[发明专利]一种密封材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机材料技术领域，尤其涉及一种密封材料及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种在中高温下，直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、无污染地转化成电能的全固态化学发电装置。

SOFC主要由单电池、连接件和密封材料构成。在中高温下，SOFC中有燃料气体（H₂等）和氧化气体（O₂等）的产生，如果SOFC的各连接件间出现泄露，燃料气体和氧化气体发生混合，则SOFC将无法工作，严重时将会引发爆炸。为了防止气体泄露，密封材料需要与SOFC各部件保持良好的气密性。而且，在SOFC热循环过程中，由于热膨胀系数的不同和化学不稳定性，密封材料将会与连接件出现间隙、密封材料表面脱落或电池开裂等问题，所以密封材料还应该与其接触的连接件保持热膨胀系数匹配和化学稳定性。

现有技术中，SOFC常用的密封材料包括玻璃-陶瓷基密封材料、金属基密封材料和云母基密封材料等。其中，玻璃-陶瓷密封材料因易于规模化装备及成本低而被广泛应用。专利号为CN100536195C的中国专利公开了一种电池堆密封材料，包括以下重量组分：氧化钡40%～60%、氧化铝2%～10%、氧化硼10%～20%、氧化硅30%～50%、氧化镁3%～5%、氧化钙4%～10%、氧化锶0.2%～2.0%、氧化锆0.4%～2%和氧化铈0.2%～2%组成的高软化点玻璃-陶瓷密封材料；氧化钡30%～40%、氧化铝2%～10%、氧化硼10%～30%、氧化硅40%～50%、氧化镁3%～5%、氧化钙2%～5%、氧化锶0.2%～2.0%、氧化镍0.4%～2.0%、氧化钴0.2%～2.0%和氧化铈0.2%～2.0%组成的低软化点玻璃-陶瓷密封材料；高软化点玻璃-陶瓷材料与低软化点玻璃-陶瓷密封材料的质量比为(7～4):(3～6)；乙醇；松油醇；高软化点玻璃-陶瓷材料与低软化点玻璃-陶瓷密封材料的含量为20%～40%。该密封材料与连接件的界面润湿性能较好，具有优异的热循环性能；但该密封材料对封接温度要求较高，不利于SOFC的封接。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种密封材料及其制备方法，本发明提供的密封材料具有较低的球化点和较宽的球化温度范围，使得该密封材料对封接温度要求较低，有利于SOFC的封接。

本发明提供了一种密封材料，包括以下组分：

9wt.%～15wt.%的Al₂O₃；

35wt.%～50wt.%的SiO₂；

25wt.%～35wt.%的CaO；

5wt.%～15wt.%的B₂O₃。

优选地，包括11wt.%～14wt.%的Al₂O₃。

优选地，包括40wt.%～45wt.%的SiO₂。

优选地，包括28wt.%～33wt.%的CaO。

优选地，包括8wt.%～12wt.%的B₂O₃。

本发明提供了一种密封材料的制备方法，包括以下步骤：

将含硼化合物、含铝化合物、含钙化合物和含硅化合物混合，将得到的混合物熔融后冷却，得到密封材料。

优选地，所述含硼化合物包括Na₂B₄O₇、B₂O₃、H₃BO₃和K₂B₄O₇中的一种或多种。

优选地，所述含硼化合物中的硼、含铝化合物中的铝、含钙化合物中的钙和含硅化合物中的硅的摩尔比为(0.1～0.5):(0.1～0.6):(0.3～1.0):(0.2～1.2)。

优选地，所述含铝化合物包括Al₂O₃、Al(OH)₃、拟薄水铝石和硫酸铝氨中的一种或多种。

优选地，所述熔融的温度为1400℃～1500℃；

所述熔融的时间为1.5h～2.5h。