Кислородопроницаемый керамический материал Советский патент 1992 года по МПК C04B35/00 

Изобретение относится к поликристаллическим оксидным керамическим материалам со смешанной проводимостью, которые могут применяться в качестве кислородных мембран и элементов электрохимических устройств с твердыми электролитами на основе оксида висмута в широком интервале температур и парциального давления кислорода.

Известен состав на основе оксида висмута с добавками других оксидов, в том числе оксидов переходных металлов, с преимущественно ионной прово- димостью. Материалы на основе оксида висмута, легированного оксидами тербия и празеодима, имеют более высокое значение кислородопроницаемос- ти, однако являются дорогими и малодоступными из-за высокой стоимости оксидов РЗЗ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является кислородопроницаемый состав, включающий (мол.1): оксид висмута - 50, оксид кобальта - 50.

Обладая высокими значениями ки- слородопроницаемости при 950-1050 К, керамика такого состава имеет коэффициент термического расширения (КТР) 11t2«10 K что не позволяет использовать ее с наиболее перспективными кислородионпроводящими твердыми электролитами на основе оксида висмута.

Цель изобретения - повышение КТР, обеспечивающее его совместимость с

VI

О

ы

4 КЭ

твердыми электролитами на основе оксида висмута, и сохранение высокой кислородопроницаемости при использовании в качестве мембран и элементов электрохимических устройств с твердыми электролитами на основе оксида висмута при температурах 950- 1050 К.

Поставленная цель достигается тем что кислородопроницаемый материал включает оксид висмута и оксид кобальта (Ш) в следующем соотношении (молД): оксид висмута - , оксид кобальта - .

Для получения указанных выше ки- слородопроницаемых керамических материалов проводился твердофазный синтез из оксидов, взятых в указанном отношении, на воздухе при температур 870+20 К в течение 30 ч.

Полученные порошки керамических Материалов прессовались в виде таблеток под давлением 600 МПа и спекались при температуре 920f20 К в тече- .ние 6-20 L( до получения плотной керамики с закрытой пористостью. Коэффициент термического расширения (КТР) образцов рассчитывался с применением методов линейного регрессионного анализа по данным температур- ной зависимости относительного удлинения в интервале температур 300- 1050 К. Кислородопроницаемость образцов рассчитывалась по данным измерения удельной электропроводности и чисел переноса в интервале рабочих температур 950-1050 К.

П р и м е р 1. По данным измерений термического расширения, удельной электропроводности и чисел пере0

5

0

5

носа были рассчитаны КТР и Кислородопроницаемость образца состава 50 мол.% BiO и 50 молД (прототипа) о

П р и м е р 2. Керамические материалы состава (80 молД Bi04tЈ+20 молД СоО) , (85 молД + 15 мол.,% СЬО), (90 молД BiO,i5+ 10 молД СоОЛ-), (95 молД BiO, s + 5 молД СоО,(Г), (97 молД + 3 молД СоО,5) получены и испытаны, как в примере 1.

Результаты приведены.в таблице.

Как следует из данных таблицы, уменьшение добавки оксида кобальта к оксиду висмута до 5-15 молД приводит к приближению КТР керамических

составов к величине 15, 6,5 -Ю К характерной для твердых электроли- тор на основе оксида висмута, что Позволяет совмещать полученные керамические материалы с твердыми электролитами на основе В1г03 при высоком значении кислородопроницаемости.

Ф

ормула изобретения Кислородопроницаемый керамичес- кий материал, содержащий оксиды висмута и кобальта, отличающи flip я тем, что, с целью повышения коэффициента Термического расширения ,, и сохранения высокой кислородопроницаемости при использовании в качестве кислородных мембран и элементов электрохимических устройств с твердыми электролитами на основе оксида висмута при 950-1050 К, он содержит компоненты в следующем соотношении, молД: оксид висмута оксид кобальта 5-15 о

Использование: кислородные мембраны и элементы электрохимических устройств с твердыми- электролитами на основе оксида висмута. Сущность изобретения: кислородсодержащий керамический материал содержит, мол„%: оксид еисмута 85-95, оксид кобальта 5-15. Коэффициент термического расширения (300-1050 К) 15,18-16,It-tO K 1 кислородопроницаемость при К С,3-4,5)ЧО (0моль/с.см. 1 табл. t Ё

Зависимость коэффициента термического расширения (КТР) и кислородопроницаемости от состава