鈣鈦礦型陶瓷透氧膜及其封接材料的制備與性能研究.pdf

1、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物由于具有離子-電子混合電導(dǎo)特性，使其在氧傳感器、氧氣分離膜和固體氧化物燃料電池等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。一直以來，透氧性能和穩(wěn)定性是制約陶瓷透氧膜實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵因素。目前提高透氧膜透氧性能的手段主要有表面修飾和降低膜厚等，而發(fā)展無Co材料可改善其穩(wěn)定性。此外，透氧膜反應(yīng)器能否長時(shí)間正常運(yùn)行與封接材料的可靠性也密切相關(guān)，因此發(fā)展陶瓷透氧膜密封技術(shù)也意義非凡。本論文首先以Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ材料

2、為研究對象，通過表面負(fù)載Co3O4納米顆粒催化劑來探索其對透氧性能的影響。其次，發(fā)展了無Co透氧膜材料BaFeO3-δ，通過B位部分摻雜Prn+使其在低溫下保持立方相結(jié)構(gòu)。最后，研制了一種適用于透氧膜反應(yīng)器封接的陶瓷玻璃密封劑。
　　本論文第二章在Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ陶瓷透氧膜表面通過涂覆技術(shù)負(fù)載了一層Co3O4納米顆粒催化劑。XRD測試結(jié)果表明，Co3O4為單一的尖晶石結(jié)構(gòu)。SEM照片顯示樣品經(jīng)500

3、℃熱處理后，Co3O4顆粒大小約為100nm且修飾層厚度約為20μm。透氧率測試結(jié)果表明表面負(fù)載Co3O4納米顆粒催化劑顯著提升了Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ透氧膜的透氧性能。當(dāng)測試溫度為600℃時(shí)，表面修飾前后透氧膜的透氧率分別為0.1080和0.4302 ml· cm-2· min-1，此外，在600～800℃范圍內(nèi)，透氧膜的表觀活化能從修飾前的91.42 kJ·mol-1降低至50.71 kJ·mol-1。

4、r>　　本論文第三章通過固相法合成了BaFe1-yPryO3-δ粉體。XRD測試結(jié)果表明，BaFeO3-δ和BaFe0.975Pr0.025O3-δ在室溫下分別為六方相和三斜相，其余粉體為立方相，證明摻雜Prn+有利于材料的在低溫下保持立方相。燒結(jié)體試樣的電導(dǎo)率和透氧率都隨著摻雜量的增加而增加，當(dāng)摻雜量y=0.1時(shí)，兩者可分別達(dá)到6.5 S·cm-1和1.112 ml· cm-2· min-1。BaFe0.975Pr0.025O3-δ的

5、高溫XRD測試結(jié)果表明粉體隨著溫度升高由三斜相逐漸向立方相轉(zhuǎn)變，到700℃時(shí)完全轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较啵@使得該材料在此溫度附近的透氧率突然增加。
　　本論文第四章研制了一種適用于透氧膜器件封接的陶瓷玻璃密封劑。陶瓷粉和玻璃粉按不同比例球磨得到總體粒度約為1μm的復(fù)合粉體，通過與有機(jī)載體混合后制得陶瓷玻璃密封膠。XRD測試結(jié)果表明封接材料經(jīng)高溫處理后有相結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，但陶瓷/玻璃質(zhì)量比為6∶4的封接材料相對比較穩(wěn)定。在200～800℃范圍內(nèi)該