[发明专利]一种含铁磷酸盐氮氧化物封接玻璃及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含铁磷酸盐氮氧化物封接玻璃及其制备方法，其原料组成按摩尔百分数计为：Si₃N₄ 0‑15%、MeO 20‑35%、M₂O 5‑15%、P₂O₅ 45‑50%、Fe 0‑15%，各组成成分的摩尔百分数之和为100%，其中，Me为Ca、Mg、Sr中的一种或几种，M为Li、Na、K中的一种或几种。本发明原料简单易得，成本低，工艺简单、可行，达到了实用化和工业化的条件，且制得的封接玻璃具有良好的化学稳定性、封接性及界面结合力，尤其适用于奥氏体不锈钢的封接。

技术领域

本发明属于金属基材的玻璃封接领域，具体涉及一种含铁磷酸盐氮氧化物封接玻璃及其制备方法。

背景技术

固体燃料电池（SOFC）是近年来倍受关注的可再生能源电化学设备，其高效率、无污染、全固态结构和对多种燃料气体的普遍适应性使其应用广泛。SOFC技术是未来能源结构转变的关键技术，具有能够直接将化学能高效、无污染地转化成电能的优势。然而，大规模电堆（> 1kW）的试验在1000℃左右进行，这导致了其存在耐用性差，启动时间长以及成本高昂等问题。这些问题推动了从高温（HT）到中温（IT）开发高性能SOFC的深入研究。

磷酸盐玻璃因具有玻璃化转变温度低、软化温度低以及热膨胀系数范围较宽并且可调、封接温度下粘度低且有良好流动性等优点，使其有作为中温封接玻璃的巨大优势，但是其化学稳定性不好。已有研究人员通过在原料中加入氮化硅的方法大幅提高磷酸盐玻璃的化学稳定性。然而磷酸盐氮氧化物玻璃在加热过程中容易产生气泡，从而限制了其在封接领域的应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种含铁磷酸盐氮氧化物封接玻璃及其制备方法，其原料简单易得，成本低，工艺简单、可行，达到了实用化和工业化的条件，且制得的封接玻璃具有良好的化学稳定性、封接性及界面结合力，尤其适用于奥氏体不锈钢的封接。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含铁磷酸盐氮氧化物封接玻璃，其组成成分按摩尔百分数计为：Si₃N₄ 0-15%、MeO20-35%、M₂O 5-15%、P₂O₅ 45-50%、Fe 0-15%，各组成成分的摩尔百分数之和为100%；优选地，其组成成分按摩尔百分数计为：Si₃N₄ 5-10%、MeO 25-30%、M₂O 10-12%、P₂O₅ 45-48%、Fe 5-10%，各组成成分的摩尔百分数之和为100%；

其中，Me为Ca、Mg、Sr中的一种或几种，M为Li、Na、K中的一种或几种。

所述含铁磷酸盐氮氧化物封接玻璃的制备方法包括以下步骤：

（1）将Si₃N₄、MeO、M₂CO₃、NH₄H₂PO₄按所需成分配比混合，球磨均匀并干燥，然后经预烧、煅烧、熔制后，将熔制好的玻璃液进行急冷，获得玻璃熔块；

（2）将玻璃熔块研磨成粉后加入Fe粉混匀，再与分散剂、溶剂混合成浆料，将浆料放置于需要封接的部位，在电炉中以1-5℃/min的速率升温至300-400℃后，保温0.5-2h，再继续以1-5℃/min的速率升温至400-600℃，保温0.5-2h，得到封接玻璃。

其中，所述分散剂为鱼油、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的一种或几种。所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、正丁醇、甲苯、二甲苯、丙酮中的一种或几种。

本发明的显著优点在于：