一种烧结的电解质片材，其包括：厚度不大于４５微米的主体，以及激光切削加工的特征，所述特征具有至少一个烧蚀至少１０％的边缘表面。一种对所述电解质片材进行微切削加工的方法，所述方法包括以下步骤：（ｉ）负载烧结的电解质片材；（ｉｉ）用激光对所述片材进行微切削加工，所述激光的波长小于２微米，能量密度小于２００焦／厘米↑［２］，重复频率（ＲＲ）为３０赫兹至１兆赫，切割速度优选超过３０毫米／秒。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微切削加工的电解质片材，使用该电解质片材的燃料电池器件，以及用于制造燃料电池器件的微切削加工法
技术介绍
专利
本专利技术一般涉及陶瓷电解质和使用该电解质的燃料电池器件，并涉及电解质片材的激光微切削加工，以及电解质负载的多电池(electrolyte supported multi-cell)固体氧化物燃料电池器件。
技术介绍
本专利技术涉及通过对固体氧化物燃料电池电解质片材进行激光加工形成 的制品，以及电解质负载的氧化物固体燃料电池和燃料电池器件的制造。结合有挠性陶瓷电解质片材的固体氧化物燃料电池器件是已知的。在 这样的燃料电池器件中，人们经常将一个或多个电解质片材负载在外壳之 内、框架之上，或者-一对安装组件之间，所述安装组件可能是框架或总管。 所述电解质片材可以采用多电池或者单独电池的设计。-种常规的方法使用由单独电池设计组成的燃料电池器件，其中所述 燃料电池中最厚的部件是阳极层。该阳极层同时作为载体和催化剂，厚度 可以约为100-1000微米，经常由镍和用氧化钇稳定化的氧化锆的复合体形 成。该单独电池还包括覆盖所述阳极层的薄电解质层，以及覆盖所述电解质 的阴极层。在多电池设计中，例如在转让给康宁有限公司(Corning Inco卬orated)的 美国专利第6,623,881号中所揭示的设计中，所述燃料电池器件包括薄陶瓷 片(例如用氧化钇(￥203)掺杂的氧化锆)形式的电解质片材。基于氧化锆的电 解质片材的厚度可以为20-30微米。通常，所述掺杂的氧化锆电解质片材 负载多个电池，每个电池由位于所述掺杂的氧化锆片材的任意侧的阳极层 和阴极层形成。所述预烧结的电解质薄片可以负载单独的阳极-阴极对，从 4而形成一个电池器件，或者在共同的电解质基片上制造多个阳极和阴极以 及多个电池，经由导电通孔连接器(通孔)通过电解质片材的厚度将其互连起来。为了避免电解质片材发生断裂，燃料电池器件的制造方法通常在电解 质片材处于未烧制状态的情况下用机械穿孔法穿出通孔，并用机械切削法 对器件边缘进行切削。对未烧制的陶瓷电解质片材进行机械穿孔的方法需 要预测特定电解质批料在特定加热炉条件下的烧结收縮。如果预测失误， 穿出的通孔在烧结之后会不能对齐。在穿孔和切割之后，对电解质进行烧 制，由于脱离和烧结工艺，所述电解质通常会发生15-30%的线性收縮。较 大的电解质片材在收縮数值方面需要更高的精确率，以保持器件制造所需 的容差，尤其是对于多电池器件。例如，当烧结状态下电解质长度为50厘米、通孔位置容差为+/- 200微米时，相当于预期电解质收縮优于+/-0.05%。 对未烧制的电解质的机械穿孔和切割对制造速度、特征尺寸、起皱和产生 的边缘质量带来了限制。另外，对未烧制状态的部件的机械加工需要精确 地预测部件收縮，以保持尺寸容差。要以所需的精确性进行这种预测是非 常困难的，必须牺牲实际的器件进行测试。人们已知通常用激光对厚陶瓷进行激光微切削加工。可以对厚度等于 或大于250微米的大块陶瓷片进行切割加工，但是不能用于对厚度小于50 微米的电解质薄膜进行切割加工。当通过机械方式对基于氧化锆的烧结电 解质薄(小于50微米)片材进行切割和/或钻孔的时候，由于会形成裂纹，这 些薄片是很脆弱的。在美国专利第6,270,601号中描述了在用于电子部件的烧结陶瓷基片 中形成通孔的方法。该专利揭示了对厚度为3-60密耳(76.2-1524微米)的厚 烧结陶瓷基片进行机械钻孔或激光钻孔。该参考文献揭示了可以使用co2 激光器或准分子激光器系统对烧结的陶瓷片进行激光钻孔。该文献并未详 细描述如何在烧结的电解质片材中进行激光机械切削。