Высокотемпературный герметик для твёрдооксидных топливных элементов

Результат выполнения научно-исследовательской разработки. Высокотемпературный герметик для твёрдооксидных топливных элементов предназначен для обеспечения долговременной герметичности и термомеханической совместимости соединений разнородных компонентов в высокотемпературных энергоустановках. Относится к составам высокотемпературных герметиков и может быть использовано для герметичного соединения разнородных компонентов твердооксидных топливных элементов при температуре 920-980 °С для долговременной работы в температурном диапазоне 800-900 °С при их изготовлении и сборке в энергетическом машиностроении. В качестве основного стеклообразующего оксида используется SiO2 с содержанием 40-50 мол. %; в качестве модификаторов сети используются малые количества оксида алюминия и оксиды щелочноземельных металлов. Отличительной чертой предлагаемого решения является использование в композиции 10-18 мол. % В2О3 для улучшения адгезии к поверхности коммутационных материалов на основе жаропрочной стали и для управления температурой размягчения герметика. Кроме того, предлагаемая композиция, в отличие от прототипа, не предполагает использования оксидов редкоземельных элементов, что снижает стоимость герметика. Готовится смесь следующим образом: готовится паста на водной основе, содержащая SiO2, ВаСО3, СаСО3, Н3ВО3, Al2O3. Содержание компонентов подбирается таким образом, чтобы итоговый состав герметика после разложения исходных компонентов был, мол. %: SiO2 - 40-50%, ВаО- 16-27%, СаО - 15-25%, В2О3 - 10-18%, Al2O3-2-10%. При заклейке электрохимического устройства герметиком заявляемой композиции по указанной выше схеме наблюдается значительная степень кристаллизации герметика с образование смешанных силикатов кальция-бария общего состава Ca2-xBaxSiO4. Кроме того, комплексное исследование показало наличие небольших количеств СаВ2О4. Предлагаемая композиция не содержит оксидов щелочных металлов и оксидов металлов с переменной валентностью, что приводит к практических полному отсутствию электронной проводимости в герметике и к низкой ионной проводимости. Это обеспечивает привлекательные электроизоляционные свойства герметика и делает незначительными потери мощности устройства за счет тока через герметик. Кроме того, отсутствие оксидов щелочных металлов в предлагаемой композиции вместе со связанностью оксида бора на границе герметик-сталь обеспечивает долгосрочную стабильность химического состава и физических свойств герметика в рабочих условиях ТОТЭ: высокая температура, окислительная или восстановительная атмосфера. Техническим результатом является повышение адгезии к ZrO2 электролиту и к стальным коммутирующим компонентам, термомеханической совместимости предлагаемой композиции с компонентами твердооксидных топливных элементов, а также сочетание температур размягчения и вязкости при температуре заклейки, обеспечивающие герметичное заклеивание твердооксидных топливных элементов без растекания герметика. Разработка защищена патентом РФ № 2822175.