[发明专利]一种用于金属/玻璃封接界面的复合隔层材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可在低温下烧结致密的隔层材料，用于金属/玻璃封接界面，抑制界面元素扩散和化学反应，特别适用于固体氧化物燃料电池金属连接体和玻璃密封剂的封接界面。隔层材料包括三种组分：40～80mol％的复合氧化物(组分A)，20～60mol％的单一氧化物(组分B)以及0.01～10mol％的金属单质(组分C)。该隔层材料与溶剂、粘结剂混合后，通过刷涂、喷涂、浸涂等方法涂覆在金属的待封接部位，烘干后在700～900℃下烧结形成保护隔层。带隔层的金属部件再利用玻璃密封剂进行密封。本发明涉及的隔层材料原料简单、制备和使用过程方便、成本低，并且该隔层材料与玻璃和金属基体结合强度高，能够有效限制金属/玻璃界面的元素扩散和化学反应，从而提高密封的可靠性。

技术领域

本发明涉及具有一种用于金属/玻璃封接界面的复合隔层材料及其制备方法，特别适用于固体氧化物燃料电池(SOFC)金属连接体和玻璃密封剂的封接界面。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种绿色清洁、安全可靠的能量转换装置，将存储在燃料中的化学能不经过卡诺循环而直接转化成电能，大大提高了燃料的利用率。近些年来，在关键材料、系统集成方面都取得了很大进展，但电池的高温密封问题尚未得到解决，这也是限制SOFC商业化进程的主要因素之一。

玻璃在高温下具有良好的密封性能，因而被广泛应用于SOFC的密封中。专利CN1469497A、CN1660954A、CN1494176A等公开了硅酸盐玻璃、硅铝酸盐玻璃及硼硅酸盐玻璃，获得了机械强度高、绝缘性好、膨胀系数合适的密封材料，适用于中高温SOFC的密封。在SOFC中，密封材料主要用于阳极-连接体、电解质-连接体、连接体-连接体之间的密封。阳极和电解质均为陶瓷材料，与玻璃性质相近，因而与玻璃密封材料具有较好的相容性。相较而言，连接体多采用含Cr的耐热合金，如铁基合金SUS430、SUS446、Crofer 22、ZMG232以及镍基合金Inconel 625等。由于玻璃材料与金属材料的性质截然不同，因而两者的相容性问题尤为突出。如含Na₂O的玻璃同Fe-Cr合金反应生成的铬酸钠(Na₂CrO₄)会分解合金表面的氧化铬保护层，加剧Fe-Cr合金连接体的氧化。含BaO玻璃同Fe-Cr合金反应生成铬酸钡(BaCrO₄)。BaCrO₄较大的CTE(16.5～33.8×10^-6K^-1)导致封接界面处产生裂纹，漏气率增大。

为解决密封玻璃与金属连接部件界面相容性差的问题，本发明采用多组分复合材料作为隔层材料，涂覆于金属连接体的待封接部位，通过在700～900℃较低的温度区间内烧结致密化。利用玻璃密封剂进行封接后，该隔层可有效限制金属/玻璃界面的元素扩散和化学反应，改善界面的相容性，从而提高密封的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有金属/玻璃封接界面元素扩散和化学反应引起的相容性差的问题，提供一种用于金属/玻璃封接界面的复合隔层材料及其制备方法。

一种用于金属/玻璃封接界面的复合隔层材料，包括三种组分：40～80mol％的复合氧化物(组分A)，20～60mol％的单一氧化物(组分B)以及0.01～10mol％的金属单质(组分C)；

复合氧化物为具有钙钛矿结构、尖晶石结构、萤石结构或纤锌矿结构的复合氧化物中的一种或两种以上；

单一氧化物为Al、Si、Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、La、Ce或Pr氧化物中的一种或两种以上；

金属单质为过渡金属Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn中的一种或两种以上。

一种用于金属/玻璃封接界面的复合隔层材料的制备方法，包括以下步骤：