[发明专利]一种玻璃及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及玻璃生产的技术领域，尤其涉及一种玻璃及其制备方法与应用。本发明玻璃包括以下重量百分比的组分：CaO 20％‑50％、MgO 10％‑40％、SiO₂10％‑40％、B₂O₃1％‑30％、ZrO₂0‑5％、Al₂O₃0‑5％、La₂O₃0‑5％。本发明玻璃通过调整各组分的配比，调整了玻璃相和陶瓷相之间的比例，提高了玻璃的热膨胀系数，经实验测定玻璃的热膨胀系数为10.95～11.65ppm/℃，热膨胀系数较大，与固体氧化物燃料电池的连接体的常用材料不锈钢的热膨胀系数之间较为匹配，能降低因为二者热膨胀系数失配导致电池泄漏的风险。

技术领域

本发明涉及玻璃生产的技术领域，尤其涉及一种玻璃及其制备方法与应用。

背景技术

在固体氧化物燃料电池(SOFC)的使用过程中，电池工作温度发生较大变化，现有的封接玻璃的热膨胀系数较小，因此封接玻璃和电池的连接体之间的膨胀系数容易发生失配，从而容易发生泄漏。在SOFC中，一般会在封接玻璃与电池连接体之间设置釉层玻璃层，起到保护连接体金属基体的作用，提高连接体的抗氧化性能，同时也能提高封接玻璃与连接体之间的结合力，但由于釉层玻璃需要先烧结在连接体上，烧结温度较高，烧结后需要形成一个宏观表面平滑但微观粗糙的面，为后续封接玻璃的封接提供足够的附着点，并且在后续封接玻璃低温烧结后不会发生物相变化，因此目前采用的釉层玻璃都是析晶温度较高的玻璃，与封接玻璃的种类不同。由于釉层玻璃与封接玻璃的种类不同，在制备过程中会产生比较明显的两相界面，导致封接强度变低，而且会产生不同元素的渗透，降低封接玻璃的稳定性。

日本电气硝子株式会社专利CN103987673B通过调配析晶的种类来获得高膨胀系数的封接玻璃，可得到2MgO·SiO₂、BaO·2MgO·2SiO₂和2SiO₂·2ZnO·BaO中的1种以上的结晶；肖特公开有限公司专利CN 102190440 B通过调配添加物的种类来获得高膨胀系数的封接玻璃；日本山村硝子株式会社专利CN101801873B制备了SiO₂-B₂O₃-CaO-MgO-ZrO₂体系的封接玻璃。

现有专利提到的配方虽然可以获得高膨胀系数的封接玻璃，但仍然存在以下缺点：(1)析晶的种类不能控制，虽然会得到许多高膨胀系数的晶相，但这些晶相的膨胀系数不能控制在一个很窄的范围内，容易产生封接玻璃、连接体和釉层玻璃之间热膨胀系数不匹配的情况；(2)不能通过玻璃配方控制玻璃相和陶瓷相的比例，玻璃相具有减少气孔率和增加韧性的作用，但膨胀系数低，陶瓷相具有高膨胀系数，但韧性不足，如果不能控制好两者之间的比例，就会出现某一项性能的缺失。如果玻璃相比例过高，一方面会造成热膨胀系数变低，无法满足高膨胀系数的需求，造成封接玻璃、连接体和釉层玻璃之间热膨胀系数的失配，另一方面玻璃相比例较多会随着电堆的运行出现玻璃相向陶瓷相转变，这种转变会伴随体积收缩，这种收缩会造成内部出现缺陷，使封接玻璃的强度变差，容易造成泄漏；陶瓷相与玻璃相相比韧性较差，抗热冲击性能不好，电堆需要在高温条件下运行，在低温到高温运行的时候会产生比较大的热冲击，如果陶瓷相比例过高，这种应力无法快速释放，会使内部出现很大的压应力，造成内部崩坏，出现泄漏。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种玻璃及其制备方法与应用，本发明的玻璃热膨胀系数较大且长时间在高温下运行膨胀系数稳定，可保证电池的稳定可靠运行。