(57)【要約】固体酸化物燃料電池における絶縁接合部として特に有用である、頻繁な熱サイクルを受ける高温作動環境において気密性のままである、二つの部品の間に形成されるシール。第一の金属部品が補強材に取り付けられる。ガラス形成材料が第一の金属部品と第二の部品との間に配置され、ガラスを、ガラス形成材料を溶融させるのに適した温度まで加熱することにより、第一の金属部品と第二の部品との間にシールが形成される。ガラスは、補強材の少なくとも一部を封入および結合し、それによってシール全体に大きな強度を付与する。セラミック材料をガラス形成材料に添加して、第一の金属部品と第二の部品との間の絶縁バリヤの形成を支援し、加熱工程中のガラスの粘度を調整することもできる。2008513346.tif 000005
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程により特徴付けられる、第一の金属部品と第二の部品との間に高強度気密絶縁接合部を形成する方法：
a.  該第一の金属部品に補強材を固着する工程；
b.  該第一の金属部品と該第二の部品との間にガラス形成材料を配置する工程；および
c.  該第一の金属部品、該第二の部品、該補強材および該ガラス形成材料を予め選択した温度まで加熱する工程であって、
それによって該ガラス形成材料が軟化し、該補強材の少なくとも一部ならびに該第一の金属部品および該第二の部品を封入および結合して、該第一の金属部品と該第二の部品との間に気密シールを形成する、工程。
【請求項２】
金属部品が、高温ステンレス鋼および高温超合金からなる群より選択される、請求項1または22記載の方法。
【請求項３】
高温ステンレス鋼が、Durafoil(アルファ4)、Fecralloy、アルミナコートしたステンレス鋼およびCrofer-22APUからなる群より選択される、請求項2記載の方法。
【請求項４】
高温超合金が、Haynes 214、Nicrofer 6025およびDucralloyからなる群より選択される、請求項2記載の方法。
【請求項５】
シールの厚さが約0.1mm〜2mmの範囲内である、請求項1または22記載の方法。
【請求項６】
セラミック材料を、ガラス形成材料に対し、第一の金属部品と第二の部品との間に並置させた状態で付加して、それによって該第一の金属部品と該第二の部品との間に絶縁バリヤを形成する工程をさらに含む、請求項1または22記載の方法。
【請求項７】
セラミック材料が、ジルコニア、安定化ジルコニア、アルミナおよび酸化マグネシウムからなる群より選択される、請求項6記載の方法。
【請求項８】
ガラス形成材料が、B2O3約10モル%、SiO2約35モル%、Al2O3約5モル%、BaO約35モル%、CaO約15モル%および加熱工程中にガス化する有機バインダを含む、請求項1または22記載の方法。
【請求項９】
第二の部品が金属部品である、請求項1または22記載の方法。
【請求項１０】
第二の部品がセラミック部品である、請求項1または22記載の方法。
【請求項１１】
熱サイクルに耐えることができ、
a.  該第一の金属部品に固く接続された補強材、および
b.  該第一の金属部品および該第二の部品に結合され、該補強材の少なくとも一部を封入および結合したガラスシール
を特徴とする、金属製の第一の部品と第二の部品との間に作製される、高強度気密絶縁接合部。
【請求項１２】
第一の金属部品が、高温ステンレス鋼および高温超合金からなる群より選択される、請求項11または21記載の接合部。
【請求項１３】
高温ステンレス鋼が、Durafoil(アルファ4)、Fecralloy、アルミナコートしたステンレス鋼およびCrofer-22APUからなる群より選択される、請求項12記載の接合部。
【請求項１４】
高温超合金が、Haynes 214、Nicrofer 6025およびDucralloyからなる群より選択される、請求項12記載の接合部。
【請求項１５】
シールの厚さが約0.1mm〜2mmの範囲内である、請求項11または21記載の接合部。
【請求項１６】
両部品の間に並置されて、それによって絶縁バリヤを形成するセラミック材料をさらに含む、請求項11または21記載の接合部。
