一體化base組件的製備方法
2023-06-03 04:21:11
專利名稱：一體化base組件的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種一體化的BASE組件的製備方法。
背景技術：
在鹼金屬熱電轉換器(AMTEC)中，是通過鈉氣在BASE管內外等溫膨脹做功實現發 電的。BASE管一旦發生洩漏，發電條件就喪失，整個裝置失效。因此，BASE管與AMTEC結構 件的連接必須具有很好的氣密性。由於需保證BASE管與熱端絕緣，一般的方法是將BASE 管先與絕緣套管焊接，再與金屬焊接，最後固定於AMTEC熱端。實際中，為了達到較大的輸 出電壓和轉換效率，BASE管需做得很薄且管徑較小，焊接處還需有足夠的機械強度。這就給 BASE管與絕緣套管的焊接增加了很大的難度。如果採用釺焊，由於BASE工作條件的制約， 焊料必須選用高熔點材料，而高溫釺焊又會導致β 「 -Al2O3晶相向Ci-Al2O3轉變，一定程 度上降低了 AMTEC的轉換效率和使用壽命；採用雷射焊、電子焊容易產生焊縫截面的縮頸、 內部起泡、焊縫表面凸起和焊接過程的飛濺等現象，從而出現焊接質量較差、密封不良等現 象。
發明內容
為了解決現有的BASE組件的製備方法導致BASE管與絕緣套管焊接質量較差、密 封不良的技術問題，本發明提供一種一體化BASE組件的製備方法，較好的解決了氣密性和 穩定性問題。本發明的技術解決方案是一體化BASE組件的製備方法，其特殊之處在於包括以下步驟1將碳纖維紙2裹在光潔度小於0. 8的模具1上，並將碳纖維紙2的兩端固定在 模具1上；2在碳纖維紙2的一端固定一根導線3 ；3在步驟2所述的固定有導線的碳纖維紙2上採用等離子噴塗工藝噴塗耐高溫、 耐鹼金屬腐蝕的電極材料，得到多孔薄膜電極4 ；4將一個絕緣套管套5和一個絕緣端蓋7分別設置在製備好的多孔薄膜電極4兩 端；5將步驟4所述的套接有絕緣套管5和絕緣端蓋7的電極4上採用等離子噴塗 工藝噴塗固體電解質6，並使固體電解質6的兩端分別與絕緣套管5和絕緣端蓋7固連；6)抽走模具1與碳纖維紙2，得到具有導線3、電極4、固體電解質6，且兩端分別 固連有絕緣套管5和絕緣端蓋7的一體化BASE組件。上述固體電解質6 的材料是是 Na-β 〃 _Α1203、Κ_β" -Al2O3 或 Cs-β" -Al2O3 °上述電極4 的材料是 Mo、TiN, Rhff, TiC、NbN 或 NbC。上述導線為Mo、Zr、Nb、Hf、Ti、V、Cr、W、Ta、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au 或其合
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上述模具為棒狀，其直徑為3 8mm。上模具的材料是石墨、陶瓷或難熔金屬及其合金。上述電極的厚度為4 IOym ；所述電解質的厚度為0. 15 0. 5mm。本發明所具有的優點本發明通過在模具上等離子噴塗一定厚度的電極，然後將絕緣套管和絕緣端蓋套 接在電極上，再在電極上等離子噴塗固體電解質，同時由於等離子體高溫作用將固體電解 質與絕緣套管和絕緣端蓋焊接。這樣絕緣套管和絕緣端蓋不需要單獨焊接，而且具有較好 的密封性。基於上述性能，可將該材料廣泛應用於各種電化學器件，如鈉硫電池、電解制鹼、 提純鹼金屬的固體電解質隔膜、鹼金屬熱電轉換器和鈉傳感器。還可用於測定熱力學和動 力學參數的固體電解質電池等。
圖1是本發明的製備過程示意圖；圖2為本發明製備完成後的一體化BASE組件立體效果圖；其中1-模具，2-碳纖維紙，3-導線，4-電極，5-絕緣套管，6_固體電解質，7_絕 緣端蓋，8-導線孔。
具體實施例方式一體化BASE組件的製備方法，包括以下步驟1將碳纖維紙2裹在光潔度小於0. 8的棒狀模具1上，並將碳纖維紙的兩端固定 在模具上；模具的材料可以是石墨、陶瓷或難熔金屬及其合金。2在碳纖維紙2上固定一根導線3 ；導線材料可以是Mo、Zr、Nb、Hf、Ti、V、Cr、W、 Ta、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au 或其合金。3在步驟2的固定有導線的碳纖維紙2上採用等離子噴塗工藝噴塗耐高溫、耐鹼 金屬腐蝕的電極材料，得到多孔薄膜電極4 ；電極材料可以是Mo、TiN、Rhff,TiC、NbN或NbC。