平板式固體氧化物燃料電池釬焊自適應密封殘余應力研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)具有能量密度高、結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本低等優(yōu)點,近年來得到了廣泛的關(guān)注和應用。SOFC在高溫、氧化、還原等苛刻條件下工作,對結(jié)構(gòu)本身的密封性要求較高,所以密封技術(shù)一直是制約其商業(yè)化進程的瓶頸問題。本文以平板式SOFC釬焊自適應密封殘余應力作為研究對象,研究釬焊過程中的生長應力及熱應力的變化規(guī)律及分布,為釬焊自適應密封提供理論指導。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴在

2、比較硬密封、壓密封和自適應密封優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上,提出了一種釬焊自適應密封方法。建立硬密封和釬焊自適應密封的熱應力分析有限元模型,從熱應力的角度比較兩種密封方法的應力大小及分布,找到釬焊自適應密封的優(yōu)點,并獲得釬焊自適應密封過程中的薄弱環(huán)節(jié)。
　　 ⑵建立了高溫氧化過程的生長應力模型和氧化動力學模型,獲得彈性狀態(tài)下與時間相關(guān)的生長應力變化規(guī)律。建立了擴散-氧化-蠕變多因素耦合作用下生長應力分析本構(gòu)模型,獲得蠕變作用下的生長應力變化規(guī)

3、律,并與彈性狀態(tài)的生長應力比較,探討高溫下的應力松弛作用。討論了釬焊溫度、保溫時間(氧化膜厚度)、金屬基體的厚度等工藝參數(shù)對生長應力的影響,計算結(jié)果表明:釬焊溫度越高,生長應力越大,變化梯度也越大;保溫時間越長,蠕變作用越明顯,生長應力越小;金屬基體厚度越大,基體的蠕變作用越弱,生長應力越大。
　　 ⑶將計算得到的生長應力作為初始條件,對電池堆的降溫過程進行了有限元模擬,獲得最終焊態(tài)殘余應力的分布規(guī)律。計算結(jié)果表明,生長應力占最

4、終焊態(tài)殘余應力的1/4左右。并討論了釬焊時間(氧化膜厚度)、冷卻時間、金屬框架厚度、金屬箔片厚度以及電池板的長度等工藝參數(shù)對殘余應力影響規(guī)律。結(jié)果表明,隨氧化膜厚度增加,氧化膜中的殘余應力出現(xiàn)先增后降的趨勢,氧化膜厚度為0.6μm時,氧化膜中的殘余應力達到最大值,約-4000MPa左右,所以要適當調(diào)節(jié)氧化時間,避免氧化膜的厚度在該范圍之內(nèi);冷卻時間越長,S11越小,S22變化不大;金屬框架的厚度變化對其它結(jié)構(gòu)的應力及應變影響較小;金屬箔