【請求項１７】
セラミック材料が、ジルコニア、安定化ジルコニア、アルミナおよび酸化マグネシウムからなる群より選択される、請求項16記載の接合部。
【請求項１８】
ガラス形成材料が、B2O3約10モル%、SiO2約35モル%、Al2O3約5モル%、BaO約35モル%、CaO約15モル%を含む、請求項11または21記載の接合部。
【請求項１９】
第二の部品が金属部品である、請求項11または21記載の接合部。
【請求項２０】
第二の部品がセラミック部品である、請求項11または21記載の接合部。
【請求項２１】
部品が固体酸化物燃料電池の一部である、請求項11記載のシール。
【請求項２２】
ガラス形成材料が、該ガラス形成材料内に分散したYSZ球体を含有する、請求項1記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、高温用途で使用される部品の間で高強度気密絶縁接合部を形成するためのシステムおよび方法ならびにそれによって製造される接合部に関する。限定されることを意図しないが、本発明は、固体酸化物燃料電池の製造および作動に使用される場合に特に有用である。
【０００２】
政府支援の言明
本発明は、米国エネルギー省によって授与された契約DE-FC26-02NT41246の下、政府支援を受けて成されたものである。米国政府は本発明に一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
固体酸化物燃料電池(SOFC)は、送られてくる燃料の化学的エネルギーを電気化学的反応によって直接的に電気に変換する固体デバイスである。その高い効率および低排出のおかげで、SOFCは、公益事業および自動車産業のような数多くの産業にとってますます魅力的になった。種々のSOFCの中でも、平面タイプが、機械的により頑強であり、高い出力密度を有し、大規模製造の場合でより費用効果的な設計を提供するものと期待されている。SOFCスタックでは、配線を使用してアノード側の燃料とカソード側の空気または酸化体とを物理的に分離する。また、多数のセラミック電池またはPEN(正カソード−電解質−負アノード)をスタック中で電気的に直列に接続する双極プレートとしても機能する。SOFCスタックが正しく機能するためには、配線が隣接コンポーネント、すなわちPENまたはPENを保持する金属枠に対して気密にシールされなければならない。隣接する配線間のシールは、短絡を防ぐために電気絶縁性でなければならない。電気絶縁シール処理は、多くの場合、ガラスセラミックを使用して実施されるが、他のシール技術もまた考察されている。構造安定性を維持し、SOFC性能の低下を最小限にするため、シール材料は、配線とで化学的に適合性であることを求められる。
【０００４】
中温(700〜800℃)で作動する大部分の平面SOFCスタックでは、配線は典型的に、フェライトステンレス鋼から作られ、シール性ガラスによってその隣接コンポーネントに対して気密にシールされなければならない。
【０００５】
ガラスシールに伴って見いだされた固有の問題の一つは、ガラスと金属構造コンポーネントとの間の界面における酸化物スケールの形成である。はじめにうち、このスケール層は、下にある金属基材に十分に付着しているが、SOFCスタックの高温作動条件への長期暴露ののち、スケールは厚みを増し、それによって弱くなり、最終的には、特に熱サイクルを受けると、ガラス−金属シール接合部の破損の根源になる。この問題を緩和する一つの方法は、金属基材の表面を粗化して、ガラスシールが機械的に定位置に固定されるようにする方法である。しかし、簡単なサンドブラストまたは粒界エッチングは、SOFCスタックの典型的な作動条件下で破損しないシールを形成するのに十分なほど「粗い」面を提供しないということが示された。
【０００６】
もう一つの問題は、シール温度におけるガラスの粘度を制御することが困難であり、ガラスが非常に流動的になるおそれがあるということである。ガラスが流動的すぎるならば、シール処理中、特に各部品を正しく嵌め合わせるためにシール工程で荷重または圧縮を加えた場合、ガラスが絞り出されるおそれがある。
【０００７】
