軋膜成形法制備燃料電池NiO-YSZ多孔陽極和WC-8Co硬質(zhì)合金材料的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、軋膜成形作為一種可塑成形方法,在制備大面積陶瓷厚膜及薄膜方面具有突出的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢,如制備工藝簡單、生產(chǎn)效率高、組織結(jié)構(gòu)均勻等優(yōu)點,并越來越受到人們的重視。迄今為止,軋膜成形已成功的應(yīng)用于制備燃料電池及其他功能陶瓷元器件,但仍很少有采用此種工藝制備WC-Co硬質(zhì)合金的報道。本論文嘗試采用此工藝來制備WC-8Co硬質(zhì)合金板材和中溫固體氧化物燃料電池NiO/氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)多孔陽極板,從而探索軋膜成形制備WC-Co硬質(zhì)合金可行性

2、及進一步優(yōu)化軋膜成形制備NiO/YSZ 復(fù)合材料的工藝參數(shù)。
   WC-Co硬質(zhì)合金是一種性能優(yōu)越的工具材料。隨著科學技術(shù)的發(fā)展,對硬質(zhì)合金制品的形狀和性能等提出越來越高的要求,如要求制備大尺寸的板材、異形件等,而由于壓機和模具等限制,難以采用常規(guī)的壓制燒結(jié)工藝來制備上述產(chǎn)品。本文嘗試以水基軋膜工藝來制備WC-8Co帶坯,隨后燒結(jié)獲得了WC-8Co硬質(zhì)合金板材。實驗中考察了軋膜坯料中粘結(jié)劑含量和制備工藝條件等對WC-8Co硬質(zhì)

3、合金組織性能的影響。實驗結(jié)果表明:粘結(jié)劑含量對硬質(zhì)合金的生坯密度、顯微組織、硬度和強度都有明顯影響。當粘結(jié)劑含量低于4.5wt%時,隨粘結(jié)劑加入,使得粉末松裝密度提高,易于成形,所得硬質(zhì)合金生坯的密度提高、硬度與強度也增高。而當粘結(jié)劑含量超過4.5wt%時,所得燒結(jié)體孔隙率增加,硬質(zhì)合金的硬度和強度都下降。在燒結(jié)溫度為1400℃氫氣氣氛下,當粘結(jié)劑含量為4.5wt%時,硬質(zhì)合金燒結(jié)體性能最好,密度為12.03 g·cm-3,抗彎強度為8

4、29MPa,硬度為18.26GPa。此外燒結(jié)工藝同樣對硬質(zhì)合金性能產(chǎn)生影響,燒結(jié)溫度的升高,可提高合金的硬度與強度。但燒結(jié)溫度過高,合金晶粒過度長大,強度與硬度反而降低。當燒結(jié)溫度為1450℃時,4.5wt%粘結(jié)劑含量的合金力學性能最好,其密度為12.42 g·cm-3,抗彎強度為1091MPa,硬度為18.94GPa。
   固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cells, SOFC)是一種通過電化學反應(yīng)將燃

5、料的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置,其主要是由電解質(zhì)、陽極和陰極組成的一種多層陶瓷膜結(jié)構(gòu)。為了促進SOFC商業(yè)化進程,需要將其運行溫度降低至中低溫范圍(500-800℃),主要途徑就是開發(fā)新型的電池材料或采用薄膜化的電解質(zhì)以增大電池的輸出功率,當采用薄膜電解質(zhì)時,陽極支撐的平板狀電池結(jié)構(gòu)具有明顯的優(yōu)勢,目前制備平板狀的陽極板主要方法有流延法、軋膜法等。本文嘗試以水基軋膜工藝來制備NiO/YSZ固體氧化物燃料電池多孔陽極材料。實驗中考察了

6、粘結(jié)劑含量和制備工藝條件等對多孔陽極微結(jié)構(gòu)和性能的影響。實驗結(jié)果表明:隨著粘結(jié)劑含量的增加,生坯易于成形,坯體表面平整光潔,當粘結(jié)劑含量超過8wt%時,陽極坯體燒結(jié)后孔隙率和孔徑范圍明顯增大,經(jīng)1450℃燒結(jié)4h后孔隙率為16%,孔徑分布在0.506-5.392μm,平均孔徑為0.83μm,高的平均孔徑降低了陽極支撐體的強度,而低粘結(jié)劑含量燒結(jié)體孔隙率低,無法滿足陽極對孔隙率的要求,所以8wt%粘結(jié)劑含量的陽極燒結(jié)體性能最好。軋膜坯體的

7、燒結(jié)溫度對NiO/YSZ陽極燒結(jié)體的孔隙率有著決定性的影響,隨燒結(jié)溫度的升高,材料的相對密度升高,開孔率降低,且孔徑分布變窄。為獲得較高孔隙率和一定孔徑分布的陽極燒結(jié)體,軋膜生坯的燒結(jié)溫度應(yīng)不超過1450℃。粘結(jié)劑含量為8wt%的NiO/YSZ生坯經(jīng)1450℃燒結(jié)4h后得到的NiO/YSZ陽極材料具有較好的綜合性能,其孔隙率為18%,孔徑分布在0.467-4.667μm,平均孔徑為0.57μm,還原后所得Ni/YSZ金屬陶瓷多孔陽極的電

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