高周波プラズマ溶射法による高温固体燃料電池の一貫作成プロセス開発

高频等离子喷涂高温固体燃料电池集成制造工艺开发

基本信息

批准号：
63603511
负责人：
吉田豊信
金额：
$ 2.05万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1988
资助国家：
日本
起止时间：
1988 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

高周波プラズマ溶射法の特徴を明確にする為、まず、SMAC法をベースとして溶融粒子の変形・凝固に関する数値計算を行った結果、凝固がほぼ変形後に始まること等を明らかにした。また、従来のプラズマ溶射法と比較して、接合界面で単位面積あたりの熱移動量が十倍程大きくなり、高温固体電解質ZrO_2-Y_2O_3(YSZ)溶射における接合・密着性における有利性を明らかにした。。Z、最適溶射粒子サイズ決定の為、溶射変形された板状粒子径Dと注入粒子径dの比(D/d)をパラメータとし、トーチ下端からの距離(L)・入力・溶射粒子の粒径等との関連について検討し、粒径75μm前後の粒体が適していることを見出した。更に、Ar-H_2プラズマ(入力50kw)により、平均粒径75μmのYSZ皮膜を堆積した場合、密度の5%程度の立方晶単相皮膜が得られた。今後更に高入力にFDSでの実験が強く要望される。また、溶射粒子-金属間の接合性を検討した結果、基板裏面温度400℃程度での最良の接合が得られた。これらのYSZ-金属間異種接合強度を測定する為、ニードルタイプの引っかき試験機により荷重を変化させ溶射粒子の剥離現象の検討により、応力的な数値評価は今後の課題であるが、相当高い総合力が得られることが見出された。界面のTEM観察によれば、異種接合の成因は、界面付近のYSZ微細化による歪緩程によるものと思われた。今後の課題として、粒子速度を任意に制御した研究が必要であるためハイブリッドプラズマの溶射への適応も検討した。予備実験によりかなり高密度な溶射層形成が可能であることを既に見出したので、今後系統的な実験を開始する予定である。又、溶射中又は冷却中のクラック発生等の欠陥検知法開発はSOFC一貫作成プロセスでは是非とも必要な技術で、現在AE波の溶射プロセスモニターへの応用を検討中である。

为了阐明高频等离子体喷涂方法的特征，我们首先基于SMAC方法对熔融颗粒的变形和凝固进行了数值计算，因此，发现固化几乎在变形后开始。此外，与常规的等离子体喷涂方法相比，粘结界面处的每单位面积的热传递量大约要大十倍，这揭示了高温固体固体电解质Zro_2-Y_2O_3（YSZ）的粘结和粘附的优势。。 z，为了确定最佳的热喷涂粒径，我们研究了距火炬下端，输入和热喷涂颗粒的距离（L）之间的关系，发现粒径约为75μm的颗粒是合适的。此外，当通过AR-H_2等离子体（输入50 kW）沉积平均粒径为75μm的YSZ膜时，获得了约5％密度的立方单相膜。将来，对FD进行高输入的实验的需求很大。此外，由于研究喷涂颗粒与金属之间的键合性，在约400°C的温度下获得了最佳键合。为了测量这些YSZ金属粘结的强度，使用针型刮擦测试仪更改负载，以检查喷涂颗粒的剥离现象，尽管应力数值评估是未来的问题，但已经发现可以实现相当大的总体强度。根据对界面的TEM观察，异质连接的原因被认为是由于界面附近YSZ小型化引起的应变弛豫所致。作为未来的问题，需要任意控制的粒子速度的研究，我们还检查了杂化等离子体对热喷雾的适应。初步实验已经发现，可以形成相当高的热喷涂层密度，并计划在将来开始系统的实验。此外，缺陷检测方法的发展，例如在热喷涂或冷却过程中裂纹产生是一项对于集成SOFC生产过程绝对必要的技术，目前正在考虑应用于AE波的热喷涂过程监测。