抗鈉封接玻璃及其用途制造技術

本發明專利技術涉及一種基于SiO2-B2O3-Na2O-Al2O3體系的抗鈉封接玻璃(1)，其適用于制備與金屬和/或陶瓷的封接件，所述封接玻璃基本不包含ZrO2；以及一種金屬或陶瓷與其它封接部件(2、3、4)的封接件，其使用了封接玻璃(1)，以及一種使用封接玻璃(1)作為固定材料的饋通裝置(20)。

【技術實現步驟摘要】
抗鈉封接玻璃及其用途
本專利技術涉及一種抗鈉封接玻璃，其能夠用于制備與陶瓷、例如氧化鋁(也稱為Al2O3、氧化鋁陶瓷或Al2O3陶瓷)和/或與金屬和/或二者的組合的封接件。本專利技術還涉及所述抗鈉封接玻璃的用途。抗鈉封接玻璃是能夠耐受特別是液鈉和/或鈉蒸氣的封接材料，并因此適用于制備暴露于例如液鈉和/或鈉蒸氣和/或其它侵蝕性鈉化合物和/或包含鈉的介質的封接件。
技術介紹
例如，對于制備其中液鈉和/或鈉化合物被用作電解質或冷卻介質的能量存儲和能量產生單元，這種類型的抗鈉封接玻璃是令人感興趣的。這樣的能量產生單元的例子為電化學池，諸如電池和核反應堆，優選以下種類的核反應堆：快增殖反應堆、快中子反應堆、鈉冷卻快堆和/或液態金屬快增殖反應堆。可在這些反應堆中使用的封接玻璃能夠方便地在如下技術部件中應用：在這些反應堆內和/或連接這些反應堆的并且與所述鈉和/或鈉化合物相接觸的技術部件。這樣的技術部件的例子優選為饋通裝置，其被用于給例如在電泵中的傳感器和/或致動器和/或電機供給電力和/或操縱信號。本專利技術所屬的抗鈉封接玻璃的另一應用領域為用于處置有毒材料的設備，其中在處理中可能產生鈉化合物和/或鈉蒸氣和/或液鈉。近年來尤其是電化學存儲和能量產生技術已贏得了相當大的興趣。在這方面它能夠在以下電移動領域被采用：在局部供電中被用作應急電力系統，以及主要由于可再生能源的增加的份額而用于穩定網絡系統。此處討論了各種電池技術，鋰離子電池(LIB)是其中討論最多的。高溫鈉電池(鈉β-電池、SBB)代表了電池的另一種類。其相對于LIB的優點是更高的能量密度和高能量效率。在通常大于250℃的高溫下，SBB使用液鈉作為負極。總體而言，這兩種變化形式的區別在于：一個是鈉硫電池(Na/S)，其使用硫作為正極。另一個是鈉-金屬氯化物電池，也稱為ZEBRA電池，其使用金屬氯化物、諸如氯化鎳或氯化鐵作為正極以及使用四氯鋁酸鈉(NaAlCl4)作為液體電解質。兩種類型的共同特征是它們使用由β-或β"-Al2O3組成的鈉離子導電膜以及由α-Al2O3組成的外殼部件，以及如果適合的話后者能夠被額外地與金屬蓋相連接。本說明書中使用的術語“氧化鋁”、或同義的氧化鋁陶瓷或同義的Al2O3或同樣同義的Al2O3陶瓷，優選包括如下具體形式：α-和/或β-和/或β"-氧化鋁。術語“氧化鋁”的使用并不意味著對純度以及由此Al2O3陶瓷中的Al2O3和/或所考慮組分的含量的任何限制。由陶瓷、優選氧化鋁制成的部件或另一金屬部件之間的封接件代表了電化學池中的關鍵部件，因為其決定了使用年限。如果在該區域發生了泄露，液鈉能夠與空氣接觸，并開始燃燒。此處作為封接材料的封接玻璃的目的是實現在電池的整個使用年限內持續地氣密封接。這能夠優選通過所涉及的所有材料的熱膨脹系數的良好順應來實現，這使得封接件能夠耐受操作狀態，以及使得玻璃在其功能不被削弱的情況下仍具有非常良好的對所有活性組分的耐化學性。用于電池的兩種基本類型的封接玻璃：硅酸鹽基玻璃和硼酸鹽基玻璃，是有區別的。