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JP2018129168A - Method for producing electrolyte sheet for solid oxide fuel cell - Google Patents

Method for producing electrolyte sheet for solid oxide fuel cell Download PDF

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JP2018129168A
JP2018129168A JP2017021010A JP2017021010A JP2018129168A JP 2018129168 A JP2018129168 A JP 2018129168A JP 2017021010 A JP2017021010 A JP 2017021010A JP 2017021010 A JP2017021010 A JP 2017021010A JP 2018129168 A JP2018129168 A JP 2018129168A
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Japan
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sheet
primary
primary fired
weight
firing
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JP2017021010A
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Japanese (ja)
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相川 規一
Norikazu Aikawa
規一 相川
秦 和男
Kazuo Hata
和男 秦
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Abstract

【課題】本発明は、周縁部におけるバリがより一層抑制された固体酸化物形燃料電池用電解質シートを効率良く製造することができる方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る固体酸化物形燃料電池用電解質シートの製造方法は、複数のジルコニアグリーンシートを積層して第1積層体とし、1次焼成して1次焼成シートを得る工程、および、上記工程Iで得られた複数の1次焼成シートを積層して第2積層体とし、2次焼成する工程を含み、上記第2積層体が、複数の上記1次焼成シートを直接積層した1次焼成シート群、最上の当該1次焼成シート群の上に最上の1次焼成シートの全面を被覆するよう載置された緻密セラミックシート、および、当該緻密セラミックシートの上に重しを有するものであり、上記重しを、上記1次焼成シートの周縁辺から内部に向かって3mmの領域である周縁部領域の少なくとも一部の鉛直上に存在しないよう配置することを特徴とする。【選択図】なしAn object of the present invention is to provide a method capable of efficiently producing an electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell in which burrs at the periphery are further suppressed. A method for producing an electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell according to the present invention includes a step of laminating a plurality of zirconia green sheets to form a first laminate, and performing primary firing to obtain a primary fired sheet; And a step of laminating a plurality of primary fired sheets obtained in the above step I to form a second laminate, and a secondary firing, wherein the second laminate directly laminates the plurality of primary fired sheets. A primary fired sheet group, a dense ceramic sheet placed on the uppermost primary fired sheet group so as to cover the entire surface of the uppermost primary fired sheet, and a weight on the dense ceramic sheet. The weight is arranged such that it does not exist vertically on at least a part of the peripheral area which is an area of 3 mm from the peripheral edge of the primary fired sheet toward the inside. [Selection figure] None

Description

本発明は、周縁部におけるバリが抑制された固体酸化物形燃料電池用電解質シートを効率良く製造することができる方法に関するものである。   The present invention relates to a method capable of efficiently producing an electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell in which burrs at the peripheral edge are suppressed.

燃料電池はクリーンなエネルギー源として注目されており、その用途は家庭用発電から業務用発電、さらには自動車用発電などを主体にして、改良研究や実用化研究が急速に進められている。かかる燃料電池の中でも固体酸化物形燃料電池(以下、「SOFC」と略記する場合がある)は、発電効率が高く長期安定性にも優れることから、家庭用や業務用の電力源として期待されている。   Fuel cells are attracting attention as a clean energy source. Improvements and practical application studies are being rapidly promoted mainly for household power generation, commercial power generation, and automobile power generation. Among such fuel cells, a solid oxide fuel cell (hereinafter sometimes abbreviated as “SOFC”) has high power generation efficiency and excellent long-term stability, and is expected as a power source for home use and business use. ing.

SOFCにおいては、固体電解質膜としてセラミックシートが一般的に用いられている。セラミックスは、耐熱性などの機械的性質に加え、電気的特性や磁気的特性にも優れることによる。中でもジルコニアを主体とするセラミックシートは、優れた酸素イオン伝導性や、耐熱性、耐食性、靭性などを有することから、SOFCの固体電解質膜として利用されている。   In SOFC, a ceramic sheet is generally used as a solid electrolyte membrane. Ceramics are superior in electrical properties and magnetic properties in addition to mechanical properties such as heat resistance. Among them, a ceramic sheet mainly composed of zirconia is used as a solid electrolyte membrane of SOFC because it has excellent oxygen ion conductivity, heat resistance, corrosion resistance, toughness, and the like.

SOFCでは、一例として、固体電解質膜の片面に燃料極層と他方の面に空気極層を有するSOFC用単セルを複数枚直列に積み重ねてスタックとするため、各層には大きな荷重が負荷される。また、発電時の高温と停止時の常温という温度変化に曝され、さらに卑金属を含む電極は酸化時と還元時で体積が変化する。そのため、SOFCが安定した発電性能を長期にわたって維持するためには、個々の層に欠陥が無く均質であり、且つ高強度であることが求められる。よって、高品質な固体電解質層を形成するための技術が種々検討されている。   In an SOFC, as an example, a plurality of SOFC single cells having a fuel electrode layer on one side and an air electrode layer on the other side are stacked in series to form a stack, so that a large load is applied to each layer. . Further, the electrode is exposed to temperature changes of high temperature during power generation and normal temperature during shutdown, and the volume of the electrode containing base metal changes during oxidation and during reduction. Therefore, in order to maintain a stable power generation performance over a long period of time, the SOFC is required to have no defects in each layer, be homogeneous, and have high strength. Therefore, various techniques for forming a high-quality solid electrolyte layer have been studied.