したがって、SOFCで見られるような高温用途で使用される金属およびセラミック部品を接続するための改良された方法が要望されている。
【発明の開示】
【０００８】
発明の概要
したがって、本発明の目的は、金属部品と第二の部品との間に、頻繁な熱サイクルを受ける高温作動環境ででも気密性のままであるシールを形成する方法を提供することである。本発明のさらなる目的は、第一の金属部品と第二の部品との間の導電率を防ぐ絶縁性を有するような、この方法によって形成されるシールを提供することである。本発明のこれらおよび他の目的は、まず、第一の金属部品および第二の部品を提供することによって達成される。第二の部品は、セラミックであってもよいし、金属であってもよい。第二の部品が金属である態様では、第二の部品もまた、第一の金属部品に関して以下に記す方法で処理することができる。
【０００９】
次いで、金属補強材、たとえば多孔質メッシュまたは一連の金属突起(金属球体、粒子、ワイヤ、スクリーンおよびファイバを含むが、これらに限定されない)を第一の金属部品に取り付ける。スクリーンまたは他の補強材と第一の金属部品との間に耐久性で強固な接続を形成する、補強材を金属部品に取り付けるための任意の従来技術法が、ろう付け、溶接、焼結などをはじめとして、適当である。そして、ガラス形成材料を第一の金属部品と第二の部品との間に配置し、ガラス形成材料を軟化させるのに適した温度までガラスを加熱することによって第一の金属部品と第二の部品との間にシールを形成する。このようにして、片側が第一の金属部品に結合し、反対側が第二の部品に結合したガラスまたはガラス−セラミック層が形成する。
【００１０】
冷却の前に、そのようにして形成した溶融ガラスが補強材に浸潤し、それにより、取り付けられた金属スクリーンまたは金属突起の少なくとも一部を封入する。このようにして、引っ張り、剪断またはねじれ力が接合部に加えられると、荷重の有意な部分が、ガラス質マトリックスから、補強材と下にある金属基材との間の金属間結合に移される。これらの金属間結合は、従来のガラス−金属接合部に存在する平面的なガラス−酸化物スケール−金属の界面が耐えるよりも実質的に大きな荷重に耐えると考えられる。二次的に、補強材はまた、ガラスまたはガラスセラミックマトリックス内で金属補強相として作用し、それにより、様々な亀裂たわみおよび亀裂鈍化機構を介してベースガラス材料の破壊靱性を高める。両方の効果が複合シールの強度を従来のガラス−金属シールの強度よりも有意に増す。
【００１１】
本発明を考案するに至った動機は、固体酸化物燃料電池において頑強な絶縁接合部を提供することであったが、当業者は、本発明の接合部および本発明の接合部を形成する方法が、第一の金属部品と第二の部品との間に気密な絶縁シールを要する任意の状況で、特に部品にとって高温の作動環境を伴う用途で等しく適用可能であることを認識すると考えられる。したがって、本発明は、固体酸化物燃料電池を伴う用途に限定されるものとして決して解釈されるべきではなく、頑強な絶縁接合部が求められるあらゆる用途を包含するものとして解釈されるべきである。
【００１２】
本発明を考案するに至った動機は、より具体的には、固体酸化物燃料電池において二つの金属部品の間に頑強な絶縁接合部を提供することであったが、当業者は、本発明の接合部および本発明の接合部を形成する方法が、部品の一方だけが金属部品である状況にも等しく適用可能であることもまた認識すると考えられる。たとえば、限定的であることを意図しないが、固体酸化物燃料電池の多くの設計において、気密な絶縁シールを要するかもしれない、金属部品とセラミック部品との間の界面が存在する。したがって、本発明は、固体酸化物燃料電池におけるかそうでないかにかかわらず、二つの金属部品の間にシールを伴う用途に限定されるものとして決して解釈されるべきではなく、少なくとも一方が金属である任意の二つの部品の間に頑強な絶縁接合部が求められるあらゆる用途を包含するものとして解釈されるべきである。
【００１３】
