Sinterización de vidrios del sistema RO-BaO-SiO₂ (R= Mg, Zn) para el sellado de SOFC

Abstract

Los vidrios de composición molar 50SiO 2 •30BaO•20ZnO (Zn1.5-50), 55SiO 2 •27BaO•18ZnO (Zn1.5-55), y 55SiO 2 •27BaO•18MgO (Mg1.5-55) presentan buenas propiedades para su aplicación en el sellado de pilas de combustible de óxido sólido de configuración plana y temperatura de operación intermedia (850ºC) (IT-SOFC). El sellado debe producirse a través de la sinterización del polvo de vidrio, durante el arranque de la pila, a temperaturas entre 700 y 850ºC. El tratamiento posterior a la temperatura de operación da lugar a la cristalización de silicatos de bario con el consiguiente aumento de viscosidad y rigidez del sello. Este trabajo es un estudio del comportamiento de sinterización de estos vidrios utilizando diferentes velocidades de calentamiento y distribuciones de tamaño de partícula del polvo de vidrio, para la obtención final de sellos densos y homogéneos. Los vidrios Zn1.5-55 y Mg1.5-55 con un tamaño de partícula <63 µm y tratados a 2ºC/min alcanzan densidades finales superiores al 95%. Por otra parte, se ha demostrado el buen acuerdo entre las cinéticas de densificación obtenidas experimentalmente y las predichas por el modelo de sinterización de formación de Clusters en ausencia de cristalización concurrente. Palabras clave: vitrocerámicos, sinterización, sellado, SOFC. Sintering of glasses in the system RO-BaO-SiO 2 (R= Mg, Zn) for sealing SOFCGlasses of composition 50SiO 2 •30BaO•20ZnO, mol% (Zn1.5-50), 55SiO 2 •27BaO•18ZnO, mol% (Zn1.5-55), and 55SiO 2 •27BaO•18MgO, mol% (Mg1.5-55) present good properties for application in sealing planar solid oxide fuel cells with an intermediate temperature of operation (850ºC) (IT-SOFC). The sealing must take place on sintering the glass powder during the start-up of the cell between 700 and 850ºC. Further treatment at the operation temperature provokes the crystallisation of barium silicates with the subsequent increase of viscosity and seal rigidity. This work is a study of the sintering behaviour of these glasses using different heating rates and particle-size distributions of the glass powder in order to obtain dense and homogeneous seals. The glasses Zn1.5-55 and Mg1.5-55 with a particle size <63 µm heated at 2ºC/min reach final densities higher than 95%. A good agreement has been demonstrated between the measured sintering kinetics and those predicted with the sintering model of Clusters formation in the absence of concurrent crystallisation.Keywords: glass-ceramics, sintering, sealing, SOFC. INTRODUCCIÓNLos vidrios para soldadura se aplican normalmente en forma de polvos mezclados con aglomerantes orgánicos. Las pastas así preparadas se aplican sobre las superficies a sellar, y se someten a un ciclo térmico durante el cual se producen los procesos de eliminación de aglomerante, sinterización del polvo, reblandecimiento del vidrio y formación del sello por fluencia y reacciones en la interfase (1). La velocidad del proceso de sinterización es inversamente proporcional a la viscosidad y de ella dependerá también la densificación final dentro de un tiempo adec...