[发明专利]制造金属与玻璃、金属与金属或金属与陶瓷的连接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造金属与玻璃、金属与金属或金属与陶瓷的连接的方法。所述连接例如可用在固体氧化物燃料电池(SOFC)的应用中。

背景技术

通常，平板式SOFCs包含堆叠的多个电池，每个电池包含夹在两个电极中间的电解质。每个电池的电极与互连层相接触，该互连层在单电池之间实现了串联。气密密封对燃料电池的性能、耐用性和安全工作至关重要。

由于能够在宽范围内调节玻璃的物理和化学性能，因此玻璃适于作为用于SOFCs的密封材料。已在碱硅酸盐玻璃、碱铝硅酸盐玻璃、碱土硅酸盐玻璃、碱土铝硼硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃和硼硅酸盐玻璃的组中对不同玻璃和玻璃-陶瓷组合物进行了研究。然而，尽管报道了有希望的结果，但它们中没有一个能够全部满足机械性能例如粘度的要求和热膨胀的匹配以及化学相容性例如润湿和粘合。

关于严格匹配密封剂与密封表面之间的热膨胀系数(CTE)，具有分散到基体玻璃例如碱硼硅酸盐玻璃或铝硅酸钠玻璃中的晶态填充材料的复合密封部已显示出有希望的结果。同时，已获得密封温度下合适的粘度。

然而，仍然需要优化与金属表面的粘合，特别是与金属表面上形成的腐蚀产物膜(scale)的粘合，因为这些取决于工作温度及原始金属的组成和微结构。

金属与玻璃基密封部之间的粘合已有说明，参见Yang，Z；Coyle，C.A.；Baskaran，S.；Chick，LA的″通过在第一金属部分上形成结合涂层、将密封材料涂敷到结合涂层上及将第二部分粘附到密封材料上来制备用在高温电化学装置中的金属与金属和金属与陶瓷的互连(Making metal-to-metal and metal-to-ceramic interconnections for use inhigh temperature electrochemical devices by forming bond coat on firstmetal part，applying sealing material to bond coat，and adhering secondpart to sealing material)″US 2004060967-A1，其中在粘附密封部和另外的元素之前，通过形成单一元素金属结合涂层(金属为Fe、Ni或Co)或通过其中将复合结合涂层相(M-CrAlY)涂敷到金属表面的优选溶液来进行说明。据其所宣称，结合涂层的氧化铝含量对结合涂层性能必不可少，所述氧化铝或来自钢或来自结合涂层。

当将釉瓷粘合到铁合金时，金属元素自身(V、Fe、Ni、Cu、Co和Mo)的氧化物是所谓的底涂层内的公知成分，且其特征在于它们部分地氧化金属铁并形成玻璃质的或混合的氧化物相的能力，其特征通常在于不同氧化态下的树枝状结晶的形成，参见Donald，I.W.，的“玻璃和玻璃-陶瓷对金属的密封部和涂层的制备、性能和化学性(Preparation，properties and chemistry of glass and glass-ceramic-to-metal seals andcoatings)”，J.Mat，Sci.28(1993)，第2841-86页和Eppler，R.A的“釉与玻璃的涂层(Glazes and glass coatings)”，The American CeramicSociety，Westerville，Ohio(2000)。

发明内容

考虑到现有技术的缺点，本发明的目的是提供用在例如SOFC应用中的金属与玻璃、金属与金属和金属与陶瓷的连接，通过其可制造边界相从而获得强的结合。

通过一种制造金属与玻璃、金属与金属和金属与陶瓷的连接的方法实现了所述目的，该方法能够制造边界相，从而获得不依赖于金属合金组成的强粘合和使用期间逐渐形成的保护性氧化产物膜，其特征在于所述连接以基体玻璃粉末和金属氧化物粉末的混合物形式被制成期望的层厚度，称之为玻璃状连接层，其中这些粉末优选为预定粒度且在粘合剂体系中，在受控条件下于提高的温度中提供粘合，

其中金属氧化物粉末选自：

-0-10wt％的晶粒尺寸d₅₀＜2μm的氧化硼；

-0-10wt％的晶粒尺寸d₅₀＜2μm的氧化镁；

-0-8wt％的晶粒尺寸d₅₀＜2μm的氧化钠和氧化钾；

-1-10wt％的晶粒尺寸d₅₀＜1.5μm的氧化锰；

-1-10wt％的晶粒尺寸d₅₀＜1.5μm的氧化镍；