DE4119499C1 - Ceramic powder sinters for fuel cells - intensively mixes starting materials esp. nitrate(s) in water and citric acid and concentrates soln. until unstirrable before azeotropic distn. - Google Patents
Ceramic powder sinters for fuel cells - intensively mixes starting materials esp. nitrate(s) in water and citric acid and concentrates soln. until unstirrable before azeotropic distn.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur naßche mischen Herstellung keramischer Pulver.The invention relates to a method for wet mix manufacture ceramic powder.
Zur Herstellung von Hochtemperaturbrennstoffzellen wer den keramische Pulver benötigt, die z. B. zum Aufbringen von Elektrodenschichten auf einen keramischen Elektroly ten oder einen keramischen Träger verwendet werden kön nen. Solche Pulver können nach klassischen Methoden durch Mischen von Oxiden mit organischen Zusätzen, Cal cinieren bei mehr als 1000°C und anschließendes Mahlen hergestellt werden. So hergestellte Pulver enthalten je doch harte Agglomerate, die beim Mahlen nur zum Teil aufbrechbar sind. Die somit im fertiggestellten Pulver noch enthaltenen Agglomerate führen bei der Weiterverar beitung zu gesinterten keramischen Schichten zu uner wünschten Eigenschaften der Schichten, wie z. B. zu ge ringe Sinterdichten oder zu hohe Porosität, wodurch die Leistungsfähigkeit der damit hergestellten Brennstoffzellen beeinträchtigt werden kann. Das Sinterverhalten der Pulver kann zwar durch Zusatz von Sinterhilfen verbessert werden, jedoch können bei diesem Vorgehen durch unvollständiges Mi schen Inhomogenitäten in der chemischen Zusammensetzung auftreten, wodurch die elektrischen Eigenschaften der her gestellten Schichten stark beeinträchtigt werden können. Außerdem wird durch unerwünschte Diffusion dieser Zusätze in andere Funktionseinheiten die Langzeitstabilität negativ beeinflußt.For the production of high temperature fuel cells who the ceramic powder needed, the z. B. for application from electrode layers to a ceramic electrolyte ten or a ceramic support can be used nen. Such powders can be made using classic methods by mixing oxides with organic additives, Cal cine at more than 1000 ° C and then grinding getting produced. Powders produced in this way each contain but hard agglomerates, which are only partially in the grinding are breakable. So in the finished powder agglomerates still present lead to further processing processing to sintered ceramic layers too un desired properties of the layers, such as. B. ge rings sintered densities or too high porosity, which causes the Performance of the fuel cells produced with it can be affected. The sintering behavior of the powder can be improved by adding sintering aids, however, incomplete Mi. chemical inhomogeneities occur, causing the electrical properties of the forth provided layers can be severely impaired. In addition, by undesirable diffusion of these additives long-term stability negative in other functional units influenced.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbes sertes Verfahren zur naßchemischen Herstellung von kerami schen Pulvern anzugeben.The invention is therefore based on the object, a verbes sertes process for the wet chemical production of kerami powders.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst zur naßchemi schen Herstellung keramischer Pulver in nachstehenden Schritten:This problem is solved by a wet chemical method The production of ceramic powder in the following Steps:
- a) Herstellen einer wäßrigen Zitratlösung durch Lösung und intensive Mischung von wasserlöslichen Ausgangs verbindungen, insbesondere Nitraten in Wasser und Zi tronensäure,a) Preparation of an aqueous citrate solution by solution and intense blend of water-soluble starting compounds, especially nitrates in water and ci tronic acid,
- b) Einengen der Zitratlösung bis zur aufhörenden Rührfä higkeit,b) Concentrate the citrate solution until it stops stirring ability,
- c) azeotrope Destillation durch mehrfaches Versetzen der eingeengten Zitratlösung in der Siedehitze mit To luol, wobei ein Aufschäumen eintritt,c) azeotropic distillation by repeating the concentrated citrate solution at the boiling point with To luol, foaming occurs
- d) Calcinieren des aufgeschäumten Materials bei Tempera turen unterhalb von 500°C.d) calcining the foamed material at tempera doors below 500 ° C.
Das Verfahren kann vorteilhaft verwendet werden zur Her stellung von keramischen Pulvern des Typs Lax(Mg, Ca, Sr)1-xMM′O3, mit M = Mn, Cr, Ni und M′ = Cr, Ni, Bi. Vorteilhafte Eigenschaften der nach dem erfindungsge mäßen Verfahren hergestellten Pulver sind große Homo genität und hohe Sinteraktivität. Dadurch kann ohne Sin terhilfen gesintert werden. Die Pulver sind als kerani sche Kleber verwendbar.The method can be used advantageously for the production of ceramic powders of the type La x (Mg, Ca, Sr) 1-x MM'O 3 , with M = Mn, Cr, Ni and M '= Cr, Ni, Bi. Advantageous Properties of the powder produced by the process according to the invention are high homogeneity and high sintering activity. This allows sintering without sintering. The powders can be used as kerani adhesive.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Fließschemas näher erläutert.The method according to the invention is described below of the flow diagram shown in the drawing explained.