例えば特許文献1には、SOFC用の電解質シートのうねりを低減するために、ジルコニアグリーンシートを2段階で焼成するに当たり、2段階目の焼成で複数のシートを互いに直接積み重ねる方法が開示されている。また、特許文献2には、同じくSOFC用の電解質シートのバリやうねりを低減するために、1段階で焼成するに当たりグリーンシートの周縁部全てに荷重を負荷し且つ周縁部以外の少なくとも一部の鉛直上には重しが存在しないようにする方法が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a method of directly stacking a plurality of sheets on each other in the second stage firing in firing the zirconia green sheet in two stages in order to reduce the undulation of the electrolyte sheet for SOFC. . Further, in Patent Document 2, in order to reduce burr and undulation of the electrolyte sheet for SOFC as well, when firing in one stage, a load is applied to all the peripheral parts of the green sheet and at least a part of the parts other than the peripheral parts is applied. A method is disclosed in which there is no weight on the vertical.

特開2012−94502号公報JP 2012-94502 A 特開2015−69694号公報JP2015-69694 A

上述した通り、従来、固体酸化物形燃料電池用の電解質シートのバリやうねりなどの欠陥を低減する技術は種々開発されていた。しかし近年、燃料電池が実用化の段階に至り、その電解質シートに対する表面物性への要求は益々厳格になってきている。例えば、電解質シートには高度な平坦性が求められるようになっており、周縁部におけるバリに関しては、許容範囲が最大で50μm程度であったものが、例えば最大で30μmまで要求される傾向になっている。   As described above, conventionally, various techniques for reducing defects such as burrs and waviness in an electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell have been developed. However, in recent years, fuel cells have come to practical use, and demands on the surface properties of the electrolyte sheet have become increasingly strict. For example, the electrolyte sheet is required to have a high degree of flatness. Regarding the burr at the peripheral edge, the allowable range is about 50 μm at the maximum, but it tends to be required up to 30 μm, for example. ing.

そこで本発明は、周縁部におけるバリがより一層抑制された固体酸化物形燃料電池用電解質シートを効率良く製造することができる方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the method which can manufacture efficiently the electrolyte sheet for solid oxide fuel cells in which the burr | flash in the peripheral part was suppressed further.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、ジルコニアグリーンシートを2段階で焼成し、1段階目の焼成でバリが発生しても2段階目の焼成でバリを矯正するようにし、2段階目の焼成においてはバリ矯正のための重しをシート周縁部領域の鉛直上に存在しないようにすると、意外にも電解質シートのバリを顕著に抑制できることを見出して、本発明を完成した。
以下、本発明を示す。
The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems. As a result, the zirconia green sheet is fired in two stages, and even if burrs are generated in the first stage firing, the burrs are corrected in the second stage firing. It was found that if the weight does not exist vertically above the peripheral edge region of the sheet, the flash of the electrolyte sheet can be surprisingly suppressed, and the present invention has been completed.
Hereinafter, the present invention will be described.

[1] 固体酸化物形燃料電池用電解質シートを製造するための方法であって、
工程I: 複数のジルコニアグリーンシートを積層して第1積層体とし、1次焼成して1次焼成シートを得る工程、および、
工程II: 上記工程Iで得られた複数の1次焼成シートを積層して第2積層体とし、2次焼成する工程を含み、
上記第2積層体が、複数の上記1次焼成シートを直接積層した1次焼成シート群、最上の当該1次焼成シート群の上に最上の1次焼成シートの全面を被覆するよう載置された緻密セラミックシート、および、当該緻密セラミックシートの上に重しを有するものであり、
上記重しを、上記1次焼成シートの周縁辺から内部に向かって3mmの領域である周縁部領域の少なくとも一部の鉛直上に存在しないよう配置することを特徴とする方法。
[1] A method for producing an electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell,
Step I: A step of laminating a plurality of zirconia green sheets to form a first laminate, and primary firing to obtain a primary firing sheet; and
Step II: includes a step of laminating a plurality of primary fired sheets obtained in Step I above to form a second laminated body, followed by secondary firing.
The second laminated body is placed so as to cover the entire surface of the uppermost primary fired sheet on the uppermost primary fired sheet group, a primary fired sheet group obtained by directly laminating the plurality of primary fired sheets. A dense ceramic sheet, and a weight on the dense ceramic sheet,
The method is characterized in that the weight is arranged so as not to be present vertically on at least a part of a peripheral area which is an area of 3 mm from the peripheral edge of the primary fired sheet toward the inside.

