JP2000053471A - 長尺焼結体の製造方法 - Google Patents
長尺焼結体の製造方法Info
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Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 吊り焼成中の焼結体の落下を防止しつつ、
真直性と真円度に優れた長尺焼結体を得ることのできる
製造方法を提供する。 【解決手段】 長尺焼結体の組成が(Ln1-xMx)
1-aMnO3,Ln:La,Ce,Pr,Nd,Smの一
種以上,M:Sr,Ca,0.1≦x≦0.5,0<a
≦0.1の組成からなるセラミックスパイプであり、長
尺焼結体を長手方向に実質的に引っ張り応力がかからな
い状態で焼成する工程(横焼成工程)と、横焼成の後に
長尺焼結体を長手方向に吊した状態で焼成する工程(吊
り焼成工程)と、を含み、横焼成工程の焼成温度を14
00℃以上として、吊り焼成工程の焼成温度を横焼成工
程の焼成温度よりも高い温度とした。
真直性と真円度に優れた長尺焼結体を得ることのできる
製造方法を提供する。 【解決手段】 長尺焼結体の組成が(Ln1-xMx)
1-aMnO3,Ln:La,Ce,Pr,Nd,Smの一
種以上,M:Sr,Ca,0.1≦x≦0.5,0<a
≦0.1の組成からなるセラミックスパイプであり、長
尺焼結体を長手方向に実質的に引っ張り応力がかからな
い状態で焼成する工程(横焼成工程)と、横焼成の後に
長尺焼結体を長手方向に吊した状態で焼成する工程(吊
り焼成工程)と、を含み、横焼成工程の焼成温度を14
00℃以上として、吊り焼成工程の焼成温度を横焼成工
程の焼成温度よりも高い温度とした。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はセラミックスパイプ
等の長尺の焼結体を製造する方法に関する。特には、曲
がりの少なく、変形の少ない長尺焼結体を歩留まり良く
製造することができる方法に関する。なお、本明細書中
において、焼結体とは焼成の対象となる未焼成の成形体
並びに焼成中及び焼成後の焼結体のいずれをも含む意で
ある。
等の長尺の焼結体を製造する方法に関する。特には、曲
がりの少なく、変形の少ない長尺焼結体を歩留まり良く
製造することができる方法に関する。なお、本明細書中
において、焼結体とは焼成の対象となる未焼成の成形体
並びに焼成中及び焼成後の焼結体のいずれをも含む意で
ある。
【0002】
【従来の技術】円筒型セルタイプの固体電解質型燃料電
池(以下T−SOFCとも言う)の空気電極や多孔質支
持管を例にとって従来技術を説明する。 T−SOFC
は特公平1−59705等によって公知である。 T−
SOFCは、多孔質支持管−空気電極―固体電解質―燃
料電極―インタ−コネクタ−で構成される円筒型セルを
有する。空気電極側に酸素(空気)を流し、燃料電極側
にガス燃料(H2,CH4)を流してやると、このセル内
でO2-イオンが移動して化学的燃焼が起こり、空気電極
と燃料電極の間に電位が生じ発電が行われる。なお、空
気電極が支持管を兼用する形式のものもある。
池(以下T−SOFCとも言う)の空気電極や多孔質支
持管を例にとって従来技術を説明する。 T−SOFC
は特公平1−59705等によって公知である。 T−
SOFCは、多孔質支持管−空気電極―固体電解質―燃
料電極―インタ−コネクタ−で構成される円筒型セルを
有する。空気電極側に酸素(空気)を流し、燃料電極側
にガス燃料(H2,CH4)を流してやると、このセル内
でO2-イオンが移動して化学的燃焼が起こり、空気電極
と燃料電極の間に電位が生じ発電が行われる。なお、空
気電極が支持管を兼用する形式のものもある。
【0003】T−SOFCの空気電極用の材料として、
特公平1−59705では、LaMnO3,LaNiO3
等の酸化物セラミックスが提案されている。その後、特
開平2−293384によって、La1-xSrxMnO3
が、特開平2−288159によって、 La1-xSrx
Mn1-yAyO3が(AはCu,Zn,Ni,Fe,C
o,Cr,Al,Ti,Mgの一以上)が提案された。
この空気電極パイプ(支持管兼用型)の寸法は、一般的
に10〜20mm、厚さ1〜2mm、長さ1〜2mであ
る。
特公平1−59705では、LaMnO3,LaNiO3
等の酸化物セラミックスが提案されている。その後、特
開平2−293384によって、La1-xSrxMnO3
が、特開平2−288159によって、 La1-xSrx
Mn1-yAyO3が(AはCu,Zn,Ni,Fe,C
o,Cr,Al,Ti,Mgの一以上)が提案された。
