專利名稱：一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的制備方法及其應(yīng)用；特別是涉及致 密透氧陶瓷膜件和其支撐部件間的高溫封接材料，以及高溫工作條件下的應(yīng)用。屬特種陶瓷 粘結(jié)材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
致密的陶瓷透氧膜是高溫氣體和膜催化反應(yīng)中一類重要地?zé)o機(jī)膜，在純氧制備、燃料電 池以及膜反應(yīng)器等方面有著十分誘人的應(yīng)用前景。無(wú)論對(duì)這些致密陶瓷膜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ) 表征研究還是實(shí)際的擴(kuò)大規(guī)模應(yīng)用，致密陶瓷膜與其支撐組件間的高溫封接是首先必須解決 的關(guān)鍵問(wèn)題。理想的高溫封接材料要求同時(shí)具有合適的潤(rùn)濕性、粘度、化學(xué)惰性、熱膨脹系 數(shù)和結(jié)合強(qiáng)度。目前，致密的陶瓷膜與其它組件間的高溫封接一般有三類。 一是合金封接， 如Ti-Au-Cu、 Ni-Ag-Cu，適用于膜與金屬之間的永久性封接，但合金成分的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜， 合金封接材料和陶瓷膜件間的反應(yīng)不易避免 (US Patent 5139191;J.Mater.Sci.,1997，32,653;Fuel,2006,85,156-162)。 二是金、銀和其它合金環(huán)封接，與低 溫下的膠質(zhì)"O"型圈封接相似，在高溫外加壓力下使致密陶瓷膜與膜支撐體間的金或銀片產(chǎn)生 一定量的變形實(shí)現(xiàn)封接，這類封接在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性和持久性較好，但整體的組裝設(shè)計(jì) 要求嚴(yán)格，特別是膜和支撐體接觸端面要非常平整，壓力要均勻、適量，金、銀封接環(huán)與膜 的膨脹系數(shù)差別較大，并且銀具有透氫性能，且對(duì)一些化學(xué)反應(yīng)具有催化作用，容易引起實(shí) 驗(yàn)過(guò)程的誤差，使用溫度一般不能高于900°C，也不適合陶瓷膜擴(kuò)大規(guī)模過(guò)程使用。第三類 是玻璃材料封接，利用切割成一定尺寸的玻璃環(huán)加到陶瓷膜件與其支撐體之間，在高溫下使 玻璃環(huán)軟化(或部分熔化)變型，然后降溫玻璃重新凝固實(shí)現(xiàn)連接封接。玻璃材料封接一般 使用溫度范圍較窄，而且工作溫度不能太高，并且玻璃封接材料和陶瓷膜本身的相互反應(yīng)嚴(yán) 重，影響膜件的穩(wěn)定性，在變化工作溫度時(shí)，由于膨脹系數(shù)的差別，往往會(huì)導(dǎo)致膜件的破裂。 金環(huán)、銀環(huán)以及玻璃材料的封接在致密陶瓷膜的實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究中應(yīng)用較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的制備方法及其應(yīng)用技術(shù)。 特別是一種有關(guān)致密透氧陶瓷膜與其支撐部件間的耐高溫封接材料的制備方法及其應(yīng)用。
本發(fā)明一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料，其特征在于具有以下的組成及其重量百 分比
致密透氧陶瓷材料基料 55 65%，耐熱玻璃粉(Pyres玻璃) 25 35%, 熔劑B203或Li20 4 6%， 增潤(rùn)劑NaA102或NaSi03 4 6%。
本發(fā)明一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的制備方法，其特征在于具有以下的制備 過(guò)程和步驟
a. 按上述配方稱取上述四種原料粉料，放于高效球磨機(jī)內(nèi)充分研磨和混合，得到混合均 勻的配合料；
b. 然后將上述配合料放于高溫爐內(nèi)于1150 1250。C溫度下熔燒20 40分鐘，使其熔融； 然后隨爐冷卻至室溫，取出熔塊；
c. 將上述熔塊研磨粉碎，即得到耐高溫的封按材料粉體。