[2] 上記周縁部領域の面積に対する、上記周縁部領域の鉛直上に存在する上記重しの平面部面積の割合が0%以上、90%以下である上記[1]に記載の方法。   [2] The method according to [1] above, wherein a ratio of the area of the planar portion of the weight existing vertically on the peripheral area to the area of the peripheral area is 0% or more and 90% or less.

[3] 上記第2積層体において、複数の上記1次焼成シート群が緻密セラミックシートを介して積層されている上記[1]または[2]に記載の方法。   [3] The method according to [1] or [2], wherein in the second laminated body, the plurality of primary fired sheet groups are laminated via a dense ceramic sheet.

[4] 上記第2積層体において、最上の上記1次焼成シートにかかる荷重が5.0g/cm2以上、80.0g/cm2以下である上記[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。 [4] In the second laminate, the load applied to the top of the primary firing sheet 5.0 g / cm 2 or more, in any of 80.0 g / cm 2 or less is the [1] to [3] The method described.

[5] 上記ジルコニアグリーンシートが、スカンジア、イットリア、セリア、ガドリニアおよびイッテルビアからなる群より選択される1種または2種以上の希土類元素酸化物で安定化されたジルコニアを含む上記[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。   [5] The above [1] to [1], wherein the zirconia green sheet contains zirconia stabilized with one or more rare earth element oxides selected from the group consisting of scandia, yttria, ceria, gadolinia and ytterbia. 4].

本発明によれば、固体酸化物形燃料電池用電解質シートにおけるバリの発生を顕著に抑制することができる。また、本発明方法ではジルコニアグリーンシートを2段階で焼成し、主に2段階目の焼成においてシート積層体における重しの位置を調整するのみで、容易にバリの発生を抑制できる。よって本発明は、実用化が進みつつある固体酸化物形燃料電池の必須構成要素である高性能の電解質シートを効率良く製造できる技術として、産業上極めて有用である。   According to the present invention, the generation of burrs in the electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell can be remarkably suppressed. Further, in the method of the present invention, the zirconia green sheet is fired in two stages, and the occurrence of burrs can be easily suppressed only by adjusting the position of the weight in the sheet laminate mainly in the second stage of firing. Therefore, the present invention is extremely useful industrially as a technology capable of efficiently producing a high-performance electrolyte sheet that is an essential component of a solid oxide fuel cell that is being put into practical use.

図1は、1次焼成シート、アルミナ緻密板および重しを含む第2積層体とセラミックセッターの側面模式図である。FIG. 1 is a schematic side view of a second laminate including a primary fired sheet, an alumina dense plate and a weight, and a ceramic setter. 図2は、従来の2次焼成時における1次焼成シートと重しとの位置関係を示す模式俯瞰図である。FIG. 2 is a schematic overhead view showing the positional relationship between the primary fired sheet and the weight during conventional secondary firing. 図3は、本発明に係る2次焼成時における1次焼成シートと重しとの位置関係を示す模式俯瞰図である。FIG. 3 is a schematic overhead view showing the positional relationship between the primary fired sheet and the weight at the time of secondary firing according to the present invention. 図4は、本発明に係る2次焼成時における1次焼成シートと重しとの位置関係を示す模式俯瞰図である。FIG. 4 is a schematic overhead view showing the positional relationship between the primary fired sheet and the weight at the time of secondary firing according to the present invention. 図5は、本発明に係る2次焼成時における1次焼成シートと重しとの位置関係を示す模式俯瞰図である。FIG. 5 is a schematic overhead view showing the positional relationship between the primary fired sheet and the weight during the secondary firing according to the present invention. 図6は、本発明に係る2次焼成時における1次焼成シートと重しとの位置関係を示す模式俯瞰図である。FIG. 6 is a schematic overhead view showing the positional relationship between the primary fired sheet and the weight during the secondary firing according to the present invention. 図7は、本発明に係る2次焼成時における1次焼成シートと重しとの位置関係を示す模式俯瞰図である。FIG. 7 is a schematic overhead view showing the positional relationship between the primary fired sheet and the weight at the time of secondary firing according to the present invention. 図8は、本発明に係る2次焼成時における1次焼成シートと重しとの位置関係を示す模式俯瞰図である。FIG. 8 is a schematic overhead view showing the positional relationship between the primary fired sheet and the weight during the secondary firing according to the present invention.

本発明で用いるジルコニアグリーンシートは、常法により製造することができる。例えば、以下の通り、ジルコニア粉末を含むスラリーを調製し、当該スラリーをシート状に成形してジルコニアグリーンシートとすればよい。以下、ジルコニアグリーンシートの一般的な製造方法を含め、本発明方法につき説明する。   The zirconia green sheet used by this invention can be manufactured by a conventional method. For example, as described below, a slurry containing zirconia powder may be prepared, and the slurry may be formed into a sheet shape to obtain a zirconia green sheet. Hereinafter, the method of the present invention including a general method for producing zirconia green sheets will be described.