好ましくは、限定的であることを意図しないが、本発明で使用される金属部品および金属補強材は、高温ステンレス鋼および高温超合金として選択される。例示的な高温ステンレス鋼としては、Durafoil(アルファ4)、Fecralloy、アルミナコートしたステンレス鋼およびCrofer-22APUがある。例示的な超合金としては、Haynes 214、Nicrofer 6025およびDucralloyがある。金属部品および補強コンポーネントは、同じ合金である必要はないが、シールおよび最終的な実用を意図した条件下で互いに適合性であるべきである。
【００１４】
好ましくは、限定的であることを意図しないが、本発明によって形成される接合部の厚さは約0.1mm〜2mmの範囲内である。
【００１５】
本発明の接合部を形成する場合、セラミック材料を第一の金属部品と第二の部品との間に並置することができる。セラミック材料は一つより多い機能を果たすことができる。たとえば、セラミック材料は、ガラス形成材料から形成されたガラスと一体化した、第一の金属部品と第二の部品との間の絶縁バリヤの形成を支援することができる。さらには、セラミック材料は、加熱工程中のガラスの粘度の調整を支援することができる。好ましくは、限定的であることを意図しないが、セラミック材料は、溶融ガラスが金属部品と第二の部品との間、金属部品に取り付けられた補強材と第二の部品との間または第一の金属部品に取り付けられた補強材と第二の金属部品に取り付けられた補強材との間の分離を維持して、それにより、二つの部品の間の導電路の形成を防ぐのに十分な粘性を有するように溶融ガラスを改質する。
【００１６】
同時に、セラミック材料は、溶融ガラスが、部品に取り付けられた補強材にガラスを浸潤させ、浸透させて、それにより、補強材および下にある金属基材を封入し、それに直接接着することを可能にするのに十分な流動性を維持することを可能にすることが好ましい。このようにして、ガラスは、部品に直接結合して部品間の気密なシールを形成すると同時に、補強材に浸潤して高耐久性の結合を形成する。好ましくは、限定的であることを意図しないが、セラミック材料は、ジルコニア、安定化ジルコニア、アルミナ、酸化ニッケルおよびそれらの組み合わせとして選択される。
【００１７】
シール中の絞り出しの量を最小限化または抑制するため、本発明は、限定的ではないが、小さな単粒度セラミック(例示的なイットリア安定化ジルコニア)球体を、約2〜5容量%の添加率で、シールに使用する前のガラス形成材料に配合することを考慮している。セラミック球体は、ガラスが軟化し、流動するシール温度ででも形状安定性であり、その強固な固体形態を保持する。球体は、耐荷重カラムとして作用すると同時に形状スペーサとしても作用して、シール形成で使用される加熱および圧縮工程中に過剰な量のガラスが二つのシール面の間から絞り出されることを防ぐ。球体はまた、電池枠の中の潜在的な金属間接触をなくし、それにより、スタックが電気的に短絡することを防ぐ。
【００１８】
同じく好ましくは、限定的であることを意図しないが、セラミックは、加熱およびシール形成の前のガラス形成材料中に均一に分散させた、長さ約1mm×直径20μmの小さなファイバとして提供される。このタイプの適当なセラミックの例は、Florida, NYのZircar Zirconia, Inc.から購入することができるタイプZYBF材料である。同じく好ましくは、限定的であることを意図しないが、セラミックファイバまたは粒状物を含有しないガラス形成材料を、たとえばペーストとして、二つの金属部品の補強面それぞれに局所的に塗布し、浸潤させる。セラミックファイバ、球体または多孔質つや消し材を含有する第二のガラス形成材料を二つの部品の間に配置し、加熱してシールする。このようにして、補強材へのガラス浸潤および電気絶縁シールの形成をいずれも容易に保証することができる。
【００１９】