この空気電極パイプ(支持管兼用型)の寸法は、一般的
に10〜20mm、厚さ1〜2mm、長さ1〜2mであ
る。
【0004】このような長尺のセラミックス焼結体を製
造する際には、横方向の反りが問題となる。長尺焼結体
の反りを少なくする一つの方法として吊り焼成が行われ
る。吊り焼成は、焼結体を長手方向に吊り下げた状態で
焼成を行うものであり、焼結体の自重による引っ張り応
力が焼結体中に働いて焼結体に矯正力が加わるため、反
りの少ない焼結体を得ることができる。
造する際には、横方向の反りが問題となる。長尺焼結体
の反りを少なくする一つの方法として吊り焼成が行われ
る。吊り焼成は、焼結体を長手方向に吊り下げた状態で
焼成を行うものであり、焼結体の自重による引っ張り応
力が焼結体中に働いて焼結体に矯正力が加わるため、反
りの少ない焼結体を得ることができる。
【0005】特公平6−10113には、長尺焼結体の
製造方法に関し、セラミックス長尺体を該セラミックス
原料の収縮開始温度以上で横焼成した後、次にそれ以上
の温度で吊り焼成するとの技術が開示されている。同公
報によれば、ZrO2で長さ1.1m、径20mmの棒
を、横焼成温度1300〜1450℃、吊り焼成温度を
1450℃で焼成して良好な結果が得られたとしてい
る。
製造方法に関し、セラミックス長尺体を該セラミックス
原料の収縮開始温度以上で横焼成した後、次にそれ以上
の温度で吊り焼成するとの技術が開示されている。同公
報によれば、ZrO2で長さ1.1m、径20mmの棒
を、横焼成温度1300〜1450℃、吊り焼成温度を
1450℃で焼成して良好な結果が得られたとしてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特公平6−1
0113で具体的にその対象とされた材質・寸法以外の
長尺焼結体にあっては、吊り焼成前の横焼成の温度を低
くすると、横焼成時に十分に焼結が進まないために高温
強度が不足して、その後の吊り焼成において、自重によ
って焼結体が切れて焼結体が落下するおそれがあるもの
が多い。例えば、ランタンマンガナイトの収縮開始温度
は1000℃であるが、1000〜1350℃の範囲で
横焼成した焼結体を1350℃を越える温度で吊り焼成
する場合、落下の危険性は極めて高い。また、固体電解
質型燃料電池においてはセルをスタック化した際の接触
抵抗を低減するために、空気極支持管の真円度は97%
以上であることが望ましい。横焼成温度を高くすると、
真円度は低下し、固体電解質型燃料電池用の空気極支持
管として使用することは難しい。
0113で具体的にその対象とされた材質・寸法以外の
長尺焼結体にあっては、吊り焼成前の横焼成の温度を低
くすると、横焼成時に十分に焼結が進まないために高温
強度が不足して、その後の吊り焼成において、自重によ
って焼結体が切れて焼結体が落下するおそれがあるもの
が多い。例えば、ランタンマンガナイトの収縮開始温度
は1000℃であるが、1000〜1350℃の範囲で
横焼成した焼結体を1350℃を越える温度で吊り焼成
する場合、落下の危険性は極めて高い。また、固体電解
質型燃料電池においてはセルをスタック化した際の接触
抵抗を低減するために、空気極支持管の真円度は97%
以上であることが望ましい。横焼成温度を高くすると、
真円度は低下し、固体電解質型燃料電池用の空気極支持
管として使用することは難しい。
【0007】本発明は、長尺焼結体の組成が(Ln1-x
Mx)1-aMnO3,Ln:La,Ce,Pr,Nd,S
mの一種以上,M:Sr,Ca,0.1≦x≦0.5,
0<a≦0.1の組成からなるセラミックスパイプにお
いて、吊り焼成中の焼結体の落下を防止しつつ、真直性
と真円度に優れた長尺焼結体を得ることのできる製造方
法を提供することを目的とする。
Mx)1-aMnO3,Ln:La,Ce,Pr,Nd,S
mの一種以上,M:Sr,Ca,0.1≦x≦0.5,
0<a≦0.1の組成からなるセラミックスパイプにお
いて、吊り焼成中の焼結体の落下を防止しつつ、真直性
と真円度に優れた長尺焼結体を得ることのできる製造方
法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の長尺焼結体の製造方法は、長尺焼結体の組
成が(Ln1-xMx)1-aMnO3,Ln:La,Ce,P
r,Nd,Smの一種以上,M:Sr,Ca,0.1≦
x≦0.5,0<a≦0.1の組成からなるセラミック
スパイプであり、長尺焼結体を長手方向に実質的に引っ
張り応力がかからない状態で焼成する工程(横焼成工
程)と、横焼成の後に長尺焼結体を長手方向に吊した状
態で焼成する工程(吊り焼成工程)と、を含み、横焼成