スラリー調製工程
本工程では、少なくともジルコニア粉末、溶媒およびバインダーを混合してスラリーを調製する。
Slurry preparation step In this step, at least zirconia powder, a solvent and a binder are mixed to prepare a slurry.

ジルコニア粉末の材料としては、1種以上の安定化剤で安定化されたジルコニアを用いることができる。例えば、MgO、CaO、SrO、BaO等のアルカリ土類金属酸化物;Sc23、Y23、La23、CeO2、Pr23、Nd23、Sm23、Eu23、Gd23、Tb23、Dy23、Ho23、Er23、Yb23等の希土類元素酸化物;および、Bi23、In23等の金属酸化物から選択される1種または2種以上を安定化剤として含有するジルコニアの粉末が挙げられる。さらに、その他の添加剤として、SiO2、Ge23、B23、SnO2、Ta25およびNb25から選択されるいずれかの酸化物が含まれていてもよい。これらの中でも、より高レベルの酸素イオン伝導性、強度および靭性を確保する上で好ましいのは、スカンジア、イットリア、セリア、ガドリニアおよびイッテルビアからなる群より選択される1種または2種以上の希土類元素酸化物で安定化されたジルコニアである。金属酸化物の固溶量は適宜調整すればよいが、例えば、ジルコニアも含めた全体に対する希土類元素酸化物の固溶量を8モル%以上、15モル%以下とすることができる。当該固溶量が8モル%以上であれば、立方晶の割合が高くなり、ジルコニアの結晶をより確実に安定化することが可能になる。一方、当該固溶量が15モル%以下であれば、酸化物イオン伝導性がより確実に高くなり、電解質としての性能を十分に確保することができる。当該固溶量としては9モル%以上が好ましく、また、12モル%以下が好ましく、11モル%以下がより好ましい。なお、上記希土類元素酸化物は1種のみであってもよいし、2種以上併用してもよい。2種以上併用する場合には、上記固溶量は、それぞれの元素の酸化物としてのモル濃度の総和とする。 As a material for the zirconia powder, zirconia stabilized with one or more stabilizers can be used. For example, alkaline earth metal oxides such as MgO, CaO, SrO, BaO; Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Pr 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Sm 2 O 3 Rare earth element oxides such as Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 ; and Bi 2 O 3 , In Examples thereof include zirconia powder containing one or more selected from metal oxides such as 2 O 3 as a stabilizer. Furthermore, any other oxide selected from SiO 2 , Ge 2 O 3 , B 2 O 3 , SnO 2 , Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5 may be contained as another additive. Among these, one or more rare earth elements selected from the group consisting of scandia, yttria, ceria, gadolinia, and ytterbia are preferable for ensuring a higher level of oxygen ion conductivity, strength, and toughness. Zirconia stabilized with oxide. The solid solution amount of the metal oxide may be appropriately adjusted. For example, the solid solution amount of the rare earth element oxide with respect to the whole including zirconia can be 8 mol% or more and 15 mol% or less. If the amount of the solid solution is 8 mol% or more, the proportion of cubic crystals increases, and zirconia crystals can be more reliably stabilized. On the other hand, if the amount of the solid solution is 15 mol% or less, the oxide ion conductivity is more reliably increased, and the performance as an electrolyte can be sufficiently ensured. The amount of the solid solution is preferably 9 mol% or more, more preferably 12 mol% or less, and even more preferably 11 mol% or less. In addition, the said rare earth element oxide may be only 1 type, and may use 2 or more types together. When using 2 or more types together, the said solid solution amount is made into the sum total of the molar concentration as an oxide of each element.

ジルコニア粉末は、ジルコニア電解質の作製のし易さなどから、ボールミルやビーズミルなどにより粉砕することが好ましい。粉砕の程度は適宜調整すればよいが、例えば、平均二次粒子径が0.08μm以上、1.0μm以下程度になるようにすればよい。当該平均二次粒子径が1.0μm以下と比較的細かい固体電解質材料を用いることで、スラリー調製におけるバインダー使用量を低減することができ、また、密度の高い固体電解質層などが得られ易くなる。一方、細か過ぎると分散剤などの必要量が多くなることから、好適には0.08μm以上とする。当該平均二次粒子径としては、0.2μm以上、0.8μm以下程度がより好ましい。なお、平均二次粒子径は、例えば、固体電解質材料の分散液を調製し、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いてその粒度分布を測定し、50体積%における径(D50)として求めることができる。 The zirconia powder is preferably pulverized by a ball mill, a bead mill or the like because of the ease of producing the zirconia electrolyte. The degree of pulverization may be adjusted as appropriate. For example, the average secondary particle diameter may be about 0.08 μm or more and 1.0 μm or less. By using a relatively fine solid electrolyte material having an average secondary particle diameter of 1.0 μm or less, the amount of binder used in slurry preparation can be reduced, and a solid electrolyte layer having a high density can be easily obtained. . On the other hand, if it is too fine, the necessary amount of a dispersant and the like increases, so that it is preferably 0.08 μm or more. The average secondary particle diameter is more preferably about 0.2 μm or more and 0.8 μm or less. The average secondary particle diameter is obtained as, for example, a diameter (D 50 ) at 50 % by volume by preparing a dispersion of a solid electrolyte material and measuring the particle size distribution using a laser diffraction particle size distribution analyzer. Can do.