ガラスそのものは、B2O3約10モル%、SiO2約35モル%、Al2O3約5モル%、BaO約35モル%、CaO約15モル%およびバリウムアルミノケイ酸塩系のガラスの他の形態ならびにそれらの組み合わせを含むことができるが、それらに限定されない。ガラスは、好ましくは、有機バインダ材料、たとえばCleveland, OhioのFerro Corporationから購入することができる有機バインダ材料と混合する。バインダおよびそれに伴う溶媒の適切な選択により、ガラス形成性ペーストを調合することも、あるいはガラス形成材料の薄いシートまたはテープを調製することのいずれもできる。特に、ペーストは、ガラス形成材料を金属部品および第二の部品に対して正確な場所および正確な量で塗布することを可能にして、気密シールの形成を可能にする。次いで、金属部品および第二の部品を合わせて配置し、有機バインダ材料を完全に酸化させ、ガス化させ、ひいては除去し、ガラス形成材料を溶融させ、結合した補強材に浸潤し、完全ではないにしても少なくとも部分的に封入するガラスを形成させるのに十分な時間および十分な温度で加熱して、それによって本発明の気密絶縁接合部を形成する。本明細書で記載する好ましい材料の場合、825℃で1時間の加熱が接合部を形成するのに十分である。
【００２０】
好ましい態様の詳細な説明
本発明の装置および方法を実証し、本発明によって形成された接合部またはシールを試験するために一連の実験を実施した。これらの実験は本発明の特定の特徴および局面を実証するのに有用であるが、本発明の様々な局面すべてを余すところなく示すものとして決して解釈されるべきではない。当業者によって理解されるように、本発明の利点の多くは、非限定的に、材料ならびにそのような材料を組み合わせるために使用される方法および作動パラメータの選択をはじめとして、本明細書に記載する実験の有意な変形によっても容易に達成することができる。したがって、本発明は、請求の範囲によって包含される、本発明に対するそのような変形および等価物すべてを含むものと広く解釈されるべきである。
【００２１】
本発明は、補強材、たとえば、金属基材に対して焼結、エッチングもしくは機械加工される金属粉末、金属ワイヤ、メッシュスクリーンもしくは一連の金属突起または基材に固着させたのちシールガラスによって包囲することができる任意の他の形態の金属の使用を考慮する。本発明の一つの概念は、引っ張りまたは剪断またはねじれ力が接合部に加えられると、その荷重が補強材と基材との間の金属間接合部に移されるということである。これらの金属間接合部は、ガラス−酸化物スケール−金属の界面が耐えるよりもずっと大きな荷重に耐えると考えられる。
【００２２】
本発明によって形成されるシールの耐久性を試験するため、一連の部品を接合した。一つの態様では、一般的な座金に似ている内径15mm、外径44mmの金属リングからなる第一の部品を、直径25mmの平坦なディスクからなる第二の部品に接合した。種々の金属を選択したのち、部品と部品との間にガラス形成材料を配置し、次いで、ガラス形成材料を溶融させるのに十分な温度で十分な時間だけ加熱し、それにより、それをガラスに形成し、そのガラスを金属部品の表面に接着させることによって接合した。一部の実験では、ガラス形成材料のみを使用して結合を形成し、他の実験では、はじめに、対応する金属部品とほぼ同じ形状寸法のスクリーンを、本明細書で記載したような部品に溶接し、さらに他の実験では、同じく本明細書で記載したようなさらなるセラミックスをガラス形成材料に添加した。
【００２３】
第二の態様では、はじめに、金属リングとほぼ同じ形状寸法の金属スクリーンを、本明細書で記載したような部品および先に記載したようにディスクのYSZ側にガラスシールされた厚さ350μmのアノード材料に取り付けた厚さ8μmのYSZ層から名目上なるセラミック二重層ディスクを含む第二の部品に溶接した。比較として、SOFC窓枠は、金属支持体、ガラス形成材料およびアノード／電解質からなる。SOFCカセットは、金属セパレータプレートに結合(レーザ溶接)された前記窓枠からなる。シールされた金属リング−セラミック二重層ディスクの試験片は、窓枠コンポーネントにおけるシールを近似し、シールされた金属リング−金属ディスクの試験片は、完全なSOFCスタックを形成する場合に使用される、カセット間のシールを近似する。
【００２４】