一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的用途即其使用方法；其使用方法如下 將上述所制得的封接材料粉體預(yù)先壓制成一定厚度的環(huán)形填塞封接用密封片；把致密混 合導(dǎo)體透氧陶瓷膜件的膜片與其支撐件部件如剛玉管兩者間用所述密封片進(jìn)行連接封接，并 且再在所述透氧陶瓷膜件如膜片的外緣用去離子水調(diào)制的漿狀高溫封按材料進(jìn)行均勻涂覆，
然后放干爐們名熱升溫至1050°C，在此溫度下保溫10 20分鐘，然后降溫到100(TC，檢驗(yàn) 封接效果，可發(fā)現(xiàn)該耐高溫封接材料對(duì)透氧陶瓷膜膜件如膜片和其支撐體部件如剛玉管之間 的結(jié)合強(qiáng)度很高，達(dá)到使用要求。
本發(fā)明高溫封接材料是以膜材料體系為基料，配入適量的熔劑和改變濕潤(rùn)性的材料，充 分混合預(yù)燒制得。由于高溫封接材料的基本成分是膜材料成分，所以封接材料和膜件本身間 的化學(xué)惰性好， 一般不會(huì)影響膜組件的穩(wěn)定性，并且膨脹行為相近。由于陶瓷一玻璃封接可 以通過(guò)不同的材料的配比在很大范圍內(nèi)變化封接劑的潤(rùn)濕性、粘度、化學(xué)惰性、熱膨脹系數(shù) 和結(jié)合強(qiáng)度，容易滿足不同透氧膜和支撐體之間連接封接要求。既適合實(shí)驗(yàn)室內(nèi)小面積陶瓷 膜片或膜管與其支撐體間的封接，也適合放大規(guī)模條件下大面積管狀膜件和平板形膜件與其 支撐體間的封接。


圖1為本發(fā)明方法制得的耐高溫封接材料圓環(huán)形密封片在透氧陶瓷膜片與其支撐體剛玉 管之間的使用情況。
圖2為本發(fā)明方法制得的耐高溫封接材料圓環(huán)形密封片在透氧陶瓷膜管與其支撐體剛玉 管之間的使用情況。
圖3為本發(fā)明方法制得的耐高耐封接材料漿液澆注形式的使用情況。
4圖4為本發(fā)明方法制得的耐高溫封接材料矩形柜式密封件在大型手板陶瓷膜件與其支撐 體之間的使用情況。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。 實(shí)施例l
設(shè)計(jì)使用的耐高溫封接材料的組成及其重量百分比如下
致密透氧陶瓷材料基料Bao.5Sro.5Coa8Fea203-8 60%,
耐熱玻璃粉(Pyres玻璃) 30%，
熔劑B203或Li20 5%，
增潤(rùn)劑NaA102或NaSi03 5%。 制備方法如下
按上述配方稱取上述四種原料粉料，放于高效球磨機(jī)們充分研磨粉碎混合，得到混合均 勻的配合料；然后配合料放于高溫爐們于1200'C溫度下熔燒20分鐘，使其熔融；然后隨爐 冷卻至室溫，取出熔塊；然后將熔塊研磨粉碎，即得耐高溫的封接材料粉體。
本發(fā)明方法所制得的耐高溫封接材料的使用方法如下所述-使用方法之一
參見(jiàn)圖1，圖1為本發(fā)明耐高溫封接材料圓環(huán)形密封片在透氧陶瓷膜片與其支撐體剛玉 管之間的使用情況。圖1中(b)為圓環(huán)形密封片圖，(a)為在透氧陶瓷膜片2與其支撐體剛玉管 3兩者間填塞密封組裝圖。圖l(a)中的lc即為圓環(huán)形密封片，la為耐高溫封接材料的漿液涂覆層。
使用方法之二
參見(jiàn)圖2，圖2為本發(fā)明耐高溫封接材料圓環(huán)形密封片在透氧陶瓷膜片與其支撐體剛玉 管之間的使用情況。圖2中(b)為圓環(huán)形密封片圖，(a)為在透氧陶瓷膜片2與其支撐體剛玉管 3兩者間填塞密封組裝圖。圖2(a)中的lc即為圓環(huán)形密封片。 使用方法之三
參見(jiàn)圖3，圖3為本發(fā)明方法制得的耐高溫封接材料漿液澆注形式的使用情況。圖3中 較大型的透氧膜管件2與其支撐體3之間利用支撐體3頂部開(kāi)設(shè)的環(huán)形凹槽中澆注由封接材 料粉體與去離子水調(diào)制成的粘稠漿料lb作為密封部件。 使用方法之四
參見(jiàn)圖4，圖4為本發(fā)明方法制得的耐高溫封接材料所形柜式密封件在大型平板陶瓷膜件與其支撐件之間的使用情況。圖4中(b)為矩形柜式密封件圖，(a)為在大型透氧平板陶瓷膜 件2與其支撐體3兩者間的密封組裝圖。圖4(a)中的lc即為矩形柜式密封件。 對(duì)封接組裝后的透氧陶瓷膜件密封性的檢測(cè)