スラリー調製に用いる溶媒としては、特に制限されないが、例えば、メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、1−ヘキサノールなどのアルコール類;アセトン、2−ブタノンなどのケトン類;ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの酢酸エステル類などを例示することができ、これらから適宜選択して使用する。これらの溶媒は単独で使用し得る他、2種以上を混合して使用することができる。   Although it does not restrict | limit especially as a solvent used for slurry preparation, For example, Alcohols, such as methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, 1-hexanol; Ketones, such as acetone and 2-butanone; Pentane, hexane, heptane Aliphatic hydrocarbons such as: aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and ethylbenzene; acetic acid esters such as methyl acetate, ethyl acetate, and butyl acetate, and the like. use. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

バインダーとしては、特に制限はなく、従来から知られている有機質バインダーを適宜選択して使用できる。有機質バインダーとしては、例えばエチレン系共重合体、スチレン系共重合体、アクリレート系および/またはメタクリレート系共重合体、酢酸ビニル系共重合体、マレイン酸系共重合体、ビニルブチラール系樹脂、ビニルアセタール系樹脂、ビニルホルマール系樹脂、ビニルアルコール系樹脂、ワックス類、エチルセルロースなどのセルロース系樹脂などが例示される。これらのバインダーは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、グリーンシート表面への陥没や凸起などの形成のための加工性、グリーンシート成形性、焼成時の熱分解性などの点から、熱可塑性で、且つ数平均分子量が20,000以上250,000以下、ガラス転移温度が−40℃以上20℃以下の(メタ)アクリレート系共重合体が好ましいものとして推奨される。かかる数平均分子量は、常法により測定できる。しかし、市販のバインダーでカタログ値がある場合には、それを参照すればよい。   There is no restriction | limiting in particular as a binder, The organic binder conventionally known can be selected suitably and can be used. Examples of organic binders include ethylene copolymers, styrene copolymers, acrylate and / or methacrylate copolymers, vinyl acetate copolymers, maleic acid copolymers, vinyl butyral resins, and vinyl acetals. Examples thereof include cellulosic resins, vinyl formal resins, vinyl alcohol resins, waxes, and cellulose resins such as ethyl cellulose. These binders may be used independently and may use 2 or more types together. Among these, from the viewpoints of processability for forming depressions and protrusions on the surface of the green sheet, green sheet moldability, thermal decomposability during firing, etc., it is thermoplastic and has a number average molecular weight of 20,000. A (meth) acrylate copolymer having a glass transition temperature of −40 ° C. or higher and 20 ° C. or lower is recommended as a preferable value. Such a number average molecular weight can be measured by a conventional method. However, if there is a catalog value for a commercially available binder, it may be referred to.

スラリーには、ジルコニア粉末、溶媒およびバインダー以外の成分も適宜配合してよい。その他の成分としては、例えば、分散剤、可塑剤、消泡剤などを挙げることができる。   Components other than zirconia powder, a solvent, and a binder may be appropriately blended in the slurry. Examples of other components include a dispersant, a plasticizer, and an antifoaming agent.

上記各成分は、常法により混合すればよい。例えば、所望の二次粒子径を有する固体電解質材料を事前に得ている場合は、ディスパーなどを用い、それ以上粉砕されない条件で混合すればよい。安定化ジルコニア粉末の二次粒子径を事前に調整していない場合には、ボールミルなどを用い、所望の二次粒子径となるまで粉砕混合してもよい。   What is necessary is just to mix said each component by a conventional method. For example, when a solid electrolyte material having a desired secondary particle size is obtained in advance, a disperser or the like may be used and mixed under conditions that do not cause further pulverization. When the secondary particle diameter of the stabilized zirconia powder is not adjusted in advance, it may be pulverized and mixed until a desired secondary particle diameter is obtained using a ball mill or the like.

