СОСТАВ СТЕКЛА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗОНЕПРОНИЦАЕМЫХ СОЧЛЕНЕНИЙ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ДВУОКИСИ ЦИРКОНИЯ
GLASS COMPOSITION TO MAKE GASTIGHT JOINTS BETWEEN CERAMIC ARTICLES MADE FROM STABILISED ZIRCONIUM DIOXIDE

Двуокись циркония, стабилизированная окислами Ca, Y, Sc, и др., является ионным проводником и находит все более широкое применение в качестве твердых электролитов, используемых в различных электрохимических устройствах, кар например: топливные элементы, кислородные датчики, электролизеры для получения водорода, системы жизнеобеспечения и др.
Во всех этих устройствах используются газовые электроды, что обуславливает необходимость разделения приэлектродных пространств и создания необходимых сочленений керамических изделий из стабилизированной двуокиси циркония.
2
3
2
Предлагавшийся ранее состав стекла, содержаний BaO, CaO, AlO и SiO в заявке №1040301/26-25 заявителей Ханса Хайриха Мебиуса, Карлхайнца Вильмса Рессау (ГДР) имеет ряд недостатков: керамическое сочленение обладает малой механической прочностью; взаимодействие стекла с керамикой приводит к растрескиванию последней при повторной нагревании, что ограничивает дальнейшее использование электрохимического устройства.
Цель настоящего изобретения состояла в разработке такого состава стекла, при использовании которого сочленения керамических изделий из стабилизированной двуокиси циркония в электрохимических устройствах с твердым электролитов обеспечивали бы достаточное, надетое разделение газовых пространств в диапазоне рабочих температур вплоть до 1000°C и выдергивали бы многократное повторение цикла нагрев - охлаждение, надежность работы электрохимических устройств во времени, а также большую механическую прочность. Выполнение этих условий предполагает прежде всего близость коэффициентов термического расширения стекла и стабилизированной двуокиси циркония, а также отсутствия сильного взаимодействия между стеклом и стабилизированной двуокисью циркония, вызывающей разрушение последней.
2
2
2
3
2
Согласно изобретению, поставленная цель достигается тем, что в состав стекла, представляющий собой расплав окислов, дополнительно введены: двуокись циркония ZrO, окись стронция SrO и окись цинка ZnO. В то же время из состава стекла авторами исключен ингредиент -  окись алюминия, которая по нашим данным оказывает наибольшее отрицательное влияние. Ингредиенты, входящие в состав стекла, были взяты в следующих соотношениях (в процентах по весу): двуокись кремния - SiO - 33,0; борный ангидрид BO - 3,0; окись бария BaO - 32,0; двуокись циркония ZrO - 5,0; окись кальция CaO - 10,0; окись стронция SrO - 15,0; окись цинка ZnO - 2,0.
Предварительно из перечисленных компонентов, взятых в требуемом соотношении, варится стекло при температурах 1450-1500°C с выдержкой в течение одного часа. Сваренное стекло после охлаждения измельчается до крупности - 0,05 мм.
Из полученного порошка готовится суспензия на основе раствора каучука или водной суспензии, содержащей поливиниловый спирт. Приготовленная суспензия наносится на сочленение керамических изделий при помощи кисточки или шпателя, в виде тонкого шва и производится сушка сочленений. Применение суспензии на растворе каучука ускоряет процесс сушки. Затем керамические изделия нагревают до температуры 1170-1180°C с 15-20 минутной выдержкой, охлаждение производится со скоростью 3-5 градусов в минуту.
Предложенный состав стекла бил использован для разделения газовых пространств и создания различных сочленений в топливных элементах, которые удовлетворительно выдерживали многократную цикличность (нагрев - охлаждение) до 1000°C, без нарушения герметичности и механической прочности сочленений.