プロトン伝導体を利用した超高温腐食防止膜の設計

利用质子导体的超高温防腐膜的设计

• 批准号: 19656171
• 负责人: 和田 匡史
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Japan Fine Ceramics Center
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19656171/
• 关键词: 腐食; プロトン伝導体; 拡散; 高温安定性; 腐食防止膜

本研究では、腐食防止膜にプロトン伝導体を適用することにより、膜中の腐食ガスの内方向拡散を抑制し、腐食防止膜の特性向上を図ることを目的としている。前年度の研究では、プロトン伝導体の一つであるLa_2Si_2O_7について、O_2+H_2Oのポテンシャル勾配下では、O_2のみのポテンシャル勾配下に比べて、酸素透過量が減少するとともに、水素透過が起こっていることを明らかにしている。今年度は、水素の透過も同時に抑制するため、プロトンの透過がほとんど無いAl_2O_3との積層化を検討した。ホットプレスによる固相接合を実施し、1300℃で接合体が作製可能であった。一方で、実際にガス透過性を測定する1500℃以上では液相が生じており、ガス透過性の測定は困難であった。なお、熱力学平衡計算によれば、上記組合せは、1500℃においても広い酸素分圧範囲で反応しないことが示され、今回の実験結果とは異なる予測結果が得られている。ここで、今回供試したLa_2Si_2O_7粉末は、ICPによる分析の結果、僅かにSiリッチ側にずれた組成であった。La_2O_3SiO_2系の相図によれば、La_2Si_2O_7の組成からSiリッチ側にずれると、液相が共存する温度が大きく低下する傾向にあることから、La_2Si_2O_7の組成のずれが液相生成に関与した可能性が高い。更に、Al_2O_3が加わって多成分系となることで、液相の生成がより低温で促進されているものと推察される。したがって、La_2Si_2O_7-Al_2O_3積層体を超高温の腐食防止膜として安定に用いるには、La_2Si_2O_7の組成の厳密なコントロールが重要になるものと考えられる。

这项研究旨在通过将质子导体应用于预防腐蚀膜，并改善预防腐蚀膜的性能，从而抑制膜中腐蚀气体的内在扩散。上一年的研究表明，对于O_2+H_2O的潜在梯度，对于LA_2SI_2O_7，与单独使用O_2的潜在梯度相比，氧渗透量减少，氧气渗透量减少，氢渗透率发生。今年，我们还考虑使用几乎没有质子渗透的Al_2O_3堆叠它，以同时抑制氢渗透。通过热按压进行固相键合，并在1300°C下进行粘结物体。另一方面，当实际测量气体渗透率时，在1500°C或更高的情况下发生液相，并且很难测量气体渗透性。顺便说一句，热力学平衡计算表明，即使在1500°C下，上述组合也不会在较大的氧气压范围内做出反应，从而产生与当前实验结果不同的预测结果。在这里，由于ICP分析，这次测试的LA_2SI_2O_7粉末对Si丰富的一侧进行了略微转移。根据LA_2O_3SIO_2系统的相图，当LA_2SI_2O_7的组成转移到Si丰富的一面时，液相共存的温度趋于显着下降，因此很可能在LA_2SI_2O_7组成中涉及液相生产的LA_2SI_2O_7。此外，据估计，添加Al_2O_3使其成为多组分系统，从而促进液相在较低温度下的形成。因此，人们认为，严格控制LA_2SI_2O_7-AL_2O_3层压板对于在超高温度下稳定用作预防腐蚀膜非常重要。