本发明专利技术描述一种制造包含多孔金属层和含陶瓷层的分层结构的方法，所述方法包括其中提供多孔生陶瓷层，随后将松散的金属颗粒施加到生陶瓷层然后烧结。在一个实施方案中，在施加松散金属颗粒后，使生陶瓷层干燥，以驱除溶剂，并引起金属颗粒穿透。在另一个实施方案中，可例如通过振荡从复合材料去除松散颗粒，并压缩生陶瓷/松散金属颗粒复合材料，以引起金属颗粒进一步穿透，然后烧结。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用 本PCT申请要求2010年4月9日提交的临时美国专利申请序列号61/322，361的优先权，其标题为Method of Making Electrochemical Device with Porous Metal Layer ()，该临时申请的内容全文通过引用结合到本文中，仿佛在本文中完全阐述。政府支持的声明 本文描述和要求保护的专利技术部分根据美国能源部(U. S. Department of Energy)和加州大学评议会(Regents of the University of California)关于劳伦斯伯克力国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)管理和运营的合同号 DE-AC02-05CH11231用美国能源部提供的资金作出。政府拥有本专利技术的某些权利。·
技术介绍
专利
本专利技术涉及制造包含多孔金属层和含陶瓷层的分层结构的改进方法。这些分层结构应用于高温电化学装置和过滤。
技术介绍
在本领域已知的大多数高温电化学装置包含提供机械支撑、电流收集或电化学功能性的多层。相邻层一般包含在高温焙烧期间通过化学接合、扩散接合或烧结而结合的材料。这允许多个颗粒层容易地在生态(green state)组合，即通过层压、共挤出、丝网印刷、气溶胶喷涂等。层间的明显界面是可以接受的，因为在焙烧期间层以接合方式相互作用。在烧结期间达到层间的强力接合。例如，一般的固体氧化物燃料电池(SOFC)包含Ni-YSZ阳极、YSZ电解质和LSM(亚锰酸锶镧)-YSZ阴极。所有三层含有YSZ (氧化钇稳定化的氧化锆)，因此在焙烧期间达到层间的烧结接合。期望用多孔金属为高温电化学装置提供机械支撑和电流收集。包含多孔金属的电化学装置的适合结构在US 6，605，316中提供。与主要包含陶瓷或金属陶瓷材料的电化学装置比较，使用金属降低材料成本，同时极大提高强度。尽管有这些显著益处，但结合多孔金属和电化学活性层存在额外挑战。一般在金属/陶瓷界面不存在化学接合、扩散接合和烧结接合，因此，在多孔金属和电化学活性层之间的接合依赖于机械接合(即，通过界面材料的穿透、表面粗糙度等，例如12/13/2009提交的共同拥有且同时待审的美国专利申请SN12/664，646所述)。因此，多孔金属层和相邻层之间的明显界面一般不可接受。这限制制造的容易性和适合的制造方法的选择。制造包含多孔金属的电化学装置的很多方案在本领域已知。一般，形成多孔金属结构，随后在金属结构上沉积电化学活性层，或者使金属结构结合到电化学活性层。金属结构通过蚀刻、穿孔或激光钻孔金属预型件或烧结金属粉末等预制。预制金属结构增加制造包含多孔金属的电化学装置的复杂性和花费。因此，仍需要制造包含多孔金属层和含陶瓷层(多孔或致密)的分层结构的简化、成本有效的制造途径。专利技术概述 应了解，在整个说明书中，“多孔”用于描述在焙烧后保持多孔的层，“致密”用于描述在烧结后气密的层(致密层在生态或在素烧后多孔，并且只在烧结后致密化)。“气密”描述没有连接层一侧与另一侧的开放通道的材料层。液体或气体型介质均不能在标准大气条件下穿透该层。一方面，本专利技术涉及制造包含多孔金属层和含陶瓷层的高温电化学装置的方法。该结构包含包括至少一个多孔金属层和至少一个多孔或致密含陶瓷层的金属、陶瓷或金属陶瓷的多层。通过穿透和机械锁定，多孔金属紧密接合到结构的其余部分。结构可以很薄，因此如果自立就易弯曲。