專利名稱：玻璃和玻璃－陶瓷密封劑組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及玻璃陶瓷領(lǐng)域，并且更具體而言涉及用于固體氧化物燃料電池的玻璃陶瓷密封劑材料以及其制備方法。
背景技術(shù)：
發(fā)現(xiàn)陶瓷材料提高燃料電池的使用效率。雖然其對高溫和化學(xué)腐蝕環(huán)境的固有耐性最適于這些應(yīng)用，但是仍然存在連接和/或密封各個陶瓷元件或連接陶瓷和金屬組分的問題。在固體氧化物燃料電池的情況下，陶瓷電解質(zhì)用于在高溫下分離氧氣和轉(zhuǎn)移電荷。然而，這些電解質(zhì)通常必須密封以防止燃料氣體和氧化氣體在電解質(zhì)的任一端混合。該密封不僅應(yīng)當(dāng)不透氣，還常常用于將燃料電池組分結(jié)合在一起。因此，該密封必須適于化學(xué)和熱極端環(huán)境，并且還必須具有與電解質(zhì)匹配的熱膨脹特性。
當(dāng)前，固體氧化物電解質(zhì)選自基于一些堿性組分的方案。最通常選擇的堿性電解質(zhì)材料為氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鈰、氧化鉍和鎵酸鑭。根據(jù)其中含有的摻雜物的種類和濃度，這些材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)為約100×10-7-約150×10-7。根據(jù)燃料電池的種類和結(jié)構(gòu)，燃料電池通常在約700℃-1000℃以上的溫度操作。因此，密封劑組合物具有類似于密封劑所施加的電解質(zhì)(或其它燃料電池組分)的熱膨脹特性，由此氣密密封保持在環(huán)境溫度到極限制造溫度和/或所得燃料電池的工作溫度。此外重要的是在涂布基材和密封劑之間沒有不希望和有害的化學(xué)作用。此外，密封劑組合物還必須在高度化學(xué)還原環(huán)境中在延長時間周期內(nèi)(亦即燃料電池的所需使用壽命，通常約10000小時)在燃料電池的預(yù)期工作溫度(即700-1000℃)保持穩(wěn)定。
已經(jīng)嘗試了各種固體氧化物燃料電池密封劑組合物并且已經(jīng)獲得了不同程度的成功。已經(jīng)嘗試了二氧化硅、硼和磷酸鹽基玻璃和玻璃-陶瓷。磷酸鹽玻璃易于揮發(fā)磷酸鹽，其與燃料電池陽極反應(yīng)以形成磷化鎳和磷酸氧鋯。并且磷酸鹽玻璃易于結(jié)晶以形成偏磷酸鹽和/或焦磷酸鹽，其在燃料電池工作溫度在潮濕的燃料氣體中不是非常穩(wěn)定。
主要是硼硅玻璃/玻璃陶瓷具有在高溫下與濕潤的富氫氣體反應(yīng)以形成氣體物質(zhì)B2(OH)2和B2(OH)3的問題。因此，高硼密封劑傾向于在濕潤的富氫環(huán)境(燃料電池操作中常見)下最終將會腐蝕。
二氧化硅基玻璃和玻璃-陶瓷作為燃料電池密封劑材料更好，然而仍然存在缺點。雖然二氧化硅基玻璃狀材料通常在燃料電池操作環(huán)境下更加穩(wěn)定，高-硅含量的玻璃與燃料電池電解質(zhì)的熱膨脹系數(shù)并不十分匹配，并且密封的組件隨著溫度周期變化而快速分解。許多硅酸鹽基玻璃含有BaO組分以得到所需CTE的玻璃。BaO參與與含鉻互連材料，其通常發(fā)現(xiàn)于固體氧化物燃料電池器件，的有害界面反應(yīng)，產(chǎn)生損害密封和/或連接機械完整性的產(chǎn)物。
在燃料電池操作溫度下，大多數(shù)玻璃將在較快速度下結(jié)晶。因此重要的是，不僅僅玻璃而且最終形成的結(jié)晶材料的熱膨脹系數(shù)都要與固體氧化物燃料電池電解質(zhì)匹配。一旦玻璃完全結(jié)晶，所得晶體材料通常非常穩(wěn)定。此外，結(jié)晶玻璃在工作溫度下通常表現(xiàn)出升高的機械強度，轉(zhuǎn)變以改善密封/連接可靠性。
