ผลของ R2O3 (R = Bi, La, Cr) ต่อสมบัติของวัสดุกันรั่วไร้แบเรียมจากกลาสเซรามิกฐานโอเคอร์มาไนต์และไดออปไซด์

Abstract

กลาสเซรามิกกันรั่วไร้แบเรียมสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์ของแข็ง จากระบบ R2O3-CaO-MgO-B2O3-Al2O3-SiO2 (R = Bi, La, Cr) ถูกพัฒนาขึ้น และได้ทำการตรวจสอบสมบัติต่าง ๆ แก้วถูกเตรียมโดยการหลอมที่อุณหภูมิ 1500 องศาเซลเซียส ก่อนที่จะทำการตรวจสอบสมบัติทางความร้อน ได้แก่ อุณหภูมิสภาพแก้ว อุณหภูมิตกผลึก อุณหภูมิอ่อนตัว และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงความร้อน ทำการทดสอบการยึดติดของกลาสเซรามิกและแผ่นโลหะผสม Fe-Cr ZMG232G10 ที่อุณหภูมิ 900 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง แล้วผ่านกระบวนการความร้อนที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 100 ชั่วโมง และตรวจสอบด้วย SEM/EDS กลาสเซรามิกที่ผ่านกระบวนการความร้อนเป็นเวลานานถูกตรวจสอบความมีเสถียรภาพด้วยการศึกษาการเปลี่ยนแปลงการเกิดผลึก และการเปลี่ยนแปลงสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงความร้อน ด้วยเครื่อง XRD และไดลาโทมิเตอร์ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่ากลาสเซรามิกที่เจือด้วยบิสมัทออกไซด์ (Bi2O3) และแลนทานัมออกไซด์ (La2O3) มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงความร้อนสูงขึ้น เนื่องมาจากการเกิดผลึกโอเคอร์มาไนต์ (åkermanite; Ca2MgSi2O7) ที่เพิ่มขึ้นหลังจากผ่านกระบวนการความร้อนที่ 900 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง การผ่านกระบวนการความร้อนเป็นเวลานานที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส พบว่า ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงความร้อนของกลาสเซรามิกที่เจือด้วย Bi2O3 และ La2O3 สูงขึ้น อันเนื่องมาจากการเกิดผลึกมอนทิเซลไลต์ (monticellite; CaMgSiO4) และการเพิ่มขึ้นของปริมาณผลึกโอเคอร์มาไนต์ตามลำดับ นอกจากนี้ยังพบว่ากลาสเซรามิกทุกองค์ประกอบสามารถยึดติดได้ดีกับแผ่นโลหะผสม Fe-Cr ZMG232G10 และอัตราการรั่วของกลาสเซรามิกจะมีค่าลดลงเมื่อเจือด้วย Bi2O3 La2O3 และ Cr2O3 สภาพต้านทานไฟฟ้าของกลาสเซรามิก จากแก้วทุกสูตรในระบบนี้มีค่าสูงกว่าความต้องการขั้นต่ำสำหรับการนำกลาสเซรามิกไปใช้เป็นวัสดุกันรั่วสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์ของแข็ง (> 1 x 104 Ω.cm)