ジルコニアグリーンシートの調製工程
次に、上記スラリーを基材に塗工してテープ状またはシート状に成形した後に乾燥することによりジルコニアグリーンシートを得る。基材としては、PETフィルムなどの基材フィルムを用いればよい。スラリーの塗工方法は特に制限されず、ドクターブレード法やカレンダーロール法などの常法を用いることができる。具体的には、例えば、スラリーを塗工ダムへ輸送し、ドクターブレードにより均一な厚さとなるように基材上にキャスティングし、乾燥することにより5cm以上、100cm以下程度の幅のジルコニアグリーンテープを得た後に、所望の形状に切断してジルコニアグリーンシートとしてもよい。ジルコニアグリーンシートの形状や大きさは、目的とする電解質シートの形状や大きさに合わせて決定すればよい。
Step of preparing zirconia green sheet Next, the slurry is applied to a base material, formed into a tape shape or a sheet shape, and then dried to obtain a zirconia green sheet. A substrate film such as a PET film may be used as the substrate. The method for applying the slurry is not particularly limited, and conventional methods such as a doctor blade method and a calender roll method can be used. Specifically, for example, the slurry is transported to a coating dam, cast on a substrate so as to have a uniform thickness by a doctor blade, and dried to obtain a zirconia green tape having a width of about 5 cm to 100 cm. After being obtained, it may be cut into a desired shape to obtain a zirconia green sheet. The shape and size of the zirconia green sheet may be determined according to the shape and size of the target electrolyte sheet.

工程I: 1次焼成工程
本工程では、複数のジルコニアグリーンシートを積層して第1積層体とし、1次焼成して1次焼成シートを得る。本工程は、ジルコニアグリーンシートの一般的な焼成工程に相当する。
Step I: Primary firing step In this step, a plurality of zirconia green sheets are laminated to form a first laminate, which is then primarily fired to obtain a primary fired sheet. This step corresponds to a general firing step of zirconia green sheets.

第1積層体においては、有機成分や残留溶媒などの留去を良好にして、うねり、反り、バリなどの欠陥を抑制すること等を主な目的として、ジルコニアグリーンシートと多孔質スペーサを交互に積層することが好ましい。この際、個々のジルコニアグリーンシートの平面部全面がジルコニアグリーンシートにより被覆されるように両シートを配置することが好ましく、また、ジルコニアグリーンシート−多孔質スペーサ積層体の最下と最上にはそれぞれ多孔質スペーサを配置することが好ましい。さらに、当該積層体の下にはセラミックセッターを配置してもよく、また、当該積層体の最上多孔質スペーサの上には重しを配置してもよい。   In the first laminate, zirconia green sheets and porous spacers are alternately used mainly for the purpose of improving the evaporation of organic components and residual solvents and suppressing defects such as undulation, warpage, and burrs. It is preferable to laminate. At this time, it is preferable to arrange both sheets so that the entire plane portion of each zirconia green sheet is covered with the zirconia green sheet, and the bottom and top of the zirconia green sheet-porous spacer laminate are respectively It is preferable to arrange a porous spacer. Furthermore, a ceramic setter may be disposed under the laminate, and a weight may be disposed on the uppermost porous spacer of the laminate.

第1積層体におけるジルコニアグリーンシートの積層数は適宜調整すればよいが、例えば、2枚以上、20枚以下とすることができる。製造効率の面から、ジルコニアグリーンシートは2枚以上積層することが好ましい。一方、当該積層数が20枚以下であれば、第1積層体を十分に安定なものとすることができる。当該積層数としては、4枚以上、15枚以下がより好ましい。   The number of zirconia green sheets laminated in the first laminate may be adjusted as appropriate, and may be, for example, 2 or more and 20 or less. From the viewpoint of production efficiency, it is preferable to laminate two or more zirconia green sheets. On the other hand, if the number of stacked layers is 20 or less, the first stacked body can be made sufficiently stable. The number of stacked layers is more preferably 4 or more and 15 or less.

本発明において用いることができる多孔質スペーサの材質としては、例えば、アルミナ、ジルコニアおよびムライトからなる群より選択される少なくともいずれか1種を挙げることができる。これらからなる多孔質シートは、耐クリープ性や耐スポーリング性に優れており、高温雰囲気下でジルコニアとの反応性が低いという利点を有する。   Examples of the material of the porous spacer that can be used in the present invention include at least one selected from the group consisting of alumina, zirconia, and mullite. The porous sheet made of these has excellent creep resistance and spalling resistance, and has an advantage of low reactivity with zirconia in a high temperature atmosphere.