由于世界對傳統(tǒng)烴類燃料需求的增加以及其供給的降低，燃料電池技術(shù)變得越來越重要。由于燃料電池的需求增加，同樣增加了對具有合適的熱、化學(xué)和機械性能的密封劑材料的需求。仍然需要可在高達約1000℃的溫度操作具有80×10-7-130×10-7/℃熱膨脹并且沒有與燃料電池組分有害化學(xué)作用的密封劑組合物。本發(fā)明基于這種需求。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及用于密封和連接固體氧化物燃料電池器件組分的玻璃組合物。所述玻璃組合物包括約45mol％-約55mol％的RO；約5mol％-約10mol％的M2O3；和約40mol％-約45mol％的SiO2，其中R選自鍶、鈣、鎂、鋅及其組合，M選自鋁、硼、鐵及其組合。ZnO通常以約5mol％的量存在。
本發(fā)明的目的是提供改善的玻璃狀燃料電池密封劑組合物。本發(fā)明的相關(guān)目的和優(yōu)點將通過以下說明而顯而易見。
附圖簡述
圖1為固體電解質(zhì)、玻璃和基本上類似于玻璃陶瓷材料的結(jié)晶相的熱膨脹系數(shù)/溫度(℃)曲線圖。
圖2為本發(fā)明一個實施方案(陶瓷片和金屬襯底之間玻璃狀密封)的顯微照片。
優(yōu)選實施方案描述為了加強對本發(fā)明原理的理解并且表現(xiàn)其當(dāng)前了解的最佳操作模式，將參考附圖中所述的實施方案并使用特定的語言。然而應(yīng)當(dāng)理解的是沒有限制由此指定的本發(fā)明范圍，并且本發(fā)明相關(guān)的普通技術(shù)人員能夠遇見對說明書裝置的這種改變和進一步改進，以及本發(fā)明所述原理的其它應(yīng)用。
通過氧離子擴散通過氧電解質(zhì)例如釔穩(wěn)定的二氧化鋯(YSZ)，固體氧化物燃料電池(SOFC)將通過燃燒簡單的燃料釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。為了達到最佳的操作效率，SOFC在高溫(通常超過700℃)操作。為了防止燃料與氧化劑氣體在電池組外混合并且為了防止電池組內(nèi)燃料和氧化劑的泄漏，SOFC的操作通常需要氣密密封。該密封此外用來電分離電池的組分。SOFC氣密密封的需要非常嚴(yán)格。密封在燃料電池的高溫操作和化學(xué)腐蝕性環(huán)境條件下在很長時間周期內(nèi)基本上保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。密封還應(yīng)當(dāng)與其它燃料電池材料化學(xué)匹配。并且當(dāng)其熱循環(huán)時，密封不應(yīng)促進燃料電池上明顯壓力的產(chǎn)生。通常，所需密封劑材料具有基本上與燃料電池組分的CTE(例如YSZ電解質(zhì)，約100×10-7/℃)相匹配的熱膨脹系數(shù)(CTE)。最后，密封應(yīng)當(dāng)潤濕并且結(jié)合到待密封的電池組分上，并且在低于其它電池組分最低操作溫度的溫度下密封。
基于堿土鋁硅酸鹽的玻璃組合物已經(jīng)建議用于SOFC密封。這些材料對SOFC中使用的多種材料具有產(chǎn)生剛性氣密密封的必要熱性質(zhì)；然而問題在于與燃料電池材料的長期、高溫相容性，特別是對于含有氧化鋇的玻璃組分，通常加入以提高密封劑CTE與待密封的SOFC組分的CTE的匹配度。
本發(fā)明涉及SOFC密封玻璃的新組合物，其與早期用于這些應(yīng)用的玻璃組合物相比產(chǎn)生更好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。本發(fā)明玻璃為不含氧化鋇的堿土-鋅硅酸鹽，使用選自不同氧化物的添加劑改性，所述氧化物包括B2O3、Al2O3和TiO2，以得到所需化學(xué)和熱性能的組合。表1列出本發(fā)明多種例示性玻璃組合物的摩爾組成，并且表2列出本發(fā)明例示性玻璃組合物的熱性質(zhì)。