硼酸鹽基玻璃具有如下優點：其通常具有非常良好的對熔融鈉的抗性，但是其在對金屬氯化物的耐化學性方面的性能更差。另外，經常使用的硼酸鋁通常僅具有對結晶的低穩定性，從工藝控制的角度看這限制了它們。在例如US8,334,053B2中詳述了一種特定形式，其描述了依賴于對SBB的陽極和陰極的耐腐蝕性的隔離玻璃。根據所述文件，在金屬鹽一側使用了具有包含大于40重量％的SiO2和小于25重量％B2O3的的高硅含量的玻璃，以及在鈉一側使用了具有小于20重量％的SiO2的和大于35重量％B2O3的非常低硅含量的硼酸鹽玻璃。GB2207545A描述了使用來自SchottAG的硼酸鹽玻璃8245作為用于Na/S電池的封接玻璃。該玻璃對于Na/S電池的介質具有非常良好的化學穩定性，但是由于其線性熱膨脹系數α20-300℃低至5.2×10-6K-1，因此僅能夠被以有限的程度與氧化鋁持久地氣密封接。US4,268,313A描述了一種用于在Na/S電池中使用的硼硅酸鹽玻璃。但是，該玻璃包含總計至少6重量％的堿土金屬氧化物CaO、SrO和BaO。這些組分對玻璃形成是有益的，并且能夠改進流動行為，但是通過與電解質、優選SBB中的電解質的離子遷移，其能夠降低活性組分的性能。US8,034,457B2中描述了一種用于能量存儲裝置的最多包含25重量％的B2O3的封接玻璃。通過以下事實解釋了B2O3的含量的所述上限的限定：否則的話，封接玻璃將遭受吸附的水的過度侵蝕。US8,043,986B2包括一種用于SBB的封接玻璃，其包含至少0.1-10重量％的ZrO2。在該文件中使用氧化鋯來改進耐化學性。但是，這也導致相分離和結晶化的更高傾向，以及也由于高昂的原材料成本，降低了玻璃制造處理的生產能力。
技術實現思路
與該
技術介紹
相反的是，本專利技術的一個目的是提供一種適用于制備與金屬和/或陶瓷的封接件的封接玻璃，其具有非常良好的對熔融金屬鹽和鈉熔體、液鈉和/或鈉蒸氣和/或侵蝕性鈉化合物的抗性。優選地，合適的被封接的陶瓷為氧化鋁和/或鈉超離子導體(NASICON)，以及優選地，合適的金屬為鋼和/或合金。本專利技術的另一目的是用所述封接玻璃提供一種陶瓷、優選氧化鋁和/或鈉超離子導體的封接件，以及還提供一種包括所述封接玻璃的電化學能量存儲和/或能量產生單元，以及提供一種包括作為電絕緣固定材料的所述封接玻璃的電饋通裝置，其得益于所述封接玻璃的性能并因此具有改良的性能。通過按照權利要求書中所述的封接玻璃、封接件、電化學能量存儲和/或能量產生單元以及饋通裝置及用途，所述目的得以實現。從從屬于獨立權利要求的權利要求中，優選實施例是顯而易見的。在下文中，除非另外明確指定，涉及組分和/或含量的所有數據都是基于氧化物的重量％提供的。根據本專利技術的封接玻璃包含40％-50％的SiO2以及大于25％直到30％的B2O3。該組合影響了特別是熱膨脹系數并同時控制了流動行為。根據本專利技術，封接玻璃進一步包含5％-15％的Na2O以及17％-25％的Al2O3。特別地，這些組分能夠被用于使封接玻璃具有良好的耐化學性。根據本專利技術的封接玻璃包含，任選的總計小于2％的堿土金屬氧化物MO。MO表示CaO、SrO和/或BaO，其能夠在封接玻璃中單獨存在，或者以直至總含量的上述限定的任意可行組合存在。堿土金屬氧化物能夠對玻璃的流動行為有積極影響。由于其能夠通過與電解質的鈉離子的擴散或離子遷移降低一個活性組分的性能，因此其含量被降低至根據本專利技術的最低值。