次いで、第一の部品および第二の部品を試験して、第一の部品から第二の部品への導電路が存在するかどうかを決定した。最後に、第一の部品中の穴を介して圧力を加えてシールを破損させ、第二の部品を「はじけさせる」かまたは破裂させた。これらの破壊強度試験は、種々のシールの強度の絶対的な尺度を提供するわけではないが、部品に使用される種々の材料、補強材の有無およびガラス形成材料に加えられるセラミックの有無のような変数を比較する場合、シールの相対強度の優れた尺度を提供する。表1は、本発明の試験に使用した種々の試験片、金属コンポーネント、シールタイプおよびセラミックコンポーネントの例をまとめたものである。
【００２５】
表2は、試験条件の関数としての破壊強度値をまとめたものである。すべての強度値は、平方インチあたりのポンド数(psi)として記録されている。シール試験片は、本明細書に記載したように調製した20ミルCrofer-22APUおよびNi-YSZ/YSZ二重層を使用して構築した。シールを825℃で1時間実施し、次いで750℃で4時間アニールしたのち、室温まで冷ました。10分かけて気温から750℃まで加熱し、750℃で10分間保持し、40分かけて室温まで戻すことにより、熱サイクル試験を実施した。静止空気中750℃で時効試験(ソーキング)を実施した。
【００２６】
「G-18」と指定されたガラスは、B2O3約10モル%、SiO2約35モル%、Al2O3約5モル%、BaO約35モル%、CaO約15モル%および前記発明の概要で好ましい態様として記載したように加熱工程でガス化する有機バインダで形成されたものである。
【００２７】
例として、図1は、本発明の試験を実施した方法を示す。試験は、本質的に、主要な燃料電池コンポーネント、すなわち窓枠およびカセットの小型化バージョンを試験片として用いる。図1にしたがって、金属座金1がSOFCの金属枠として働く。直径25mmのセラミック二重層クーポン2または金属ディスクがガラスシール3によって金属座金1に直接シールされる。比較として、pSOFCスタックで使用される、外径44mmで直径15mmの同心孔を有する同じ組成の枠4がガラスシール3によってアノード支持二重層クーポン5にシールされる。実際のセラミックpSOFC電池と同様に、アノード支持二重層クーポン2および5は、アノードとしてのNiO-5YSZおよび電解質としての5YSZからなる。二重層クーポンは、Pacific Northwest National Laboratoryで開発されたテープキャスティング技術および同時焼結技術によって製造した。アノード層を調製するために、NiO (J. T. Baker, Inc.)、5YSZ (Zirconia Sales, Inc.)およびカーボンブラック(Columbia)粉末を、2-ブタノン／エチルアルコール溶媒中、38：25：37の容量%比で、ポリビニルブチラールバインダおよび分散剤系とともに1.5日間ボールミル粉砕した。そのスラリーを、シリコーンコートしたマイラー上にキャスティングして、溶媒蒸発後、厚さ〜0.4mmのテープを形成した。電解質テープは、5YSZを、2-ブタノン／エチルアルコール中、ポリビニルブチラールバインダおよび分散剤系とともに2日間ボールミル粉砕し、そのスラリーをドクターブレード技術によってシリコーンコートしたマイラー上にキャスティングして、乾燥時厚さ約50μmのテープを形成することによって調製した。次いで、アノードおよび電解質テープを100×100mmのパイルにレーザカットした。熱と圧力との併用によって多数のアノードテープのパイルを1プライの電解質テープとともに積層して、単一の未加工二重層テープを形成した。この積層テープから、丸刃ホットナイフを使用して直径30mmのディスクを切り出した。そして、未加工の部品を空気中1350℃で1時間焼結して、公称で直径25mm×厚さ600μmの、平均電解質厚さ〜8μmの完成品二重層コンポーネントを得た。
【００２８】
断りない限り、リングおよびディスクの製造に使用した金属材料は、アニールされた状態で厚さ300μmのシートとして調達した。放電加工によって平坦な座金形の試験片およびディスク形の試験片をシートから切り出し、シール面を公称10μmのダイヤモンドグリット仕上げまで研磨し、脱イオン水を流してグリットを除去し、アセトン中で10分間、超音波清浄し、使用前にメタノールで拭き取った。補強材、たとえば公称的にはリングおよびディスク部品と同じサイズおよび形状の金属スクリーンを切り出し、対応する平坦な金属部品にスポット溶接して、シール中のガラスマトリックスのための補強面を形成した。
