冷均匀压制法制造技术

一种冷均匀压制方法，其中在一个均匀压制模具（１）内形成两层或更多层材料（１０，１８）。其中的一层由带式铸型薄膜（１０）组成。这些层在均匀压制模具（１）内均匀压制，从而层压这些层（１０，１８）并压紧带式铸型薄膜（１０）。均匀压制模具（１）是圆筒形构造的，所以同时层（１０，１８）是共轴圆筒形层。用于形成层（１０，１８）的材料可含有生陶瓷材料和所得的结构物可以在需要时，按已知的方法进行烧制和烧结，以产生成品复合陶瓷结构。此外，这种生陶瓷材料可以是在高温下能够传导氢或氧离子的，以与利用成品复合陶瓷结构作为陶瓷膜元件的目的一致。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
冷均匀压制法本专利技术是在能源部授予的DE-PC26-99FT 40437项下受政府支持作出的。政府享有本专利技术的某些权利。专利
本专利技术涉及一种冷均匀压制法，其中原材料在均匀压制模具内被挤压。更具体地说，本专利技术涉及一种这要的方法，在该方法中两层或多层生陶瓷材料在均匀挤压模具内层压，和其中的一层是带式铸型薄膜。尤其具体地说，本专利技术涉及这样一种方法，其中该层压层用于构成能够选择性地迁移氧离子或氢离子的陶瓷膜元件。专利技术背景冷均匀压制是用于形成滤器，结构元件和膜的一种熟知技术。在均匀压制中，将颗粒形的材料放大一个弹性均匀压制模具中挤压。该颗粒形材料可以是陶瓷或金属粉，或在陶瓷的情况下可以是陶瓷粉，粘合剂和增塑剂的混合物。然后将均匀压制模具在一个压力容器中定位，和用冷或温水给其缓慢施加流体静压，把粒形材料挤压成生形，继而，当合适时，可以烧制和烧结。适用于形成钨条的这种方法的一个实例是在U.S.P.No.5631029中公开。在此专利中细钨粉被均匀压制成钨锭。各种各样的生陶瓷已通过生陶瓷材料的均匀压制制成。均匀压制模具可以是圆筒形的，如上关于钨锭所述的，或可以压平，产生像平板样的物品。陶瓷材料的一项重要应用是制造自原料流中分离氧或氢的陶瓷膜元件。这种陶瓷材料，尽管不能渗透氧或氢，但能传导氧离子或氢离子而实现分离。实际上，陶瓷经受高温，和氧或氢在陶瓷膜的一个表面上离子化。这些离子通过膜移动并在膜的另一面重新结合而放出电子。这些电子通过陶瓷材料本身或通过用于离子化目的的独立的电通路传导。例如，一类这样的通称为混合导体的材料，能传导氧离子和电子。这些材料很适合于氧分离，因为它们可以以一种压力驱动模式运转，-->即陶瓷两个面上的氧活度差推动氧迁移。钙钛矿类如La1-xSrxCoO3-y，LaxSr1-xFeO3-y，LaxSr1-xFe1-yCoyO3-z是混合导体的实例。在高温下，这些材料含有流动的氧离子空位[Vo**]，它们提供氧离子通过该材料迁移的传导位点，氧离子选择性地迁移和因此可充当一个对氧有无限选择性的膜。氧的迁移涉及如下的化学反应：表面反应在电解质内的零反应氧离子消除了电解质中高流动的氧离子空位。为了使这个反应进行必须提供电子(并在膜的另一侧除去)。横跨该膜的氧分压差引起一个称作能斯特电位的电动势(emf)，其由下式给出：        V＝(RT/zF)ln(Po2，2/Po2，1)式中  R＝气体常数(8.314J/gmol-K)      T＝温度(K)      F＝法拉第常数(96488Coulomb/gmol)      Po2，1和Po2，2＝膜的相反两面上的氧分压      z＝一个氧分子放出的电子数，即4。能斯特电位是内在地产生的，和它驱使氧空位逆着电解质的离子电阻流动。因此薄膜是特别合乎需要的，因为理想的氧流动与膜的厚度成反比。因此，较薄的膜可导致较高的氧通量，减低的面积，较低的操作温度和较小的横跨电解质的氧压差。