表1
表2
本發(fā)明玻璃組合物通常具有比其它研制用于SOFC密封應(yīng)用的玻璃更低的二氧化硅和氧化鋁含量，并且不含有氧化鋇。例如，某些現(xiàn)有技術(shù)的玻璃通常具有＞50mol％的SiO2，＞10mol％的Al2O3，和＞30mol％的BaO。
在本發(fā)明玻璃中，加入至少5mol％氧化鋅(ZnO)以改性新玻璃的粘度并降低密封溫度(通常小于約900℃，并且更通常小于約850℃)。由于某些SOFC使用了不能暴露于超過約900℃甚至更低溫度的材料，密封溫度的降低是所需的。本發(fā)明玻璃組合物中減少的二氧化硅和氧化鋁含量促進了堿土-鋅焦硅酸鹽晶相的生成，其促進了由本發(fā)明玻璃/玻璃-陶瓷組合物制成的密封和連接體的所需熱和化學(xué)性質(zhì)。
本發(fā)明玻璃在密封溫度結(jié)晶以形成具有密封地或連接地結(jié)合到多種普通SOFC材料并在重復(fù)的SOFC熱循環(huán)期間和在SOFC熱和化學(xué)操作條件下(即在超過約700℃的溫度和高堿性/還原條件下)保持穩(wěn)定所需范圍(100-120×10-7/℃)CTE的玻璃-陶瓷。例如，圖1表示玻璃#27在結(jié)晶前后的CTE曲線以及YSZ(典型的SOFC電解質(zhì)材料)的CTE曲線。密封玻璃和YSZ的CTE的高度匹配是非常希望的，因為其確保最小化機械壓力，所述機械壓力否則當(dāng)SOFC在室溫和操作溫度循環(huán)時將增大。圖1還表明G#27玻璃-陶瓷14天等溫?zé)崽幚砗蟮腃TE曲線，在此期間已經(jīng)存在了玻璃的結(jié)晶。結(jié)晶玻璃的CTE沒有可觀測到的改變，表明由這些材料制成的SOFC密封的熱-機械性質(zhì)不會隨著運行時間而變化。
本發(fā)明玻璃組合物濕潤并且結(jié)合到用于燃料電池互連的SOFC組分材料如YSZ和Fe/Cr合金。這些在圖2中說明，圖2是由#25玻璃粉末的糊劑制成的在850℃密封在YSZ和Fe/Cr合金襯底之間的密封的掃描電子顯微照片。在密封或隨后模擬SOFC運行條件的等溫?zé)崽幚砗?例如750℃/28天)沒有觀察到有害截面反應(yīng)產(chǎn)物的形成。本發(fā)明玻璃/玻璃-陶瓷組合物在高溫下與Fe/Cr互連材料的相容性特別優(yōu)于通常用于SOFC的已知密封玻璃組合物，特別是含有BaO的那些。
本發(fā)明的一個實施方案包括在至少兩個固體氧化物燃料電池部件之間的連接體。所述連接體具有至少三種結(jié)合在一起金屬氧化物RO、M2O3和SiO2，其中R選自鋅、鍶、鈣、鎂、鋅及其組合。組合物包括至少5mol％的ZnO。M選自鋁、硼、鑭和鐵。連接體基本上與至少兩個固體陶瓷部件的熱膨脹系數(shù)匹配。在從環(huán)境溫度(約25℃)到約700℃測定時，連接體的熱膨脹系數(shù)為80-150×10-7/℃，更典型為約100-120×10-7/℃。
玻璃中相對較低的二氧化硅和氧化鋁含量和氧化鋅的加入使得玻璃特征在于低的軟化溫度并在約850℃以上具有低的粘度，并且在約800℃以下結(jié)晶后具有顯著更高的粘度。希望燃料電池密封劑玻璃具有相對較低的粘度(通常在約900℃以上，更通常在約850℃以上)，粘度充分低以使得玻璃可以容易地流到電解質(zhì)或其它燃料電池組分襯底上。還希望燃料電池密封劑玻璃在燃料電池操作溫度(約700℃-800℃)具有相對較高的粘度，以使得密封不容易變薄或損傷和/或加入密封劑的任何燃料電池連接體不會變?nèi)酢ｋm然boria(氧化硼或B2O3)的加入將也會促進密封劑玻璃組合物的所需粘度特性，boria已知是高度揮發(fā)性的并且即便是在中等濃度存在時也會在潮濕氫環(huán)境下與燃料電池材料反應(yīng)。因此需要將boria的濃度保持在約5mol％以下，更希望將boria的濃度保持在約3mol％以下。