此外，根據本專利技術的封接玻璃不包含ZrO2，除了最多以雜質存在以外。通過玻璃制造中使用的原材料的污染和/或通過所使用的熔融單元的污染和/或腐蝕，雜質能夠被加入到玻璃中。這種類型的雜質通常不超過0.2重量％、優選0.1重量％的比率。這當然也包括完全不含有ZrO2。與所引用的現有技術中的教導相反的是，已發現即使是擯棄使用ZrO2來改進耐化學性，根據本專利技術所述的封接玻璃也具有非常良好的耐化學性。而且，已發現ZrO2能夠起到晶種的作用，其在處理過程中促進結晶。根據本專利技術所述的封接玻璃的結晶(包括部分結晶)是不合要求的，這是因為結晶區域導致封接件的制備中的困難和/或甚至能夠引起封接件的泄露。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于生產至少陶瓷或金屬之間的封接件的封接玻璃(1)，除了最多為雜質以外，其不包含ZrO2，并包含(以基于氧化物的重量％計)：MO表示單獨的或以任意組合的CaO和/或SrO和/或BaO。

【技術特征摘要】
2013.11.26 DE 102013224111.91.一種用于生產陶瓷和金屬之間的封接件和/或用于生產金屬和金屬之間的封接件的封接玻璃(1)，除了最多為雜質以外，其不包含ZrO2，并包含(以基于氧化物的重量％計)：MO表示單獨的或以任意組合的CaO和/或SrO和/或BaO，其中，SiO2和B2O3的總含量滿足如下條件：SiO2+B2O3≤78重量％。2.根據權利要求1所述的封接玻璃(1)，其還包含單獨的或以任意組合的(以基于氧化物的重量％計)：3.根據權利要求1或2所述的封接玻璃(1)，其在20-300℃的溫度范圍內的線性熱膨脹系數α20-300℃為5.5×10-6K-1至10.5×10-6K-1。4.根據權利要求3所述的封接玻璃(1)，其在20-300℃的溫度范圍內的線性熱膨脹系數α20-300℃為5.5×10-6K-1至8.5×10-6K-1。5.根據權利要求3所述的封接玻璃(1)，其在20-300℃的溫度范圍內的線性熱膨脹系數α20-300℃為6.0×10-6K-1至8.0×10-6K-1。6.根據權利要求1或2所述的封接玻璃(1)，其還包含高達30體積％的氧化性填充劑。7.根據權利要求6所述的封接玻璃(1)，其中，所述填充劑為用于設定熱膨脹行為和/或耐腐蝕性和/或流動行為的填充劑。8.根據權利要求6所述的封接玻璃(1)，其中，所述填充劑以顆粒和/或纖維的形式存在。9.一種第一封接部件(2)和第二封接部件(3、4、41)之間的封接件，其使用了根據權利要求1-8中的任一項所述的封接玻璃(1)，其中，所述封接玻璃(1)使所述第一封接部件(2)的封接區域和所述第二封接部件(3、4、41)的封接區域相接合。10.根據權利要求9所述的封接件，其中，所述第一封接部件(2)至少在其封接區域包括陶瓷，以及所述第二封接部件(3、4、41)至少在其封接區域包括金屬。11.根據權利要求9或10所述的封接件，其中，所述第一封接部件(2)的封接區域的陶瓷選自由氧化鋁和/或α-氧化鋁和/或β-氧化鋁和/或β"-氧化鋁和/或NASICON所組成的組中。12.根據權利要求9或10所述的封接件，其中，所述第二封接...

【專利技術屬性】
技術研發人員：延斯·薩夫那，
申請(專利權)人：肖特股份有限公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE