專利名稱：一體化base組件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一體化的BASE組件的制備方法。
背景技術(shù)：
在堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器(AMTEC)中，是通過鈉氣在BASE管內(nèi)外等溫膨脹做功實(shí)現(xiàn)發(fā) 電的。BASE管一旦發(fā)生泄漏，發(fā)電條件就喪失，整個(gè)裝置失效。因此，BASE管與AMTEC結(jié)構(gòu) 件的連接必須具有很好的氣密性。由于需保證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，最后固定于AMTEC熱端。實(shí)際中，為了達(dá)到較大的輸 出電壓和轉(zhuǎn)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(jī)械強(qiáng)度。這就給 BASE管與絕緣套管的焊接增加了很大的難度。如果采用釬焊，由于BASE工作條件的制約， 焊料必須選用高熔點(diǎn)材料，而高溫釬焊又會(huì)導(dǎo)致β “ -Al2O3晶相向Ci-Al2O3轉(zhuǎn)變，一定程 度上降低了 AMTEC的轉(zhuǎn)換效率和使用壽命；采用激光焊、電子焊容易產(chǎn)生焊縫截面的縮頸、 內(nèi)部起泡、焊縫表面凸起和焊接過程的飛濺等現(xiàn)象，從而出現(xiàn)焊接質(zhì)量較差、密封不良等現(xiàn) 象。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的BASE組件的制備方法導(dǎo)致BASE管與絕緣套管焊接質(zhì)量較差、密 封不良的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種一體化BASE組件的制備方法，較好的解決了氣密性和 穩(wěn)定性問題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一體化BASE組件的制備方法，其特殊之處在于包括以下步驟1將碳纖維紙2裹在光潔度小于0. 8的模具1上，并將碳纖維紙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(dǎo)線3 ；3在步驟2所述的固定有導(dǎo)線的碳纖維紙2上采用等離子噴涂工藝噴涂耐高溫、 耐堿金屬腐蝕的電極材料，得到多孔薄膜電極4 ；4將一個(gè)絕緣套管套5和一個(gè)絕緣端蓋7分別設(shè)置在制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上采用等離子噴涂 工藝噴涂固體電解質(zhì)6，并使固體電解質(zhì)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(dǎo)線3、電極4、固體電解質(zhì)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(zhì)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(dǎo)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(zhì)的厚度為0. 15 0. 5mm。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過在模具上等離子噴涂一定厚度的電極，然后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涂固體電解質(zhì)，同時(shí)由于等離子體高溫作用將固體電解 質(zhì)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(dú)焊接，而且具有較好 的密封性?；谏鲜鲂阅?，可將該材料廣泛應(yīng)用于各種電化學(xué)器件，如鈉硫電池、電解制堿、 提純堿金屬的固體電解質(zhì)隔膜、堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器和鈉傳感器。還可用于測(cè)定熱力學(xué)和動(dòng) 力學(xué)參數(shù)的固體電解質(zhì)電池等。


圖1是本發(fā)明的制備過程示意圖；圖2為本發(fā)明制備完成后的一體化BASE組件立體效果圖；其中1-模具，2-碳纖維紙，3-導(dǎo)線，4-電極，5-絕緣套管，6_固體電解質(zhì)，7_絕 緣端蓋，8-導(dǎo)線孔。
具體實(shí)施例方式一體化BASE組件的制備方法，包括以下步驟1將碳纖維紙2裹在光潔度小于0. 8的棒狀模具1上，并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(dǎo)線3 ；導(dǎo)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(dǎo)線的碳纖維紙2上采用等離子噴涂工藝噴涂耐高溫、耐堿 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分別接在制備好的電極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采用等離子噴涂工藝噴 涂固體電解質(zhì)材料，由于等離子體高溫作用使得固體電解質(zhì)與絕緣套管和絕緣端蓋之間同 時(shí)實(shí)現(xiàn)焊接，得到固體電解質(zhì)6 ；固體電解質(zhì)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(dǎo)線、電極、固體電解質(zhì)，且兩端焊接有絕 緣套管的一體化BASE組件。實(shí)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，并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(dǎo)線 3，使用等離子噴涂工藝將TiC粉料噴涂在放置了鉬絲的碳纖維紙2上制得厚度為4. 5 μ m、 孔隙率為36%的TiC電極層，該電極層構(gòu)成電極4。將一個(gè)α-Al2O3絕緣套管5與電極4 的一端對(duì)接，將鉬導(dǎo)線穿過α -Al2O3絕緣端蓋7的導(dǎo)線孔8后再將絕緣端蓋7與電極4的 另一端對(duì)接，然后在TiC電極層上通過等離子噴涂Na-β “ -Al2O3粉沫制得厚度為0.40mm、 致密的Na-β 〃 -Al2O3層。同時(shí)由于等離子體高溫作用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(dǎo)線、電極、固體電解質(zhì)，且焊接有α-Al2O3絕緣套管和絕緣端蓋的一體化BASE組件。該 實(shí)施例可用于堿金屬熱電轉(zhuǎn)換器等。
權(quán)利要求
一體化BASE組件的制備方法，其特征在于包括以下步驟1將碳纖維紙2裹在光潔度小于0.8的模具1上，并將碳纖維紙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(dǎo)線3；3在步驟2所述的固定有導(dǎo)線的碳纖維紙2上采用等離子噴涂工藝噴涂耐高溫、耐堿金屬腐蝕的電極材料，得到多孔薄膜電極4；4將一個(gè)絕緣套管套5和一個(gè)絕緣端蓋7分別設(shè)置在制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上采用等離子噴涂工藝噴涂固體電解質(zhì)6，并使固體電解質(zhì)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(dǎo)線3、電極4、固體電解質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的一體化BASE組件的制備方法，其特征在于所述固體電解質(zhì) 6 的材料是是 Na-β “ -Α1203> K-β “ -Al2O3 或 Cs-β “ -Al2O30
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一體化BASE組件的制備方法，其特征在于所述電極4 的材料是 Mo、TiN, Rhff, TiC、NbN 或 NbC。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體化BASE組件的制備方法，其特征在于所述導(dǎo)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(jù)權(quán)利要求3所述的一體化BASE組件的制備方法，其特征在于所述模具為棒 狀，其直徑為3 8mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體化BASE組件的制備方法，其特征在于所述模具的材料 是石墨、陶瓷或難熔金屬及其合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一體化BASE組件的制備方法，其特征在于所述電極的厚度 為4 10 μ m ；所述電解質(zhì)的厚度為0. 15 0. 5mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一體化BASE組件的制備方法，包括以下步驟1)將碳纖維紙裹在光潔度小于0.8的模具上，并將碳纖維紙的兩端固定；2)在碳纖維紙的一端固定一根導(dǎo)線；3)采用等離子噴涂工藝噴涂耐高溫、耐堿金屬腐蝕的電極材料，得到多孔薄膜電極；4)將一個(gè)絕緣套管套和一個(gè)絕緣端蓋分別設(shè)置在制備好的多孔薄膜電極兩端；5)采用等離子噴涂工藝噴涂固體電解質(zhì)，并使固體電解質(zhì)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(fā)明解決了現(xiàn)有的制備方法導(dǎo)致BASE管與絕緣套管焊接質(zhì)量較差、密封不良的技術(shù)問題，本發(fā)明較好的解決了氣密性和穩(wěn)定性問題。
文檔編號(hào)F03G7/06GK101982656SQ20101028510
公開日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者劉歡, 劉福杰, 李福平, 王浩靜, 王紅飛, 范立東 申請(qǐng)人:西安航科等離子體科技有限公司