Es werden wasserlösliche Ausgangsverbindungen, z. B. Ni trate, unter Zusatz von Zitronensäure in Wasser gelöst und intensiv gemischt, z. B. im Becherglas mit einem La bor-Dispenser. Dadurch läßt sich eine Homogenität auf atomarer Ebene erzielen. Die beim Zusatz von Zitronen säure und anschließendem Einengen entstehenden Kristal lite liegen im Nanometer-Bereich und zeigen daher selbst ohne Zugabe von Sinterhilfen eine hohe Sinteraktivität. Da beim Einengen und anschließenden Calcinieren der ge bildeten Zitrate in Gegenwart von Restwasser die Gefahr einer erneuten Agglomeratbildung besteht, wird abwei chend von einem als Pecchini-Methode bekannten Verfahren die wäßrige Zitratlösung bis zur aufhörenden Rührfähig keit eingeengt und dann in der Siedehitze mehrfach mit Toluol versetzt. Dieses Toluol ist in der Lage, noch vorhandene Wasserspuren azeatrop zu entfernen. Eine Bil dung harter Agglomerate durch vorhandenes Restwasser beim Calcinieren wird dadurch unterdrückt. Weiterhin sind die Zitrate in Toluol unlöslich, was zu einer Haut bildung auf der Oberfläche des Ansatzes führt. Da diese Haut das Abdampfen des Lösungsmittels behindert, bilden sich unter der Haut Dampfblasen, die zu einem starken Aufschäumen führen. Da dieser "Schaum" eine extrem hohe innere Oberfläche besitzt, erhält man schon bei Tempera turen unter 500°C eine vollständige Zersetzung der Zi trate in die gewünschten Oxide. Da bei diesen Temperatu ren weder Agglomeraten gebildet werden, noch eine teil weise Entmischung möglich ist, sind diese Pulver sowohl sinteraktiv als auch chemisch homogen.There are water-soluble starting compounds, for. B. Ni trate, dissolved in water with the addition of citric acid and mixed intensively, e.g. B. in a beaker with a La boron dispenser. This allows homogeneity at the atomic level. The addition of lemons acid and subsequent concentration of the resulting crystal lite are in the nanometer range and therefore show themselves high sintering activity without the addition of sintering aids. Since when the concentration and subsequent calcination of the ge Citrates were a danger in the presence of residual water renewed agglomerate formation is rejected from a process known as the Pecchini method the aqueous citrate solution until it stops stirring concentrated and then several times in the boiling heat Toluene added. This toluene is still able remove existing traces of water azeatropically. A bil Formation of hard agglomerates through existing residual water this suppresses during calcining. Farther citrates are insoluble in toluene, causing skin education on the surface of the approach leads. This one Skin prevents the solvent from evaporating vapors under the skin, causing a strong Lather up. Because this "foam" is extremely high has an inner surface, you get it from Tempera tures below 500 ° C a complete decomposition of the Zi occurred in the desired oxides. Because at these temperatu neither agglomerates are formed, nor a part wise segregation is possible, these powders are both sinter active as well as chemically homogeneous.
Die oxidischen Pulver können im Walzenstand mit geringem Energieeintrag verkleinert und anschließend gesiebt wer den, um Pulver mit der gewünschten Korngröße bereit zu stellen. Die Korngröße liegt im µm-Bereich, da schwach gebundene Agglomerate (Sekundärkorn) gebildet werden. Das Pulver kann zur Herstellung von Schichten oder Form körpern durch Pressen, Siebdruck oder ein anderes Form gebungsverfahren weiter verarbeitet werden, wobei eine hohe Gründichte und Homogenität feststellbar ist. Durch anschließendes Sintern lassen sich Formkörper oder Schichten herstellen, die sich durch hohe Dichte und Ho mogenität, sowie hohe elektrische Leitfähigkeit aus zeichnen.The oxide powders can be low in the roller stand Reduced energy input and then sieved to prepare powder with the desired grain size put. The grain size is in the µm range because it is weak bound agglomerates (secondary grain) are formed. The powder can be used to make layers or mold embody by pressing, screen printing or some other form processing procedures, where a high green density and homogeneity can be determined. By subsequent sintering can be molded or Produce layers that are characterized by high density and Ho homogeneity and high electrical conductivity to draw.
Claims (2)
- a) Herstellen einer wäßrigen Zitratlösung durch Lösung und intensive Mischung von wasserlöslichen Ausgangs verbindungen, insbesondere Nitraten in Wasser und Zi tronensäure,
- b) Einengen der Zitratlösung bis zur aufhörenden Rührfä higkeit,
- c) azeotrope Destillation durch mehrfaches Versetzen der eingeengten Zitratlösung in der Siedehitze mit To luol, wobei ein Aufschäumen eintritt,
- d) Calcinieren des aufgeschäumten Materials bei Tempera turen unterhalb von 500°C.
- a) preparing an aqueous citrate solution by dissolving and intensively mixing water-soluble starting compounds, in particular nitrates in water and citric acid,
- b) concentration of the citrate solution until it stops stirring,
- c) azeotropic distillation by repeatedly adding the concentrated citrate solution at the boiling point with toluene, which causes foaming,
- d) calcining the foamed material at temperatures below 500 ° C.
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EP0873969A1 (en) * | 1997-04-24 | 1998-10-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Process for the preparation of a ceramic powder for powder coating and use of the process for preparing a component of a high temperature fuel cell |
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US4810680A (en) * | 1986-06-26 | 1989-03-07 | Corning Glass Works | Preparation of high purity, homogeneous zirconia mixtures |
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Non-Patent Citations (1)
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Derwent Kurzreferat 90-152294/20 * |
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EP0873969A1 (en) * | 1997-04-24 | 1998-10-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Process for the preparation of a ceramic powder for powder coating and use of the process for preparing a component of a high temperature fuel cell |
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