理论教育 烧结性质及化学相容性分析

烧结性质及化学相容性分析

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于连接体需分离燃料和氧化性气体,LaCrO3基钙钛矿应该为一种致密体。当Cr缺少约2%~3%时,由于较低的CrO3蒸气气压提高了阳离子的扩散和CrO3的致密化,因此可观察到致密化明显增加[11],而且液相的CaCrO4或Camn在CrO3于空气气氛下致密化中起着重要的作用,一些作者在约1273K温度焙烧的La0.7Ca0.32CrO3样品中观察到少量的CaCrO4[12-14],在La0.76Sr0.24CrO3和Y0.6Ca0.4CrO3中也观察到有液相生成[12,13]。

烧结性质及化学相容性分析

由于连接体需分离燃料和氧化性气体,LaCrO3基钙钛矿应该为一种致密体。然而由于铬蒸气相的传输致使颗粒生长而没有致密化,掺杂碱土金属或非掺杂的LaCrO3(组分计量比为La/Cr=1)因此在空气气氛下很难烧结[1-6]。有液相生成

的碱土金属的掺杂能够降低烧结温度和提高致密程度,一些作者报道了有液相生成的烧结。当在还原气氛中2200K下烧结前添加大于3~5mol%的烧结助剂SrCO3时,Sr掺杂到LaCrO3(La0.84Sr0.16CrO3)中显著提高了烧结密度[7]。Sakai等人首次发现Ca过量或Cr缺少(La1-xCax)Cr1-yO3都可明显提高空气气氛中的烧结性质,如图15.1所示(在低于1773K时致密化大于理论密度的96%)[8-10]。当Cr缺少(y)约2%~3%时,由于较低的CrO3蒸气气压提高了阳离子(La和Cr)的扩散和(La,Ca)CrO3的致密化,因此可观察到致密化明显增加[11],而且液相的CaCrO4或Cam(CrO4)n在(La,Ca)CrO3于空气气氛下致密化中起着重要的作用(见图15.1),一些作者在约1273K温度焙烧的La0.7Ca0.32CrO3样品中观察到少量的CaCrO4[12-14],在La0.76Sr0.24CrO3和Y0.6Ca0.4CrO3中也观察到有液相生成[12,13]。熔融的铬酸盐SrCrO4和CaCrO4由于碱土金属溶解度的有限在中温下从钙钛矿结构中沉淀出来,这些液相铬酸盐提高了掺杂的LaCrO3在高温下的致密度。

978-7-111-39067-1-Chapter15-1.jpg(www.daowen.com)

图15.1 二次相对La1-xCaxCrO3烧结的影响推测示意图[烧结前二次相以CaCrO4或La2CrO6形式存在(图15.1a);在约1373K时,二次相转变为Cam(CrO4)n,因CaCrO4和La2CrO6其Ca∶Cr略大于1,Ca(CrO4)n与La1-xCaxCrO3颗粒反应,提高了颗粒的生长和连接,Ca∶Cr随温度而增加(图15.1b);在1573K致密化后,大多数二次相以Ca5(CrO4)3形式迁移到表面,富钙物保持在La1-xCaxCrO3的颗粒边界附近(图15.1c);在1573K以上的温度下,Cam(CrO4)n开始在三方交汇点偏析(图15.1d);最终在1873K以CaO的形式保持(图15.1e)(经美国陶瓷学会允许重印[10])]

虽然生成的二次相LaCrO3烧结后是密实的,但是由于二次相与其他电池组分反应,故应考虑其在操作温度下的长期稳定性。对于烧结的(La,Ca)CrO3密实陶瓷,在空气侧可以观察到Cam(CrO4)n熔融盐,在燃料侧可以观察到CaO或CaCr2O4,这些二次相能与YSZ电解质和LaMnO3阴极反应。一些作者报道了二次相与其他电池组分之间元素的互扩散[15,16],LaCrO3(LCC)与YSZ电解质的反应不是太重要,但是在(La,Ca)CrO3和(La,Sr)MnO3(LSM)阴极之间可以观察到元素的互扩散,尤其是在LCC-LSM界面附近Ca扩散到(La,Sr)MnO3中,Sr扩散到(La,Ca)CrO3中,这种现象与LaCrO3钙钛矿结构中阳离子的扩散有关,据报道在掺杂的LaCrO3(ABO3结构)中阳离子的A位扩散快于B位扩散[17-20]

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