在一个实施方案中，结构是对称的，这使得在烧结期间具有最小限度的扭曲。该方法包含将松散的金属颗粒施加到装置的相邻含陶瓷层上然后烧结。以此方式，金属层从不自立或自支撑。这允许制造很薄和/或很多孔的金属层。很薄和/或很多孔的金属层具有超过厚金属层的处理优势。例如，在共烧结期间，通过陶瓷或金属陶瓷层的烧结性质控制金属和相邻层的收缩。这与具有较厚金属层的相关装置相反，后者由金属层控制烧结。在金属和陶瓷/金属陶瓷烧结性质不充分匹配的情况下，这种情况可导致在烧结期间在相邻层中引起应力-裂纹。另外，由于金属不需自立，金属层中接合剂或成孔剂的需要减少或消除。这节省接合剂/成孔剂材料的成本，消除在烧结前对单独的经常慢的去结合步骤的需求，并减轻与可在含接合剂和相邻层中产生裂纹和缺陷的去结合相关的应力。此方法使得能够容易地快速制造装置，因为消除了预先形成金属层的需求。因此，此方法使得能够低成本、高产量地制造高温电化学装置。本专利技术的方法可应用于装置的平面状或管状实施方案。附图简述 在结合附图阅读时，本领域的技术人员容易从以下说明性实施方案的说明理解前述和其它方面。图I为描绘本专利技术的方法的不同步骤的工艺流程图与复合材料的示意图，该复合材料包括邻接多孔陶瓷层的致密陶瓷层，该多孔陶瓷层又用金属粉末层覆盖。 图2为显示将金属粉末施加到多孔基质的示意图，其中金属粉末具有超过一种尺寸，和/或复合层压材料根据本专利技术的另一个实施方案变化。图3描绘本专利技术的实施方案的方法，包括在制造方法中在不同阶段本专利技术的装置的示意图。图4为绘制烧结TZ3YE、TZ3YE+Y203和TZ8Y的线性百分数变化-温度的图表。图5为根据本专利技术的方法制造的置于肋拱和通道互连之间的多层电化学装置的横截面图。图6为根据本专利技术的组合件的图解，其中多层电化学装置是不平的。图7为显示根据实施例A中所示方法在带流延和金属喷撒之间用不同干燥时间制备的双层的金属和YSZ表面的一系列照片。图8为在烧结后在实施例B中形成的结构的经抛光横截面的照片。图9为在烧结后在实施例E中形成的结构的横截面照片。附图说明图10为在烧结后根据实施例F制造的结构的横截面照片。图11为根据实施例G制造的结构的横截面照片。专利技术详述 本专利技术一般设计包含多孔金属层的高温电化学装置，使得多孔金属层与包含陶瓷或金属陶瓷的相邻层接合，相邻层又可接触另外的相邻层。金属层可提供多种功能，包括装置的机械支撑；从相邻层收集电流；相邻装置之间的互连；热传导；和催化。本专利技术的方法提供制造这种装置的改进方法，所述装置包含充分接合到相邻陶瓷或金属陶瓷层的多孔金属层。在一般意义上，此方法包含将松散的金属粉末施加到预先形成的相邻生含陶瓷层的表面上。本文所用术语“粉末”是指在振荡或倾斜时可自由流动的由大量很细颗粒组成的干散固体。这与本领域已知的其中将相邻层涂敷到预先形成的金属层的很多技术形成对比。图I描绘方法的一个实施方案。此实施方案的目的是提供包含致密含陶瓷层、多孔含陶瓷层和多孔金属层的结构。致密层和多孔层一般为对装置提供功能性的陶瓷或金属陶瓷层。一种具体可用的致密层为电解质，具体可用的多孔层为电极、在较后电池制造步骤接受催化材料的电极骨架或防止金属和其它层之间反应的阻挡层。应了解，本专利技术不限于本文具体描述的层，未在本文中提到的另外层也在本专利技术的范围内。虽然将就电化学装置描述本专利技术，但应了解，所述结构具有多种应用，包括气体或液体的过滤。过滤需要多孔层， 因此省略致密含陶瓷层。多个工艺流程可利用本专利技术的方法。一些可能性描绘于图I中。应了解，在本专利技术的范围内，可将另外的步骤加到此工艺流程。例如，可在整个过程中加入成形操作，包括冲压、滚压、切割等。此工艺流程可应用于分批或连续操作，并且可应本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：MC塔克，CP雅各布森，
申请(专利权)人：加州大学评议会，
类型：
国别省市：
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