Korrosion von gasdruckgesinterten Si3N4-Keramiken in Säuren

In der Arbeit wurden systematisch die Einflüsse der Werkstoffzusammensetzungen und relevanter Gefügeparameter von gasdruckgesinterten Si3N4-Keramiken mit amorphen YSiAlON-Korngrenzenphasen auf ihr Korrosionsverhalten in sauren, zum Teil fluoridhaltigen Medien untersucht und wesentliche Mechanismen aufgeklärt. Im Wesentlichen wird die Korrosionsbeständigkeit von Si3N4-Keramiken in Säuren durch die Stabilität der in den Tripelpunkten lokalisierten Korngrenzenphase bestimmt. Entscheidend für ihre Stabilität ist vor allem der Anteil an netzwerkbildenden Komponenten in den amorphen YSiAlON-Strukturen der Korngrenzenphasen. In Abhängigkeit von den Werkstoffzusammensetzungen und den Korrosionsbedingungen konnten unterschiedliche Korrosionsmechanismen identifiziert werden. Verantwortlich hierfür sind passivierend wirkende SiO2-nH2O-Ablagerungen in den korrodierten Korngrenzenzwickeln. Die gefundenen Relationen zwischen Werkstoffstoffzusammensetzung und Korrosionsmedien einerseits sowie dem Korrosionsverhalten andererseits sind die Basis für weitergehende Entwicklungen von korrosionsresistenten Werkstoffen

Korrosion von gasdruckgesinterten Si3N4-Keramiken in Säuren

In der Arbeit wurden systematisch die Einflüsse der Werkstoffzusammensetzungen und relevanter Gefügeparameter von gasdruckgesinterten Si3N4-Keramiken mit amorphen YSiAlON-Korngrenzenphasen auf ihr Korrosionsverhalten in sauren, zum Teil fluoridhaltigen Medien untersucht und wesentliche Mechanismen aufgeklärt. Im Wesentlichen wird die Korrosionsbeständigkeit von Si3N4-Keramiken in Säuren durch die Stabilität der in den Tripelpunkten lokalisierten Korngrenzenphase bestimmt. Entscheidend für ihre Stabilität ist vor allem der Anteil an netzwerkbildenden Komponenten in den amorphen YSiAlON-Strukturen der Korngrenzenphasen. In Abhängigkeit von den Werkstoffzusammensetzungen und den Korrosionsbedingungen konnten unterschiedliche Korrosionsmechanismen identifiziert werden. Verantwortlich hierfür sind passivierend wirkende SiO2-nH2O-Ablagerungen in den korrodierten Korngrenzenzwickeln. Die gefundenen Relationen zwischen Werkstoffstoffzusammensetzung und Korrosionsmedien einerseits sowie dem Korrosionsverhalten andererseits sind die Basis für weitergehende Entwicklungen von korrosionsresistenten Werkstoffen

Application of composite coatings as protection/contacting layers for metallic highchromium- content SOFC interconnect material

Oxidation of the surface of metallic chromium oxide forming metallic interconnect (MIC) can cause up to one third of the total SOFC stack degradation during the long-time operation at elevated (750 - 850 °C) temperatures. The application of protective coatings is the most effective method not only for reduction of the growth of oxide scales but also for prevention of evaporation of Cr-containing species from MIC and of the poisoning of the air electrode. Two approaches to form the protective layers on the surface of CFY interconnect material with high chromium content (~ 94 %) have been tested. The CuNiMn-spinel (CNM) coatings were deposited using the wet powder spraying (WPS) of the slurries. As an alternative approach physical vapour deposition (PVD) method was used to apply thin metallic films on the surface of MIC and to form the protection layer by in-situ oxidation under the stack relevant conditions. The experiments were carried out at first using the model samples of different geometries to evaluate the properies and efficiency of the coatings. Composite pastes with addition of perovskite powders were also tested, because the CNM layers densify at SOFC operating conditions and shrinkage during long-term operation can cause the decrease of the contact area between the components and accelerate the degradation of the stack performance. The experiments have shown that the perovskite additive can efficiently reduce the shrinkage compared to the pure CNM material and match it well to the shrikage of other stack components. Moreover, the perovskite additive do not deteriorate the electrical properties of the composite since the perovskites have electrical conductivity comparable to CNM. The PVD coatings were tested in combination with CNM containing contacting layers applied by screen printing to reduce the chromium release rate. The experiments have shown a good compatibility and mechanical stability between the contacting layer and PVD protective coating during operation and thermal cycling. The materials and composites have been characterized by scanning electron microscopy (SEM/EDX), optical dilatometry and electrical conductivity measurements. Finally, the most promising material combinations obtained for model samples were transferred to SOFC stacks MK35x and evaluated under real operation condition.Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi) for funding of these researches (support code 03ET6120A)