申请人试图使用 C02激光器对氧化锆陶瓷电解质薄片进行钻孔，但是由于热效应会产生大 量的裂纹，这种工艺不够成功。美国专利第6,270,601号也没有讲述如何使 用准分子激光器成功地对电解质片材进行切割或钻孔。美国专利公报第2002/0012825号描述了一种燃料电池电解质片材，其 表面上具有微切削加工的三维特征(feature)。该申请并未讲述或提出可以在 烧结之后对电解质片材进行激光切削加工。欧洲专利第EP 1063212B1号描述了制造厚度大于50微米的平坦电解 质的现有技术的努力，但是造成了波动或凹痕以及边缘毛口。该参考文献 揭示了在烧结过程中将电解质片材叠置起来，从而将波动和凹痕的高度限 制在IOO微米以下。该参考文献描述了当对氧化锆片材和其它陶瓷片材施 加弯曲方向的外力的时候，这些片材是很脆的。相反地，由挠性薄电解质 形成的燃料电池可以耐受显著的弯曲而不发生破坏。但是，在烧结的时候， 它们也会产生边缘毛口，所述偏远毛口会产生应力，当对毛口进行平坦化的 时候，片材会发生断裂。专利技术概述本专利技术对烧结的电解质片材和燃料电池器件进行激光微切削加工，从 而将电解质片材和/或燃料电池器件部件切削成一定尺寸，对烧结的电解质 片材边缘或燃料电池器件边缘进行修整，以及/或者提供通孔和表面改良或图案。根据本专利技术的一个方面，烧结的电解质片材包括:厚度不大于45微米 的主体，以及激光切削加工的特征，所述特征具有至少一个烧蚀至少10% 的边缘表面。根据一个实施方式，所述边缘表面具有大于50%的破碎和小 于50%的烧蚀。根据本专利技术的一个实施方式， 一种对电解质片材进行微切削加工的方 法包括:(i)负载烧结的电解质片材；(ii)用激光对所述电解质片材进行微切削 加工，其中，所述激光的波长小于2微米，能量密度小于200焦/厘米2，重 复频率(RR)为30-200千赫。较佳的是，所述切削速度大于30毫米/秒。较 佳的是，所述激光的波长小于400纳米，重复频率(RR)为30-200千赫。在 -些实施方式中，激光的能量密度小于30焦/厘米2。根据一些实施方式， 所述激光微切削加工法将烧蚀和自发破裂(自发破碎)结合成同时发生，提高 了切削速度能力。根据一些实施方式，所述激光是n激光(脉冲宽度〈1微秒,例如为1-100纳秒)。根据一些实施方式，所述激光是355纳米的激光。所述方法可以用来通过对电解质负载的多电池燃料电池器件进行激光微切削加工而形成特征，可以用来制造挠性电解质负载的SOFC器件。如上 所述，该方法可以用来对厚度小于45微米的固体氧化物燃料电池电解质进 行切削、整形和钻孔，由此可以得到新的设计，得到新的燃料电池器件的 制造方法。本专利技术的一个优点在于，通过本专利技术有利于制造新的燃料电池设计, 并且/或者能够有利地提高现有燃料电池器件的生产率和/或强度。更具体来 说，本专利技术带来的速度、定位精确性、以及电解质片材边缘质量的提高， 可以使得器件设计、加工具有更高的灵活性，可以提高电解质片材的边缘强 度。较佳的是，所述激光微切削加工的区域的表面糙度小于0.5微米均方根， 更优选小于0.4微米均方根。较佳的是，所述表面的峰-谷糙度小于5.5微 米，或者Ra表面糙度小于0.3微米。还可以在制造工艺过程中的各种时间 对燃料电池器件进行钻孔、切削或微切削加工，制得具有独特特性的燃料 电池器件，例如复杂的周边形状或通孔图案，位于电解质边缘上的电极或其 它层，以及厚度小于5微米的薄电解质区域。该微切削加工工艺可以在电 解质烧结处理之后的任意所需时间进行，使得器件本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种烧结的电解质片材，其包括：厚度不大于４５微米的主体，以及至少一个激光切削加工的特征，所述特征具有至少一个烧蚀至少１０％的边缘表面。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：WC班尼乔，SM加纳，TD凯查姆，X李，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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