Настоящее изобретение относится к керамическому материалу, в частности к керамическому материалу флюоритового типа для применения в производстве ионо- и/или электронопроводящих керамических продуктов, в частности, для мембран, применяемых для разделения кислорода и кислородсодержащей газовой смеси, и для электролитов в топливных элементах и электрохимических реакторах.
Известны керамические материалы флюоритового типа, имеющие общую формулу
AxByO2-δ
где х≤1, у≤1, - 1<δ<1;
А представляет собой один или несколько металлов, выбранных из группы Ti, Zr, Hf, Се и Тh;
В представляет собой, по крайней мере, еще один металл, выбранный из группы 2А, 3Б, и лантанидной группы (см. Bentzen J.J. et al. "Electrical Conductivity, Structure and Thermal Expansion Behaviour of ZrO2-CeO2-Gd2O3 Solid Solutions", Solid State Ionics, vol.40/41, no. Part. 02, 01.08.1990, p.942-946, ХРOOO173456, abstract, WO 91/09430, С 04 В 35/50, 27.06.1991, GB 1322959, 11.07.1973, Н 01 М 27/16, GB 211467, 01.09.1983, C 01 F 5/02, ЕР 722194, 17.07.1996, С 04 В 35/50).
Керамические материалы для кислородных проводников, основанные на церии, легированном такими металлами, как Y, Sm и Gd, способны проявлять смешанную ионную и электронную проводимость в зависимости от парциального давления кислорода. Материалы на основе церия обладают более высоким значением проводимости, чем материалы на основе циркония, при температуре менее 1000°С, что делает материалы на основе церия применимыми для коммерческого выделения кислорода, применения в топливных элементах и катализаторах. Однако цены на чистый церий и чистые легирующие присадки препятствуют широкому применению. Кроме того, применяемые обычно смешанные оксиды могут быть чрезвычайно тугоплавкими и чрезвычайно неподдающимися спеканию в плотные керамические компоненты.
Задачей изобретения является разработка сравнительно дешевого керамического материала флюоритового типа, обладающего высокой кислородно-ионной или смешанной кислородно-ионной и электронной проводимостью при высоких или средних температурах.
Поставленная задача решается предлагаемым керамическим материалом флюоритового типа, имеющим общую формулу
AxByO2-δ
где х≤1, у≤1, - 1<δ<1, А представляет собой Се;
В представляет собой, по крайней мере, два металла, выбранных из группы 2А, 3Б, и лантанидной группы, за счет того, что Се использован в виде концентрата из бастнезитных минералов.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
Пример
Синтез Ce0,8(Sm/Gd)0,2О1,9.
В качестве сырья используют полученный из бастнезитных минералов Се-концентрат марки 5300 (продукт формулы Unocal/Molycorp, Калифорния, США) состава (вес.%): 55,0 СеО2, 0,7 Fе2О3, 0,5-2 SrO, 5-10 CaO, 5-9 BaO, 6-10 F, 2-6 Р2О5, остаток - окислы других металлов лантанидной группы (потери при прокаливании: 5-10 вес.%), имеющий объемный вес 1,6-1,85 г/см3, и поставляемый указанной фирмой продукт на основе окисла самария состава (вес.%): 57,20 Sm2O3, 21,52 Gd2O3, 7,24 Y2O3, 2,28 En2O3, остаток - окислы других металлов лантанидной группы (потеря при прокалывании: 0,53 вес.%). Данный продукт растворяют в 65%-ной азотной кислоте при соотношении 1:3,7. Концентрат церия также растворяют в 65%-ной азотной кислоте. Затем оба раствора смешивают в соотношении, соответствующем химической формуле. К полученному раствору добавляют топливо горения и по каплям подают во вращающуюся печь, в которой установлена температура 600°С. Получаемый керамический материал имеет вышеприведенную формулу и следующие свойства.
Удельная поверхность: 53,4 м2/г.
Кубическая структура с параметром а=5,430 и размером кристаллита D(220)=100 (согласно методу дифракции рентгеновскими лучами). Гранулы прессуют и спекают при температуре 1600°С в течение 2 часов в воздушной атмосфере.
Согласно методу дифракции рентгеновскими лучами продукт имеет кубическую структуру с параметром а=5,424 .
Настоящее изобретение относится к керамическому материалу флюоритового типа для применения в производстве ионо- и/или электронопроводящих керамических продуктов, в частности, для мембран, применяемых для разделения кислорода и кислородсодержащей газовой смеси, и для электролитов в топливных элементах и электрохимических реакторах. Керамический материал флюоритового типа AxByO2-δ, где х≤1, у≤1 и -1<δ<1; А представляет собой один или несколько металлов, выбранных из группы Ti, Zr, Hf, Се и Th или их смеси; В представляет собой, по крайней мере, два металла, выбранных из группы 2А, 3Б и лантанидной группы металлов. Полученный материал является сравнительно дешевым керамическим материалом флюоритового типа и обладает высокой кислородно-ионной или смешанной кислородно-ионной и электронной проводимостью при высоких или средних температурах. 1 з.п. ф-лы.
АxByO2-δ,
где х≤1, и у≤1, и -1<δ<1;
А представляет собой Се;
В представляет собой, по крайней мере, два металла, выбранных из группы 2А, 3Б и лантанидной группы,
отличающийся тем, что Се использован в виде концентрата из бастнeзитных минералов.
BENTZEN J | |||
J | |||
ET AL | |||
ELECTRICAL CONDUCTIVITY, STRUCTURE, AND THERMAL EXPANSION BEHAVIOUR OF ZrO-CeO-GdO SOLID SOLUTIONS | |||
SOLID STATE IONICS, vol | |||
Приспособление с иглой для прочистки кухонь типа "Примус" | 1923 |
|
SU40A1 |
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ШТИФТОВОЙ СВАРКИ ЗАКРЫТОЙ ВОЛЬТОВОЙ ДУГОЙ | 1924 |
|
SU942A1 |
Авторы
Даты
2004-09-27—Публикация
1999-03-30—Подача