用于形成密封材料的玻璃前體通常具有可以表示如下的組成RO--M2O3--SiO2
其中RO典型地以約40mol％-約60mol％，更典型地以約45mol％-約55mol％的量存在，并且還更典型地RO以約50mol％的量存在；M2O3典型地以約2mol％-約10mol％，和更典型地以約2mol％-約5mol％的量存在；和SiO2典型地以約35mol％-約45mol％，和更典型地以約40mol％的量存在。
玻璃-陶瓷組合物還可另外含有至少一種其它的金屬氧化物，包括但不限于氧化鈦、氧化鋯及其組合，以改性玻璃相或最終結(jié)晶密封的性質(zhì)。這種組合物可表示為X[(RO)·(M2O3)·(SiO2)]Y(QO2)其中X典型地為約0.95-約1.0，并且Y典型地為約0-約0.05。Q典型地選自鈦、鋯及其組合。如上所述，R選自鍶、鈣、鎂、鋅及其組合，并且M選自鋁、硼、鑭、鐵及其組合。使人感興趣的性質(zhì)包括但不限于濕潤、玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)、玻璃軟化溫度(Ts)、熱膨脹系數(shù)、化學(xué)和熱穩(wěn)定性及其組合。
玻璃和結(jié)晶玻璃-陶瓷的熱膨脹系數(shù)典型地為約80-150×10-7/℃，對于使人感興趣的普通燃料電池組分，玻璃-陶瓷和結(jié)晶玻璃-陶瓷的熱膨脹系數(shù)更典型地為約100-120×10-7/℃。玻璃的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)和軟化溫度(Ts)典型地為約650-約800℃?；旧舷嗤臒崤蛎浵禂?shù)此處定義為密封材料的CTE在密封的材料的約20％以內(nèi)，優(yōu)選約10％以內(nèi)，更優(yōu)選約5％以內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，連接第一固體陶瓷部件片到第二(典型地為陶瓷或金屬)片的方法通常包括以下步驟(a)提供組成為RO、M2O3和SiO2的粉末化玻璃，其基本上與第一和第二片的熱膨脹系數(shù)匹配，其中R選自鍶、鈣、鎂、鋅及其組合，M選自鋁、硼、鐵及其組合；(b)將粉末化玻璃放置在第一和第二組件的界面作為預(yù)組件；(c)將預(yù)組件加熱到足以使混合物流入所述界面的溫度作為組件；和(d)冷卻組件并將所述混合物固化，由此連接至少兩個陶瓷部件。
如上所述，ZnO典型地以至少約5mol％的量存在。RO典型地以約45mol％-約55mol％的量存在，M2O3通常以約5mol％-約10mol％的量存在，并且SiO2通常以約40mol％-約45mol％的量存在。在SOFC的情況下，第一陶瓷片典型地為YSZ電解質(zhì)襯底，并且第二片典型地為Fe/Cr金屬互連。
實施例1玻璃組合物具有27.5mol％氧化鍶、27.5mol％氧化鋅、5mol％三氧化二鋁和40mol％二氧化硅?；瘜W(xué)式如下式所示27.5 SrO·27.5 ZnO·5Al2O3·40SiO2由此組合物得到的玻璃測量具有696℃的玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg、737℃的膨脹測定軟化點、815℃的峰值結(jié)晶溫度和82×10-7/℃的CTE。具有大約這些組成的玻璃將具有上述相同的性質(zhì)。
實施例2玻璃組合物具有25mol％氧化鍶、25mol％氧化鋅、10mol％三氧化二鋁和40mol％二氧化硅。化學(xué)式如下式所示25SrO·25ZnO·10Al2O3·40SiO2由此組合物得到的玻璃測量具有716℃的玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg、775℃的膨脹測定軟化點、898℃的峰值結(jié)晶溫度和82×10-7/℃的CTE。具有大約這些組成的玻璃將具有上述相同的性質(zhì)。