多孔質スペーサの気孔率としては、30%以上、70%以下が好ましい。当該気孔率が30%以上であれば、多孔質スペーサとジルコニアグリーンシートとを交互に積み重ねた状態でジルコニアグリーンシートを焼成する際に、有機成分の熱分解によって生成するガスを速やかに外部に放出して脱脂効果を十分に促進でき、1次焼成シートのうねり、クラック、割れ等の欠陥をより確実に抑制することができる。一方、当該気孔率が70%以下であれば、多孔質スペーサ自体の強度や平滑性を十分に確保することができ、繰り返しの使用が可能になり、また、1次焼成シートのクラックや割れをより一層低減できる。上記気孔率としては35%以上がより好ましく、40%以上がよりさらに好ましく、また、65%以下がより好ましく、60%以下がよりさらに好ましい。なお、上記気孔率はJIS R2205の「耐火れんがの見掛気孔率の測定方法」に準拠して、下記式より算出される。
0=[(W3−W1)/(W3−W2)]×100
[式中、P0は試料の見掛気孔率を示し、W1は乾燥試料の質量を示し、W2は飽水試料の水中の質量を示し、W3は飽水試料の質量を示す。]
The porosity of the porous spacer is preferably 30% or more and 70% or less. If the porosity is 30% or more, when firing zirconia green sheets with porous spacers and zirconia green sheets alternately stacked, gas generated by thermal decomposition of organic components is quickly released to the outside. Thus, the degreasing effect can be sufficiently promoted, and defects such as undulation, cracks and cracks in the primary fired sheet can be more reliably suppressed. On the other hand, if the porosity is 70% or less, the strength and smoothness of the porous spacer itself can be sufficiently secured, and repeated use is possible, and cracks and cracks in the primary fired sheet can be prevented. It can be further reduced. The porosity is more preferably 35% or more, still more preferably 40% or more, more preferably 65% or less, and still more preferably 60% or less. The porosity is calculated from the following formula in accordance with “Measurement method of apparent porosity of refractory brick” in JIS R2205.
P 0 = [(W 3 −W 1 ) / (W 3 −W 2 )] × 100
[In the formula, P 0 represents the apparent porosity of the sample, W 1 represents the mass of the dried sample, W 2 represents the mass of the saturated sample in water, and W 3 represents the mass of the saturated sample. ]

多孔質スペーサの厚さとしては、100μm以上、500μm以下が好ましい。当該厚さが100μm以上であれば、多孔質スペーサの強度を十分に確保することができ、500μm以下であれば、焼成時における有機成分分解ガスが十分に放散され、1次焼成シートのうねり等の欠陥をより確実に抑制できる。当該厚さとしては、120μm以上がより好ましく、150μm以上がよりさらに好ましく、また、400μm以下がより好ましく、350μm以下がよりさらに好ましい。また、多孔質スペーサの面積や形状は、ジルコニアグリーンシートの平面部全面を被覆できるように決定すればよい。但し、多孔質スペーサには適宜穴を設けてもよい。   The thickness of the porous spacer is preferably 100 μm or more and 500 μm or less. If the thickness is 100 μm or more, the strength of the porous spacer can be sufficiently secured, and if it is 500 μm or less, the organic component decomposition gas at the time of firing is sufficiently diffused, and the swell of the primary fired sheet, etc. It is possible to more reliably suppress defects. The thickness is more preferably 120 μm or more, even more preferably 150 μm or more, more preferably 400 μm or less, and even more preferably 350 μm or less. Further, the area and shape of the porous spacer may be determined so as to cover the entire plane part of the zirconia green sheet. However, holes may be provided in the porous spacer as appropriate.

ジルコニアグリーンシートは、多孔質スペーサと交互に積み重ねられた状態で焼成されるので、ジルコニアグリーンシートにかかる荷重が均一になるようにすることが好ましい。そのために、多孔質スペーサの面積は、ジルコニアグリーンシートの面積よりも若干大きくし、且つジルコニアグリーンシートが多孔質スペーサの周縁からはみ出ないようにすることが好ましい。具体的には、ジルコニア系グリーンシートの周縁から多孔質スペーサがはみ出る寸法としては、0.5mm以上、5mm以下の範囲が好ましく、1mm以上、3mm以下がより好ましく、1mm以上、2mm以下がよりさらに好ましい。また、多孔質スペーサの面積としては80cm2以上、500cm2以下が好ましく、100cm2以上、400cm2以下がより好ましい。なお、多孔質スペーサの面積とは、スペーサに穴が設けられている場合は、当該穴の面積を含んだ多孔質スペーサの平面部の面積であり、外形によって決定される面積を意味する。 Since the zirconia green sheet is fired in a state where the zirconia green sheet is alternately stacked with the porous spacer, it is preferable to make the load applied to the zirconia green sheet uniform. Therefore, it is preferable that the area of the porous spacer is slightly larger than the area of the zirconia green sheet and that the zirconia green sheet does not protrude from the peripheral edge of the porous spacer. Specifically, the dimension in which the porous spacer protrudes from the periphery of the zirconia green sheet is preferably in the range of 0.5 mm to 5 mm, more preferably 1 mm to 3 mm, and even more preferably 1 mm to 2 mm. preferable. Further, the area of the porous spacer is preferably 80 cm 2 or more and 500 cm 2 or less, more preferably 100 cm 2 or more and 400 cm 2 or less. In addition, the area of a porous spacer means the area determined by the external shape, when the hole is provided in the spacer, the area of the planar portion of the porous spacer including the area of the hole.