【００２９】
たとえばG-18と指定されたガラスシール組成物は、以下の酸化物：B2O310モル%、SiO235モル%、Al2O35モル%、BaO35モル%およびCaO15モル%の混合物から独自に溶融させた自社設計のバリウムカルシウムアルミノケイ酸塩ベースのガラスであった。このG-18粉末を平均粒度〜20μmまで粉砕し、ポリビニルブチラールバインダ系と混合して、自動化シリンジディスペンサを使用して0.075g／直線距離cmの均一な速度で基材表面に施与することができるペーストを形成した。このようにして、ガラスペーストを二重層ディスクのYSZ側または金属ディスクの補強材側に小出しした。次いで、各ディスクを座金試験片の上に同心的に配置し、50gの荷重を加え、空気中、以下のシールスケジュールの下で加熱した：10℃／分で室温から850℃まで加熱し、850℃で1時間保持し、5℃／分で750℃まで冷まし、750℃で4時間保持し、5℃／分で室温まで冷ます。
【００３０】
図2に示すように、SOFCカセットはSOFCスタックの繰り返し単位である。SOFCカセットは、セラミックPEN10(カソード層を被着された二重層)を金属枠12にシールし、前記窓枠を形成し、それを金属セパレータプレート14に結合(レーザ溶接)したものからなる。GFMコンセプトでは、補強材16(たとえばメッシュ)は、各カセットの、各マニホルド開口18の周囲の面およびカセット20の外周縁を含むシール面に事前に接合される。典型的には、カセット間の電気絶縁を保証するためのセラミックスペーサ材料(ファイバ、球体、粒状物等)を含有するガラス形成材料22を使用して、隣接するカセットどうしを気密にシールする。カセットのスタック全体が典型的に1回のシール処理で接合される。
【００３１】
破壊試験で使用される実験設備の概要が図3に示されている。試料が、下フランジ30および上フランジ32からなる取り付け具の中に配置され、カップリング34が2個のフランジ30、32を固着し、センタリングし、Oリング36が座金の下面に対して締め付けられる。エアライン40を介して送り込まれる圧縮気を使用して座金試験片の背面を150psiの最大定格圧まで加圧した。デジタルレギュレータ38が、接合した二重層ディスク33の背後の圧を所与の設定点まで徐々に高めることを可能にする。この圧縮気の量を試験片と弁との間で切り離すと、圧力の減衰によってシールの漏れを識別することが可能になる。このようにして、この装置を使用して、シールの破損を生じさせることなく、所与のシール構造の気密性を計測することができる。または、試験片破壊点の圧力を高めることにより、圧力ゲージ42を使用して、試験片が耐えることができる最大圧を計測することもできる。接合条件ごとに最低6個の試験片を試験した。
【００３２】
（表１）図1に対応する試験片構造。金属基材はすべて厚さ20ミル。
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【００３３】
（表２）
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【００３４】
本発明の基本的教示を逸することなく本発明のシステムおよび方法に様々な変形、追加または削除を加えることができることは明らかである。また、本明細書に記載する種々の要素および工程は、現在好ましい態様とみなされる態様を例示するものであり、その等価物をも包含するものと解釈されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
本発明の態様の以下の詳細な説明は、図面と合わせて読むことにより、より容易に理解されよう。
【図１】SOFC窓枠コンポーネントと破壊試験片との比較図(比較尺には示されていない)である。
【図２】カセットのカセットシールの図である。
【図３】破壊試験装置の略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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