工程の焼成温度を1400℃以上として、吊り焼成工程
の焼成温度を横焼成工程の焼成温度よりも高い温度とし
たことを特徴とする。
め、本発明の長尺焼結体の製造方法は、長尺焼結体の組
成が(Ln1-xMx)1-aMnO3,Ln:La,Ce,P
r,Nd,Smの一種以上,M:Sr,Ca,0.1≦
x≦0.5,0<a≦0.1の組成からなるセラミック
スパイプであり、長尺焼結体を長手方向に実質的に引っ
張り応力がかからない状態で焼成する工程(横焼成工
程)と、横焼成の後に長尺焼結体を長手方向に吊した状
態で焼成する工程(吊り焼成工程)と、を含み、横焼成
工程の焼成温度を1400℃以上として、吊り焼成工程
の焼成温度を横焼成工程の焼成温度よりも高い温度とし
たことを特徴とする。
【0009】すなわち、横焼成工程において十分に高い
焼成温度で焼成した後に横焼成温度以上の温度で吊り焼
成するのである。横焼成中における焼結体の姿勢は基本
的には水平置きであるが、問題となるような引張り応力
がかからなければ、それに限定されるものではない。
焼成温度で焼成した後に横焼成温度以上の温度で吊り焼
成するのである。横焼成中における焼結体の姿勢は基本
的には水平置きであるが、問題となるような引張り応力
がかからなければ、それに限定されるものではない。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の長尺焼結体を固体電解質
型燃料電池用の空気極支持管として使用した場合を以下
に説明する。
型燃料電池用の空気極支持管として使用した場合を以下
に説明する。
【0011】固体電解質型燃料電池の空気極支持管は、
反りが1.0mm以下、真円度が97%以上であること
が望ましい。本発明の長尺焼結体の作製方法において
は、(Ln1-xMx)1-aMnO3,Ln:La,Ce,P
r,Nd,Smの一種以上,M:Sr,Ca,0.1≦
x≦0.5,0<a≦0.1の組成からなるセラミック
スパイプの反りが1.0mm以下、真円度が97%以上
であるために、長尺焼結体を長手方向に実質的に引っ張
り応力がかからない状態で焼成し、横焼成の後に長尺焼
結体を長手方向に吊した状態で焼成し、横焼成工程の焼
成温度を1400℃以上として、吊り焼成工程の焼成温
度を横焼成工程の焼成温度よりも高い温度とすることが
望ましい。横焼成温度が1400℃未満の場合は吊り焼
成時に自重による落下をする危険性が高く製造歩留まり
が悪いからであり、吊り焼成温度が横焼成温度未満の場
合は真円度が97%未満となるからである。
反りが1.0mm以下、真円度が97%以上であること
が望ましい。本発明の長尺焼結体の作製方法において
は、(Ln1-xMx)1-aMnO3,Ln:La,Ce,P
r,Nd,Smの一種以上,M:Sr,Ca,0.1≦
x≦0.5,0<a≦0.1の組成からなるセラミック
スパイプの反りが1.0mm以下、真円度が97%以上
であるために、長尺焼結体を長手方向に実質的に引っ張
り応力がかからない状態で焼成し、横焼成の後に長尺焼
結体を長手方向に吊した状態で焼成し、横焼成工程の焼
成温度を1400℃以上として、吊り焼成工程の焼成温
度を横焼成工程の焼成温度よりも高い温度とすることが
望ましい。横焼成温度が1400℃未満の場合は吊り焼
成時に自重による落下をする危険性が高く製造歩留まり
が悪いからであり、吊り焼成温度が横焼成温度未満の場
合は真円度が97%未満となるからである。
【0012】上記横焼成工程においては溝付きのセッタ
の溝内に焼結体を置いて焼成を行い、ここで、該溝が、
焼結体の断面プロファイルと実質的に同一の断面プロフ
ァイルを有することが望ましい。横焼成中の変形を極力
防止すべく、上記セッタの溝が変形防止の役割を果たす
のである。
の溝内に焼結体を置いて焼成を行い、ここで、該溝が、
焼結体の断面プロファイルと実質的に同一の断面プロフ
ァイルを有することが望ましい。横焼成中の変形を極力
防止すべく、上記セッタの溝が変形防止の役割を果たす
のである。
【0013】特にランタンマンガナイトやランタンクロ
マイト系の材料を焼成する場合にはセッタ材料として高
純度アルミナが望ましい。これらの材料は、Siとの反
応性が高いので、Siを含まない耐火材料がセッタ材料
として好ましいのである。現状においては、そのような
材料としては高純度アルミナが実用的である。ここで、
好ましいアルミナの純度は99%以上である。
マイト系の材料を焼成する場合にはセッタ材料として高
純度アルミナが望ましい。これらの材料は、Siとの反
応性が高いので、Siを含まない耐火材料がセッタ材料
として好ましいのである。現状においては、そのような
材料としては高純度アルミナが実用的である。ここで、
