ایجاد پوشش زیرکونیای پایدار شده بر روی کامپوزیت اکسید نیکل و زیرکونیای پایدار شده به روش لایه نشانی الکتروفورتیکی

یافتن روشی مقرون به صرفه برای ساخت الکترولیت پیلهای سوختی جامد اکسیدی از موضوعات بحث برانگیز در طول سالهای اخیر بوده است. یکی از روشهای پیشنهادی برای ساخت الکترولیتی با ضخامت کم و متراکم بر روی الکترود متخلخل، روش لایه نشانی الکتروفورتیکی بوده است. تا کنون حلالهای مختلفی برای لایه نشانی الکتروفورتیکی زیرکونیای تثبیت شده توسط ییتریا پیشنهاد شده اند، اما تلاشهای کمی برای مقایسه این حلالها صورت گرفته است. در این تحقیق اثر گذشت زمان بر رفتار پودر زیرکونیای تثبیت شده توسط ییتریا در حلالهای غیر آبی که عبارتند از: اتانل، ایزوپروپانل، n-پروپانل، اسیل استن، استن، مخلوط استن-اتانل (به نسبت 3 به 1) و مخلوط اتانل-استیل استن (به نسبت 1 به 1) مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور هدایت الکتریکی، تحرک پذیری الکتروفورتیکی و پایداری سوسپانسیونها (اندازه گیری حجم رسوب و منطقه شفاف)، در طول زمان 6 تا 7 روز ارزیابی شد. لازم به ذکر است که به جز مخلوط اتانل-استیل استن، به هر سوسپانسیون میزان 0 تا g/l8/0 ید اضافه شد. آزمونها نشان دادند که سوسپانسیونهای الکلی محتوی ید رسانایی کمتری نسبت به سوسپانسیونهای کتونی و سوسپانسیونهای مخلوط با درصد ید مشابه دارند. با این حال سوسپاسیونهای کتونی و سوسپانسیونهای مخلوط تغییرات رسانایی کمتری با زمان از خود نشان می دهند. همچنین مشخص گردید اگر چه ید می تواند تحرک پذیری الکتروفورتیکی سوسپانسیونهای اتانل، استن، استیل استن و مخلوط استن-اتانل را افزایش دهد، اما اثر آن بر تحرک پذیری الکتروفورتیکی سوسپانسیونهای n-پروپانل و ایزوپروپانل ناچیز است. همچنین آزمایشات پایداری نشان دادند که افزودن ید به عنوان روانساز چندان پایداری سوسپانسیونهای الکلی را بهبود نمی بخشد و حتی در مورد ایزوپروپانل چنانچه غلظت ید بیشتر از g/l2/0 باشد با گذشت زمان، سوسپانسیون ناپایدار می شود. در نهایت سوسپانسیون مخلوط استیل استن-اتانل به خاطر تغییر خواص ناچیزی که با گذشت زمان دارد، رسانایی کم و تحرک پذیری الکتروفورتیکی بالا بهترین انتخاب برای لایه نشانی زیرکونیای تثبیت شده توسط ییتریا در این تحقیق شناخته شد. در ادامه لایه هایی با کیفیت خوب و بدون ترک توسط لایه نشانی الکتروفورتیکی از سوسپانسیون مخلوط استیل استن-اتانل بر روی پایه اکسید نیکل-زیرکونیای تثبیت شده توسط ییتریا که به وسیله اعمال لایه ای از گرافیت بر روی پایه هادی شده بودند، ایجاد گردید. در این عمل لایه نشانی میدانهای 25، 50، 75، و v/cm100 و زمانهای به ترتیب 6، 3، 2 و 5/1 دقیقه انتخاب شدند. ضخامتهای اندازه گیری شده توسط sem نشان دادند که اگر چه حاصل ضرب میدان الکتریکی در زمان لایه نشانی طی این آزمونها ثابت بودند، با این حال ضخامت لایه تشکیل شده با افزایش میدان الکتریکی اعمالی افزایش می یابد. در ادامه کار زینتر کردن لایه های تولید شده تحت میدان الکتریکی v/cm75 و زمان لایه نشانی 2 دقیقه، نشان دادند که زینتر کردن در دمای °c1250 و به مدت 2 ساعت برای تولید لایه ای متراکم و نفوذ ناپذیر کافی نمی باشد. با این حال عمل زینتر کردن در دمای °c1400 و به مدت 2 ساعت باعث شد که لایه ای بدون ترک، متراکم و بدون وجود حفرات ریز در داخل ساختار آن، تولید شود. ضخامت لایه نهایی بدست آمده حدود ?m7 بود و به نظر می رسید که شرایط لازم را به منظور کاربرد به عنوان الکترولیت پیلهای سوختی جامد اکسیدی، دارا باشد.