Glass-ceramic material and method of making

Details Glass-ceramic material and method of making Glass-ceramic material and method of making

C - Chemistry, Metallurgy

03

C

C03C 8/24 (2006.01) C03C 27/00 (2006.01)

Patent

CA 2512083

The present invention is a glass-ceramic material and method of making useful for joining a solid ceramic component and at least one other solid component. The material is a blend of M1-M2-M3-M4, wherein M1 is BaO, SrO, CaO, MgO, or combinations thereof, M2 is Al2O3, present in the blend in an amount from 2 to 15 mol%, M3 is SiO2 with up to 50 mol% B203 and a metal oxide selected from the group of La2O3, Y2O3, Nd2O3 or combinations thereof, or between 0.1 and 7.5 mol% K2O. In the case of a metal oxide from the group La2O3, Y2O3, Nd2O3 or combinations thereof, it is preferred that the composition contain an additional 0.1 to 3 mol %CuO. In all cases, the glass ceramic material in a crystalline phase substantially matches a coefficient of thermal expansion of solid electrolytes having a thermal expansion coefficient of 12 x 10-6 ~C-1 as measured from 25 ~C to 1000 ~C, and does not degrade with repeated heat cycling. According to the present invention, the series of glass ceramics in the M1-Al2O3-M3-M4 system can be used to join or seal both tubular and planar solid oxide fuel cells, oxygen electrolyzers, and membrane reactors for the production of syngas, commodity chemicals and other products.

L'invention porte sur un matériau vitrocéramique permettant de lier un élément céramique solide à au moins un autre élément solide. Il s'agit d'un mélange du type M1-M2-M3-M4, où M1 est BaO, SrO, CaO, MgO, ou leur combinaison, M2 est Al¿2?O¿3?, présent à raison de 2 à 15 mole %, M3 est SiO¿2? avec jusqu'à 50 mole % de B¿2?0¿3? et un oxyde métallique choisi parmi La¿2?O¿3?, Y¿2?O¿3?, Nd¿2?O¿3? ou leur combinaison, ou entre 0,1 et 7,5 mole % de K¿2?O. Dans le cas d'oxydes métalliques du groupe La¿2?O¿3?, Y¿2?O¿3?, Nd¿2?O¿3? ou de leur combinaison, il est préférable d'ajouter au mélange de 0,1 à 3 mole % de CuO. Dans tous les cas, le matériau vitrocéramique en phase cristalline présente un coefficient de dilatation thermique, correspondant à celui des électrolytes solides, de 12 x 10?-6¿ ·C?-1¿ mesuré de 25 ·C à 1000 ·C, et ne se dégrade pas malgré des cycles thermiques répétés. La série des vitrocéramiques du système M1-Al¿2?O¿3?-M3-M4 de l'invention peut servir à joindre ou étanchéifier des piles à combustible tubulaires ou planes à oxyde solide, des électrolyseurs d'oxygène ou des réacteurs à membrane de production gaz de synthèse, de produits chimiques, ou d'autres produits.

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