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第二陶瓷粉的平均粒径和所述第一陶瓷粉的平均粒径的比值为1.2-6。
3.如权利要求2所述的隔膜片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第二陶瓷粉的平均粒径和所述第一陶瓷粉的平均粒径的比值为1.25-5。
4.如权利要求1所述的隔膜片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述第一陶瓷薄膜的厚度为0.005-0.035mm；所述第二陶瓷薄膜的厚度为0.005-0.035mm。
5.如权利要求4所述的隔膜片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述第一陶瓷薄膜的厚度为0.01-0.03mm；所述第二陶瓷薄膜的厚度为0.01-0.03mm。
6.如权利要求1所述的隔膜片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述层...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱基华，陈烁烁，朱霨亚，
申请(专利权)人：潮州三环集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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