好ましいアルミナの純度は99%以上である。
【0014】また、セッタの溝には、焼成する焼結体と
同一材料のコ−ティングを施すことが好ましい。焼成中
の原子の拡散に起因する焼結体の材質変化を極力防止す
ることができるからである。コーティングの方法として
はスラリ−コ−ト法を採用することができる。コ−ティ
ングの厚さは0.05〜2.0mmが好ましい。
同一材料のコ−ティングを施すことが好ましい。焼成中
の原子の拡散に起因する焼結体の材質変化を極力防止す
ることができるからである。コーティングの方法として
はスラリ−コ−ト法を採用することができる。コ−ティ
ングの厚さは0.05〜2.0mmが好ましい。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。熱分解法
で作製した(La0.75Sr0.25)0.99MnO3粉(平均
粒径30μmのもの90%、0.5μmのもの10%)
100部に、有機バインダーを10部、グリセリンを3
部、水を10部加えて混練した。これを圧力30kgf
/cm2、5℃で押し出し成形を行い外径26mm、肉
厚2.2mm、長さ1200mmのパイプ状成形体を得
た。これを40℃で乾燥後、175℃で脱バインダ−し
た。
で作製した(La0.75Sr0.25)0.99MnO3粉(平均
粒径30μmのもの90%、0.5μmのもの10%)
100部に、有機バインダーを10部、グリセリンを3
部、水を10部加えて混練した。これを圧力30kgf
/cm2、5℃で押し出し成形を行い外径26mm、肉
厚2.2mm、長さ1200mmのパイプ状成形体を得
た。これを40℃で乾燥後、175℃で脱バインダ−し
た。
【0016】セッタとして高純度アルミナ(アルミナ分
99.5%、密度85%)に半径11mmの半円断面ス
レ−ト溝を掘ったものを準備した。溝の表面は、上記成
形体の製造に用いたのと同じ粉末をスラリ−コ−ト法に
より厚さ0.5mmコ−ティングしておいた。
99.5%、密度85%)に半径11mmの半円断面ス
レ−ト溝を掘ったものを準備した。溝の表面は、上記成
形体の製造に用いたのと同じ粉末をスラリ−コ−ト法に
より厚さ0.5mmコ−ティングしておいた。
【0017】上記セッタに上記成形体をのせて、表1に
示す1300〜1500℃の各温度で10hr横焼成し
た。
示す1300〜1500℃の各温度で10hr横焼成し
た。
【0018】
【表1】
【0019】次に、同表1に示す1360〜1510℃
の各温度で吊り焼成をした。焼成後の焼結体の寸法は、
ほぼ外径22mm、肉厚2.0mm、長さ1100mm
であった。その空孔率は28〜39%であった。作製し
た焼結体について反りと真円度の測定を行った。反りは
焼結体を定盤の上に置き焼結体を定盤の間にできる最大
の隙間を隙間ゲ−ジを用いて測定した。真円度は焼結体
の外径の最大径と最小径を測定し、最小径÷最大径×1
00を真円度とした。表1、表2に、焼成の結果を示
す。落下とは、吊り焼成中に焼結体が切れて落下したこ
とを示す。
の各温度で吊り焼成をした。焼成後の焼結体の寸法は、
ほぼ外径22mm、肉厚2.0mm、長さ1100mm
であった。その空孔率は28〜39%であった。作製し
た焼結体について反りと真円度の測定を行った。反りは
焼結体を定盤の上に置き焼結体を定盤の間にできる最大
の隙間を隙間ゲ−ジを用いて測定した。真円度は焼結体
の外径の最大径と最小径を測定し、最小径÷最大径×1
00を真円度とした。表1、表2に、焼成の結果を示
す。落下とは、吊り焼成中に焼結体が切れて落下したこ
とを示す。
【0020】
【表2】
【0021】表1、2において横焼成温度1300,1
350℃においては、吊り焼成時にいずれも焼結体が落
下した。横焼成温度が1400℃以上の場合は吊り焼成
温度を横焼成温度以上とすることにより、反りが0.4
mm以下であり、真円度が97%以上であり、特性を満
足することが可能であった。本実験結果より、固体電解
質型燃料電池の空気極支持管の焼成条件としては、横焼
成温度を1400℃以上、吊り焼成温度を横焼成温度以
上とすることが望ましい。
350℃においては、吊り焼成時にいずれも焼結体が落
下した。横焼成温度が1400℃以上の場合は吊り焼成
温度を横焼成温度以上とすることにより、反りが0.4
mm以下であり、真円度が97%以上であり、特性を満
足することが可能であった。本実験結果より、固体電解
質型燃料電池の空気極支持管の焼成条件としては、横焼
成温度を1400℃以上、吊り焼成温度を横焼成温度以
上とすることが望ましい。
【0022】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の長尺焼結体の製造方法によれば、真直性と真円度の良