然而，陶瓷薄是脆的，因而必须有支撑。因此针对开发某种薄膜技术做了许多努力，这种薄膜技术包括把致密的氧迁移薄膜沉积在合适的多孔基片上。通过把致密的混合导电氧化物层沉积到一种多孔混合导电支撑物上构成的固态气体分离膜已公开在Yasutake等人的“Development ofOxygen Semipermeable Membrane Using Mixed CanductivePerovskite-Type Oxides(用混合导电钙钛矿型氧化物研制氧半透-->膜)”Jour.Ceram.Soc.Japan.International Ed.Vol.97，No.4，pp458-462，1989和Yasutake等人的“Preparation of Dense Filmof Perovskite-Type Oxide on Porous Substrate(在多孔基片上的致密钙钛矿型氧化物膜的制备)”Jour.Ceram.Soc.Japan，International Ed.，Vol.97，No.5，pp523-599，1989中。在这些参考文献中公开的较厚的多孔混合导电支撑物为薄的、较脆的致密混合导电层提供机械稳定性。在这些参考文献中，由La.6Sr.4CoO3组成的薄膜通过rf喷镀和液体悬浮喷雾沉积方法沉积在相同材料的多孔支撑物上。由喷镀产生的薄膜被证实是有裂缝的和多孔的。由液体悬浮喷雾继而在1400℃烧结制得的薄膜(厚度低于15μm)是致密的和无裂缝的。Pal等人的“Electrochemical Vapor Deposition of Yttria-Stabilized Films(氧化钇-稳定的氧化锆薄膜的电化学蒸汽沉积)”(来自第一次固体氧化物燃料电池国际专题讨论会会议文集，Vol.89-11，pp41-56，1989)公开了一种EVD方法，在该方法中氧化钇-稳定的氧化锆电解质膜沉积在一种多孔基片上。EVD是常规化学蒸汽沉积法的一种改进，它利用化学势梯度在多孔基片上逐渐形成电子或离子传导金属氧化物的薄的气体不渗透性层。该方法包括接触多孔基片一侧的金属卤化物的混合物和相反一侧上的氢和水的混合物。这些反应物扩散入基片孔中，并反应生成沉积在孔壁上的多组分金属氧化物。然而不断的沉积使孔变窄，直至最终这些孔被多组分金属氧化物堵塞。美国专利5,240,480公开了一种有机金属化学沉积法(OMCVD)来制备用作无机膜的多组分金属氧化物薄膜。这种无机膜是通过相应于每个个别金属的有机金属络合物和一种氧化剂在足以把一个薄膜沉积在多孔基片上的条件下反应生成的。EVD和OMCVD这两种方法牵涉及到昂贵和复杂的装置以及经常是有毒的和昂贵的母体材料。此外，用这些方法沉积的多组分金属氧化物(例如混合的导电钙钛矿类)的化学计量难于控制。美国专利5,494,700公开了一种含有一种金属离子和一种可聚合的有机溶剂的无沉淀水溶液，用来制造用于固体氧化物燃料电池和气体分离应用在致密/多孔基片上的致密无裂缝薄膜(＜0.5μm/涂层)。-->该方法包括首先制备一种无沉淀的起始溶液，此溶液含有溶解于包含一种可聚合有机溶剂的水性混合物中的氧化物组分的阳离子。通过旋转涂敷将母体膜沉积在基片上。沉积后在氧存在下于低于600℃的温度下干燥和煅烧，把该聚合的母体膜转变成金属氧化物膜。前述的所有技术在应用于制造管形陶瓷膜时都有局限性，因为利用这些技术难于在管形基材的内部表面上施加致密层。以溶胶、淤浆或聚合的母体液体为基础的方法的主要缺点是难于有效地涂敷大孔径的基片，尤其是当孔径大小超过20μm时。通常必须多次涂敷或采用不同的制造步骤以减少表面孔径尺寸和/或孔隙度，从而避免涂敷溶液的渗透。