Effect of electric load and dual atmosphere on the properties of an alkali containing diopside-based glass sealant for solid oxide cells

© 2019 Elsevier B.V. All rights reserved.A new alkali-containing diopside based glass-ceramic sealant for solid oxide cells was synthesized, characterized and tested. The composition was designed to match the coefficient of thermal expansion (CTE) of Crofer22APU interconnect. The sealant has a glass transition temperature of 600°C, a crystallization peak temperature of 850°C and a maximum shrinkage temperature of 700°C, thus suggesting effective densification prior to crystallization. The CTE of the glass-ceramic is 11.5 10-6 K-1, a value which is compatible with the CTE for Crofer22APU stainless steel. Crofer22APU/glass-ceramic/Crofer22APU joined samples were tested in simulated real-life operating conditions at 800°C in dual atmosphere under an applied voltage, monitoring the electrical resistivity. The effect of two different applied voltages (0.7V and 1.3V) was evaluated. A voltage of 1.3V led to a rapid decrease in the electrical resistivity during the test;such a drop was due to the formation of Cr2O3 “bridges” that connected the two Crofer22APU plates separated by the sealant. There was no decrease in the resistivity when a voltage of 0.7V was applied. Instead,resistivity value remained stable at around 105 Ω cm for the 100h test duration. The degradation mechanisms, due to both the alkali content and the applied voltage, are investigated and discussed.Peer reviewe

Korrosion von gasdruckgesinterten Si3N4-Keramiken in Säuren

In der Arbeit wurden systematisch die Einflüsse der Werkstoffzusammensetzungen und relevanter Gefügeparameter von gasdruckgesinterten Si3N4-Keramiken mit amorphen YSiAlON-Korngrenzenphasen auf ihr Korrosionsverhalten in sauren, zum Teil fluoridhaltigen Medien untersucht und wesentliche Mechanismen aufgeklärt. Im Wesentlichen wird die Korrosionsbeständigkeit von Si3N4-Keramiken in Säuren durch die Stabilität der in den Tripelpunkten lokalisierten Korngrenzenphase bestimmt. Entscheidend für ihre Stabilität ist vor allem der Anteil an netzwerkbildenden Komponenten in den amorphen YSiAlON-Strukturen der Korngrenzenphasen. In Abhängigkeit von den Werkstoffzusammensetzungen und den Korrosionsbedingungen konnten unterschiedliche Korrosionsmechanismen identifiziert werden. Verantwortlich hierfür sind passivierend wirkende SiO2-nH2O-Ablagerungen in den korrodierten Korngrenzenzwickeln. Die gefundenen Relationen zwischen Werkstoffstoffzusammensetzung und Korrosionsmedien einerseits sowie dem Korrosionsverhalten andererseits sind die Basis für weitergehende Entwicklungen von korrosionsresistenten Werkstoffen

Coefficient of thermal expansion (CTE) of C12A7:e- ceramic

The compound [Ca24Al28O64]4+(4e-) named as C12A7:e- has outstanding properties because of a low work function (2.4-2.6 eV) and high electron conductivity due to a cage-like crystal structure. For the application of the material as hollow cathodes in small satellite propulsion systems, its preparation as sinterable glass-ceramics via the powder route is purposeful. The coefficient of thermal expansion CTE is between 4.2 and 6.0 × 10−6 K−1 (RT-1000°C).This work was supported by the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program under grant agreement No 828902 (E.T. PACK project) and grant agreement No 870336 (iFACT project)