實施例3玻璃組合物具有25mol％氧化鍶、25mol％氧化鋅、5mol％三氧化二鐵、5mol％三氧化二鋁和40mol％二氧化硅?；瘜W(xué)式如下式所示25SrO·25ZnO·5Fe2O3·5Al2O3·40SiO2由此組合物得到的玻璃測量具有716℃的玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg、775℃的膨脹測定軟化點、898℃的峰值結(jié)晶溫度和82×10-7/℃的CTE。具有大約這些組成的玻璃將具有上述相同的性質(zhì)。
實施例4玻璃組合物具有26mol％氧化鍶、13mol％氧化鈣、13mol％氧化鋅、2mol％三氧化二硼、2mol％三氧化二鋁和42mol％二氧化硅。化學(xué)式如下式所示26SrO·13CaO·13ZnO·2B2O3·2Al2O3·42SiO2·2TiO2由此組合物得到的玻璃測量具有702℃的玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg、720℃的膨脹測定軟化點、875℃的峰值結(jié)晶溫度和100×10-7/℃的CTE。具有大約這些組成的玻璃將具有上述相同的性質(zhì)。
實施例5玻璃組合物具有18.5mol％氧化鍶、19.2mol％氧化鈣、13.2mol％氧化鋅、1.9mol％三氧化二硼、2.9mol％三氧化二鑭、42.2mol％二氧化硅和2mol％二氧化鈦?；瘜W(xué)式如下式所示18.5SrO·19.2CaO·13.2ZnO·1.9B2O3·2.9La2O3·42.2.0SiO2·2TiO2由此組合物得到的玻璃測量具有718℃的玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg、738℃的膨脹測定軟化點、888℃的峰值結(jié)晶溫度和108×10-7/℃的CTE。具有大約這些組成的玻璃將具有上述相同的性質(zhì)。
實施例6玻璃組合物具有26mol％氧化鍶、13mol％氧化鈣、13mol％氧化鋅、2mol％三氧化二硼、2mol％三氧化二鋁和42mol％二氧化硅和2mol％二氧化鈦?；瘜W(xué)式如下式所示26SrO·26ZnO·2B2O3·2Al2O3·44SiO2由此組合物得到的玻璃測量具有682℃的玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg、765℃的膨脹測定軟化點、913℃的峰值結(jié)晶溫度和79×10-7/℃的CTE。具有大約這些組成的玻璃將具有上述相同的性質(zhì)。
雖然本發(fā)明已經(jīng)在附圖和前述說明中說明和詳細公開，其將被認(rèn)為是說明目的而非限制。應(yīng)當(dāng)理解的是上述說明書中已經(jīng)描述了實施方案的最佳方式和需要。應(yīng)當(dāng)理解的是本領(lǐng)于技術(shù)人員可以容易地對上述實施方案作出無限個非實質(zhì)性改變和改進，并且在當(dāng)前說明書中描述所有這些實施方案的變化是不切實際的。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是所有這些改變和改善落入本發(fā)明需要保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.玻璃陶瓷材料密封的器件，包括以下組合第一襯底；和結(jié)合到第一襯底的密封劑層；其中密封劑層包括至少三種結(jié)合在一起的金屬氧化物RO--M2O3--SiO2；其中R選自鋅、鍶、鈣、鎂及其組合；其中M選自鋁、硼、鑭、鐵及其組合；其中RO以約45mol％-約55mol％的量存在；其中M2O3以約5mol％-約10mol％的量存在；其中SiO2以約40mol％的量存在；和其中RO包括以至少約5mol％量存在的ZnO。