將透氧膜片的一側(cè)暴露于空氣，透氧膜片的另一側(cè)用純He吹掃，吹掃氣體用在線的氣 相質(zhì)譜檢測(cè)其中的氮?dú)?，在質(zhì)譜的測(cè)量精度范圍內(nèi)，檢測(cè)不到N2,封接成功。從1050。C開(kāi)始， 然后依次降溫至950°C、 900°C、 850°C、 800°C、 750°C、 70(TC和650°C。實(shí)驗(yàn)中的升降溫速 率為rC/min。每個(gè)溫度點(diǎn)保溫lh，進(jìn)行檢漏測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)漏氣。說(shuō)明高溫封接材料可以在 很廣的溫度范圍內(nèi)使用，在升降溫過(guò)程中，封接材料和透氧膜片的熱膨脹匹配較好。最后溫 度恒定到85(TC，吹掃氣體變?yōu)镠e+CH4混合氣，連續(xù)實(shí)驗(yàn)500h以上，系統(tǒng)的封接效果仍很 良好。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，膜反應(yīng)器體系隨爐自然冷卻，冷卻到室溫后，觀察透氧膜膜片表面仍然 完好，說(shuō)明從高溫緩慢冷卻到室溫，封接材料和透氧膜片間的膨脹系數(shù)一直匹配較好。高溫 封接材料和剛玉支撐管結(jié)合強(qiáng)度很高，能完全潤(rùn)濕。從封接材料和透氧膜片間的結(jié)合強(qiáng)度相 對(duì)較弱，封接材料基本沒(méi)有和透氧膜片發(fā)生深層的擴(kuò)散和反應(yīng)，因此經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間后，封接 材料對(duì)透氧膜片的穩(wěn)定性影響很小。
權(quán)利要求
1、一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料，其特征在于具有以下的組成及其重量百分比致密透氧陶瓷材料基料55～65％，耐熱玻璃粉(Pyres玻璃) 25～35％，熔劑B2O3或Li2O 4～6％，增潤(rùn)劑NaAlO2或NaSiO34～6％。
2、 一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的制備方法，其特征在于具有以下的制備過(guò)程和步 驟a. 按上述配方稱取上述四種原料粉料，放于高效球磨機(jī)內(nèi)充分研磨和混合，得到混合均 勻的配合料；b. 然后將上述配合料放于高溫爐內(nèi)于1150 1250。C溫度下熔燒20 40分鐘，使其熔融； 然后隨爐冷卻至室溫，取出熔塊；c. 將上述熔塊研磨粉碎，即得到耐高溫的封按材料粉體。
3、 一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的用途即其使用方法；其使用方法如下將上述所 制得的封接材料粉體預(yù)先壓制成一定厚度的環(huán)形填塞封接用密封片；把致密混合導(dǎo)體透氧 陶瓷膜件的膜片與其支撐件部件如剛玉管兩者間用所述密封片進(jìn)行連接封接，并且再在所 述透氧陶瓷膜件如膜片的外緣用去離子水調(diào)制的漿狀高溫封按材料進(jìn)行均勻涂覆，然后放 干爐們名熱升溫至1050'C，在此溫度下保溫10 20分鐘，然后降溫到100(TC，檢驗(yàn)封接 效果，可發(fā)現(xiàn)該耐高溫封接材料對(duì)透氧陶瓷膜膜件如膜片和其支撐體部件如剛玉管之間的 結(jié)合強(qiáng)度很高，達(dá)到使用要求。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料的制備方法及其應(yīng)用；特別是涉及致密透氧陶瓷膜件和其支撐部件間的高溫封接材料，以及高溫條件下的應(yīng)用。屬特種陶瓷粘結(jié)材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法中致密透氧陶瓷膜的耐高溫封接材料具有以下的組成及其重量百分比陶瓷材料基料55～65％，耐熱Pyres玻璃粉25～35％，熔劑B₂O₃或Li₂O 4～6％，增潤(rùn)劑NaAlO₂或NaSiO₃ 4～6％。將上述四種原料按配方稱重配料，將混合配合料于高溫爐內(nèi)于1150～1250℃溫度下熔燒20～40分鐘，使其熔融，然后冷卻至室溫，取出熔塊，將熔塊研磨粉碎，即得耐高溫的封接材料粉體。本發(fā)明方法所制得的封接材料具有很高的封接密封性，高溫下不會(huì)發(fā)生漏氣現(xiàn)象，且對(duì)致密透氧陶瓷膜具有較好的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)C04B37/00GK101486589SQ20091004649
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者丁偉中, 勇 劉, 張玉文, 方 王, 鐘慶東, 魯雄剛 申請(qǐng)人:上海大學(xué)