另外，这些技术需要在烧结时涂层和基片之间收缩的紧密配合。如将要讨论的，本专利技术提供一种在制造复合结构时有用的方法，对于制造具有内在定位的薄膜层的管形复合结构来说该法是非常经得起检验的。此外，和先前的工艺技术不同，本专利技术能够形成复合结构，其中薄膜是沉积在大孔径尺寸的基片上。从下面的讨论中本专利技术的其它优点将是显而易见的。专利技术概述本专利技术提供一种冷均匀压制方法，其中至少两层材料在均匀压制模具中被均匀挤压，因而层压至少两层和压紧至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷均匀压制法，包括： 在均匀压制模具（１）中均匀压制至少两层材料，从而层压该至少两层（１０，１８）和压紧至少两层中的至少一层（１８）； 至少两层中的一层由带式铸型薄膜１０组成。

【技术特征摘要】
US 2000-9-22 09/668,2491.一种冷均匀压制法，包括：在均匀压制模具(1)中均匀压制至少两层材料，从而层压该至少两层(10，18)和压紧至少两层中的至少一层(18)；至少两层中的一层由带式铸型薄膜10组成。2.权利要求1的方法，其中至少两层中的另一层是由粒形材料形成(18)。3.权利要求1的方法，其中该均匀压制模具(1)是圆筒形构造，和该至少两层(10，18)是共轴的圆筒形层。4.权利要求3的方法，进一步包括：通过把带式铸型薄膜(10)绕该均匀压制模具(1)的心轴(12)包裹形成至少两个共轴的圆筒形层的该一层；和通过把粒形材料(18)引入该带式铸型薄膜(10)和外部的、该均匀压制模具的圆柱形压力轴承(14)之间限定的环形空间，形成至少两个共轴的圆筒形层的另一层。5.权利要求3的方法，其中：至少两个共轴的圆筒形层的另一层是粒形材料(18)的压紧管；和至少两个共轴的圆筒形层的该一层是通过把带式铸型薄膜(26)绕该压紧管(18)包裹而形成的。6.权利要求3的方法，其中：该带式铸型薄膜(10)含有能够传导氢和氧离子之一的混合导体氧化物；和至少两个共轴的圆筒形层的另一层(18)含有微孔形成材料。7.权利要求6的方法，其中至少两个共轴的圆筒形层的另一层(18)还含有该混合导体氧化物。8.权利要求6的方法，其中至少两个共轴和圆筒形层(18)还含有另一种混合导体氧化物。9.权利要求7或8的方法，其中：至少两层之一(10)具有第一厚度约10至约200μm；和至少两层中的另一层(18)具有第二厚度约0.2至约0.5mm。10.权利要求6的方法，其中至少一种生陶瓷材料(10)是由下式给出的混合导体氧化物：AxA′x′A″x″ByB′y′B″y″O3-z，按照IUPAC采用的元素周期表，其中A，A′和A″选自1，2，3族和f-区镧系元素；而B，B′，B″选自d-区过渡金属，式中0≤x≤1，0≤x′≤1，0≤x″≤1，0≤y≤1，0≤y′≤1，0≤y″≤1，和z是一个使该化合物电荷为中性的数。11.权利要求10的方法，其中每个A，A′，A″是镁、钙、锶或钡。12.权利要求6的方法，其中至少一种生陶瓷材料(1 8)是由下式给出的混合导体氧化物：AsAtBuB′vB″wOx，式中A代表镧系元素、Y或它们的混合物，A′代表碱土金属或其混合物；B代表Fe；B′代表Cr，Ti或它们的混合物和B″代表Mn，Co，V，Ni，Cu或它们的混合物；s，t，u，v和w各代表从0-约1的一个数，s/t为约0.01至约100，u为约0.01-约1...

【专利技术属性】
技术研发人员：JC陈，VM斯塔维苏克，R普拉萨德，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]