2.權(quán)利要求1的器件，其中M2O3包括以約2mol％-約5mol％的量存在的Al2O3。
3.權(quán)利要求1的器件，其中密封劑層包括至少25mol％的ZnO。
4.權(quán)利要求1的器件，其中密封劑層包括至少20mol％的MgO。
5.權(quán)利要求1的器件，其中第一襯底為基本上氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯電解質(zhì)。
6.權(quán)利要求1的器件，其中第一襯底為固體氧化物燃料電池組分。
7.權(quán)利要求1的器件，其中第一襯底和密封劑層具有基本上相似的熱膨脹系數(shù)。
8.權(quán)利要求1的器件，其中密封劑層是基本上無定形的。
9.權(quán)利要求1的器件，其中密封劑層是基本上結(jié)晶的。
10.權(quán)利要求1的器件，進一步包括結(jié)合到密封劑層上的第二襯底。
11.玻璃陶瓷材料密封的器件，包括以下組合襯底；和結(jié)合到襯底的密封劑層；其中密封劑層具有組成X[(RO)·(M2O3)·(SiO2)]Y(QO2)；其中0.95≤X≤1.0；其中0≤Y≤0.05；其中Q選自鈦、鋯及其組合；其中R選自鍶、鈣、鎂、鋅及其組合；其中M選自鋁、硼、鑭、鐵及其組合；其中RO以約50mol％的量存在；其中M2O3以約5mol％的量存在；其中SiO2以約45mol％的量存在；和其中R含有至少約5mol％量的鋅。
12.權(quán)利要求11的器件，其中Al2O3以少于約3mol％的量存在。
13.至少兩個固體氧化物燃料電池部件之間的連接體，包括至少三種結(jié)合在一起的金屬氧化物RO、M2O3和SiO2；其中R選自鍶、鈣、鎂、鋅及其組合；其中M選自鋁、硼、鑭、鐵及其組合；其中連接體基本上與至少兩個固體陶瓷部件的熱膨脹系數(shù)匹配；其中RO以約40mol％-約60mol％的量存在；其中M2O3以約2mol％-約10mol％的量存在；其中SiO2以約35mol％-約45mol％的量存在；并且其中ZnO以至少約5mol％的量存在。
14.權(quán)利要求13的連接體，其為密封。
15.權(quán)利要求13的連接體，其中在25-700℃測量的熱膨脹系數(shù)為約80(10-7)/℃-約120(10-7)/℃。
16.權(quán)利要求13的連接體，進一步包括至少一種其它的金屬氧化物。
17.權(quán)利要求16的連接體，其中至少一種其它的金屬氧化物選自TiO2、ZrO2及其組合。
18.權(quán)利要求13的連接體，其中至少兩個固體氧化物燃料電池部件為固體氧化物燃料電池中的氧離子導(dǎo)體和互連。
19.連接至少兩個固體陶瓷部件的方法，包括以下步驟(a)提供RO、M2O3和SiO2的混合物，其基本上與至少兩個固體陶瓷部件的熱膨脹系數(shù)匹配，其中R選自鍶、鈣、鎂、鋅及其組合，和M選自鋁、硼、鑭、鐵及其組合；(b)將混合物放置在至少兩個陶瓷部件的界面作為預(yù)組件；(c)將預(yù)組件加熱到足以使混合物流入所述界面的溫度作為組件；和(d)冷卻組件并將所述混合物固化，由此連接至少兩個陶瓷部件，其中ZnO以至少約5mol％的量存在；其中RO以約40mol％-約60mol％的量存在；其中M2O3以約2mol％-約10mol％的量存在；和其中SiO2以約35mol％-約45mol％的量存在。
20.權(quán)利要求19的方法，其中連接為密封。
21.權(quán)利要求19的方法，其中在25-700℃測量的熱膨脹系數(shù)為約80(10-7)/℃-約120(10-7)/℃。
22.權(quán)利要求19的方法，進一步包括至少一種其它的金屬氧化物。
23.權(quán)利要求22的方法，其中至少一種其它的金屬氧化物選自TiO2、ZrO2及其組合。