好な長尺焼結体を歩留まり良く製造することができる。
の長尺焼結体の製造方法によれば、真直性と真円度の良
好な長尺焼結体を歩留まり良く製造することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 長尺焼結体の組成が(Ln1-xMx)1-a
MnO3,Ln:La,Ce,Pr,Nd,Smの一種
以上,M:Sr,Ca,0.1≦x≦0.5,0<a≦
0.1の組成からなるセラミックスパイプであり、長尺
焼結体を長手方向に実質的に引っ張り応力がかからない
状態で焼成する工程(横焼成工程)と、横焼成の後に長
尺焼結体を長手方向に吊した状態で焼成する工程(吊り
焼成工程)と、を含み、横焼成工程の焼成温度を140
0℃以上として、吊り焼成工程の焼成温度を横焼成工程
の焼成温度よりも高い温度としたことを特徴とする長尺
焼結体の製造方法。 - 【請求項2】 上記長尺焼結体の反りが0.4mm以下
であり、真円度が97%以上であることを特徴とする請
求項1記載の長尺焼結体の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10231189A JP2000053471A (ja) | 1998-08-03 | 1998-08-03 | 長尺焼結体の製造方法 |
| PCT/JP1999/002048 WO1999054946A1 (en) | 1998-04-21 | 1999-04-19 | Solid electrolyte fuel cell and method of producing the same |
| AU31713/99A AU3171399A (en) | 1998-04-21 | 1999-04-19 | Solid electrolyte fuel cell and method of producing the same |
| US09/673,934 US6692855B1 (en) | 1998-04-21 | 1999-04-19 | Solid electrolyte type fuel cell and method of producing the same |
| EP99913694A EP1081778A4 (en) | 1998-04-21 | 1999-04-19 | SOLID FUEL CELL WITH SOLID ELECTROLYTES AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10231189A JP2000053471A (ja) | 1998-08-03 | 1998-08-03 | 長尺焼結体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000053471A true JP2000053471A (ja) | 2000-02-22 |
Family
ID=16919735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10231189A Pending JP2000053471A (ja) | 1998-04-21 | 1998-08-03 | 長尺焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000053471A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003346820A (ja) * | 2002-05-30 | 2003-12-05 | Sulzer Hexis Ag | インクの製造方法 |
| CN115298362A (zh) * | 2020-03-16 | 2022-11-04 | 三菱综合材料株式会社 | 海绵状钛片材及水电解用电极、水电解装置 |
-
1998
- 1998-08-03 JP JP10231189A patent/JP2000053471A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003346820A (ja) * | 2002-05-30 | 2003-12-05 | Sulzer Hexis Ag | インクの製造方法 |
| CN115298362A (zh) * | 2020-03-16 | 2022-11-04 | 三菱综合材料株式会社 | 海绵状钛片材及水电解用电极、水电解装置 |
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