4將絕緣套管套5和絕緣端蓋7分別接在製備好的電極4兩端；5將步驟4的套接有絕緣套管5和絕緣端蓋7的電極4採用等離子噴塗工藝噴 塗固體電解質材料，由於等離子體高溫作用使得固體電解質與絕緣套管和絕緣端蓋之間同 時實現焊接，得到固體電解質6 ；固體電解質6的材料可以是Na-β 「 -Al2O3^K-β 「 -Al2O3 或 Cs-β" -Al2O3。6)抽走模具1與碳纖維紙2，得到具有導線、電極、固體電解質，且兩端焊接有絕 緣套管的一體化BASE組件。實施例1 將厚度為0. 15 0. 35mm的碳纖維紙2裹在一直徑為5. 5mm的石墨棒 上，並在石墨棒的兩端將碳纖維紙2固定。在碳纖維紙2的一端部放置一根鉬絲作為導線 3，使用等離子噴塗工藝將TiC粉料噴塗在放置了鉬絲的碳纖維紙2上製得厚度為4. 5 μ m、 孔隙率為36%的TiC電極層，該電極層構成電極4。將一個α-Al2O3絕緣套管5與電極4 的一端對接，將鉬導線穿過α -Al2O3絕緣端蓋7的導線孔8後再將絕緣端蓋7與電極4的 另一端對接，然後在TiC電極層上通過等離子噴塗Na-β 「 -Al2O3粉沫製得厚度為0.40mm、 緻密的Na-β 〃 -Al2O3層。同時由於等離子體高溫作用Na-β 〃 -Al2O3層6與α-Al2O3絕緣套管5、α -Al2O3半封閉絕緣套管6可靠焊接起來。抽走石墨棒1與碳纖維紙2，得到具 有導線、電極、固體電解質，且焊接有α-Al2O3絕緣套管和絕緣端蓋的一體化BASE組件。該 實施例可用於鹼金屬熱電轉換器等。
權利要求
一體化BASE組件的製備方法，其特徵在於包括以下步驟1將碳纖維紙2裹在光潔度小於0.8的模具1上，並將碳纖維紙2的兩端固定在模具1上；2在碳纖維紙2的一端固定一根導線3；3在步驟2所述的固定有導線的碳纖維紙2上採用等離子噴塗工藝噴塗耐高溫、耐鹼金屬腐蝕的電極材料，得到多孔薄膜電極4；4將一個絕緣套管套5和一個絕緣端蓋7分別設置在製備好的多孔薄膜電極4兩端；5將步驟4所述的套接有絕緣套管5和絕緣端蓋7的電極4上採用等離子噴塗工藝噴塗固體電解質6，並使固體電解質6的兩端分別與絕緣套管5和絕緣端蓋7固連；6)抽走模具1與碳纖維紙2，得到具有導線3、電極4、固體電解質6，且兩端分別固連有絕緣套管5和絕緣端蓋7的一體化BASE組件。
2.根據權利要求1所述的一體化BASE組件的製備方法，其特徵在於所述固體電解質 6 的材料是是 Na-β 「 -Α1203> K-β 「 -Al2O3 或 Cs-β 「 -Al2O30
3.根據權利要求1或2所述的一體化BASE組件的製備方法，其特徵在於所述電極4 的材料是 Mo、TiN, Rhff, TiC、NbN 或 NbC。
4.根據權利要求3所述的一體化BASE組件的製備方法，其特徵在於所述導線為Mo、 Zr、Nb、Hf、Ti、V、Cr、W、Ta、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au 或其合金。
5.根據權利要求3所述的一體化BASE組件的製備方法，其特徵在於所述模具為棒 狀，其直徑為3 8mm。
6.根據權利要求5所述的一體化BASE組件的製備方法，其特徵在於所述模具的材料 是石墨、陶瓷或難熔金屬及其合金。
7.根據權利要求6所述的一體化BASE組件的製備方法，其特徵在於所述電極的厚度 為4 10 μ m ；所述電解質的厚度為0. 15 0. 5mm。
全文摘要
本發明涉及一體化BASE組件的製備方法，包括以下步驟1)將碳纖維紙裹在光潔度小於0.8的模具上，並將碳纖維紙的兩端固定；2)在碳纖維紙的一端固定一根導線；3)採用等離子噴塗工藝噴塗耐高溫、耐鹼金屬腐蝕的電極材料，得到多孔薄膜電極；4)將一個絕緣套管套和一個絕緣端蓋分別設置在製備好的多孔薄膜電極兩端；5)採用等離子噴塗工藝噴塗固體電解質，並使固體電解質的兩端分別與絕緣套管和絕緣端蓋固連；6)抽走模具與碳纖維紙，得到一體化BASE組件。本發明解決了現有的製備方法導致BASE管與絕緣套管焊接質量較差、密封不良的技術問題，本發明較好的解決了氣密性和穩定性問題。
文檔編號F03G7/06GK101982656SQ20101028510
公開日2011年3月2日 申請日期2010年9月17日 優先權日2010年9月17日
發明者劉歡, 劉福傑, 李福平, 王浩靜, 王紅飛, 範立東 申請人:西安航科等離子體科技有限公司