24.權(quán)利要求19的方法，其中至少兩個陶瓷部件為固體氧化物燃料電池的部件
25.權(quán)利要求19的方法，其中至少兩個陶瓷部件中的一個為氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯電解質(zhì)。
26.權(quán)利要求19的方法，進一步包括以下步驟(e)至少部分結(jié)晶化界面層。
27.權(quán)利要求26的方法，其中在步驟(e)期間形成至少一種堿土-鋅焦硅酸鹽晶相形式。
28.將一個陶瓷片連接到第二陶瓷片上的方法，包括以下步驟(a)提供組成為RO、M2O3和SiO2的玻璃粉末，其基本上與至少兩個固體陶瓷部件的熱膨脹系數(shù)匹配，其中R選自鍶、鈣、鎂、鋅及其組合，和其中M選自鋁、硼、鑭、鐵及其組合；其中RO以約40mol％-約60mol％的量存在；其中ZnO以至少約5mol％的量存在；其中M2O3以約2mol％-約10mol％的量存在；并且其中所述SiO2以約35mol％-約45mol％的量存在；(b)將玻璃粉末放置在陶瓷片和第二第二片的界面作為預(yù)組件；(c)將預(yù)組件加熱到足以使玻璃粉末軟化并流入所述界面的溫度形成界面層；和(d)冷卻并固化所述界面層，由此連接陶瓷片和第二片。
29.權(quán)利要求28的方法，進一步包括以下步驟(e)至少部分結(jié)晶化界面層。
30.權(quán)利要求28的方法，進一步包括至少一種其它的金屬氧化物。
31.權(quán)利要求30的方法，其中所述至少一種其它的金屬氧化物選自TiO2、ZrO2及其組合。
32.權(quán)利要求30的方法，其中陶瓷片和第二片的一個是固體氧化物燃料電池的部件。
33.玻璃組合物，包括約45mol％-約55mol％的RO；約5mol％-約10mol％的M2O3；和約40mol％-約45mol％的SiO2；其中R選自鍶、鈣、鎂、鋅及其組合；其中M選自鋁、硼、鑭、鐵及其組合；和其中ZnO以至少約5mol％的量存在。
34.權(quán)利要求33的組合物，進一步包括約25mol％的SrO；約25mol％的ZnO；約10mol％的Al2O3；和約40mol％的SiO2。
35.權(quán)利要求33的組合物，進一步包括約27.5mol％的SrO；約27.5mol％的ZnO；約5mol％的Al2O3；和約40mol％的SiO2。
36.權(quán)利要求33的組合物，進一步包括約25mol％的SrO；約25mol％的ZnO；約5mol％的Al2O3；約5mol％的Fe2O3；和約40mol％的SiO2。
37.權(quán)利要求33的組合物，進一步包括約26mol％的SrO；約26mol％的ZnO；約2mol％的Al2O3；約2mol％的B2O3；和約44mol％的SiO2。
38.權(quán)利要求33的組合物，進一步包括約26mol％的SrO；約13mol％的CaO；約13mol％的ZnO；約2mol％的Al2O3；約2mol％的B2O3；約42mol％的SiO2；和約2mol％的TiO2。
39.權(quán)利要求33的組合物，進一步包括約18.5mol％的SrO；約19.2mol％的CaO；約13.2mol％的ZnO；約1.9mol％的B2O3；約2.9mol％的La2O3；約42.2mol％的SiO2；和約2mol％的TiO2。
全文摘要
用作密封劑或者另外結(jié)合到燃料電池組件的玻璃組合物，包括約40mol％－約60mol％的RO；約2mol％－約10mol％的M
文檔編號B32B17/06GK101072676SQ200580040626
公開日2007年11月14日 申請日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月15日
發(fā)明者R·K·布勞, S·T·多斯賴斯, G·本森 申請人:密蘇里大學(xué)董事會