本発明で用い得るセラミックセッターは、一般に、主に電子部品やガラスの焼成に使用されるセラミック製の焼成用治具のことであり、棚板や敷板とも呼ばれる。本発明で用い得るセラミックセッターは、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア等の酸化物、および/または、コージェライト、ジルコニア、ムライト等の複合酸化物からなり、厚さが5mm以上、30mm以下程度で、一辺が150mm以上、400mm以下程度の平板状であり、多孔質スペーサが載置される敷板であることが好ましい。   The ceramic setter that can be used in the present invention is generally a ceramic firing jig mainly used for firing electronic parts and glass, and is also called a shelf board or a floor board. The ceramic setter that can be used in the present invention comprises an oxide such as alumina, silica, magnesia, zirconia, and / or a composite oxide such as cordierite, zirconia, mullite, and has a thickness of about 5 mm to about 30 mm. It is preferably a flat plate having a side of about 150 mm or more and 400 mm or less and on which a porous spacer is placed.

ジルコニアシートを積層した第1積層体の最上部には重しを載置し、ジルコニアグリーンシートに荷重をかけた状態で焼成することが好ましい。重しの材質は適宜選択すればよいが、例えば、ムライトおよび/またはアルミナを挙げることができ、重しの形状としては、例えば板状やブロック状を挙げることができる。また、重しは、第1積層体における最上のジルコニアグリーンシートにかかる荷重が好ましくは0.1g/cm2以上、1.0g/cm2以下、より好ましくは0.2g/cm2以上、0.5g/cm2以下となるように選択すればよい。なお、かかる荷重については、最上のジルコニアグリーンシート上に多孔質スペーサを載置する場合には当該多孔質スペーサの重量を考慮してもよいが、重しに対する多孔質スペーサの重量が無視できるほど小さい場合には、多孔質スペーサの重量を考慮なくてもよいものとする。 It is preferable that a weight is placed on the top of the first laminated body in which the zirconia sheets are laminated, and the zirconia green sheet is fired with a load applied. The weight material may be selected as appropriate, and examples include mullite and / or alumina. Examples of the weight shape include a plate shape and a block shape. The weight is preferably a load applied to the uppermost zirconia green sheet in the first laminate, preferably 0.1 g / cm 2 or more, 1.0 g / cm 2 or less, more preferably 0.2 g / cm 2 or more, 0 It may be selected so as to be 5 g / cm 2 or less. As for the load, when the porous spacer is placed on the uppermost zirconia green sheet, the weight of the porous spacer may be taken into consideration, but the weight of the porous spacer relative to the weight is negligible. If it is small, the weight of the porous spacer need not be considered.

第1積層体の焼成条件は、適宜調整すればよい。例えば、1次焼成温度は1200℃以上、1600℃以下に設定することができる。当該温度としては、1250℃以上が好ましく、1300℃以上がよりさらに好ましく、また、1550℃以下が好ましく、1500℃以下がよりさらに好ましい。なお、1次焼成時の昇温速度、降温速度、焼成時間などは、特に限定されない。   What is necessary is just to adjust the baking conditions of a 1st laminated body suitably. For example, the primary firing temperature can be set to 1200 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower. As the said temperature, 1250 degreeC or more is preferable, 1300 degreeC or more is further more preferable, 1550 degreeC or less is preferable and 1500 degreeC or less is more preferable. In addition, the temperature increase rate, the temperature decrease rate, the baking time, etc. at the time of primary baking are not particularly limited.

工程II: 2次焼成工程
本工程では、上記工程Iで得られた複数の1次焼成シートを積層して第2積層体とし、2次焼成する。本工程により、上記工程Iで1次焼成シートにバリが発生していても、バリを矯正して低減することができる。よって、上記工程Iの後に1次焼成シートにおけるバリの有無を検査し、所定値以上のバリを有する1次焼成シートのみ本工程の2次焼成に付してもよい。しかし、かかる検査を実施せず、上記工程Iを経た1次焼成シートをそのまま2次焼成に付してもよい。上記検査を実施しないことにより全体の製造効率を高めることができ、また、欠陥が所定値未満の1次焼成シートであっても、その表面性状をより一層改善することができる。
Step II: Secondary firing step In this step, the plurality of primary firing sheets obtained in Step I are laminated to form a second laminate, which is then subjected to secondary firing. By this step, even if burrs are generated in the primary fired sheet in Step I, the burrs can be corrected and reduced. Therefore, after step I, the presence or absence of burrs in the primary fired sheet may be inspected, and only the primary fired sheet having burrs of a predetermined value or more may be subjected to the secondary firing in this process. However, this inspection may not be performed, and the primary fired sheet that has undergone the above step I may be subjected to secondary firing as it is. By not carrying out the inspection, the overall production efficiency can be increased, and even if the defect is a primary fired sheet having a defect less than a predetermined value, the surface properties can be further improved.

本発明において「バリ」とは、シート周縁辺の反り返りをいい、シート周縁部領域における最低点と最高点との高さの差異として表すことができる。本発明において「シート周縁部」とは、1次焼成シートおよび2次焼成シートの周縁辺と周縁辺から内部に向かって3mmの位置の間の部分のことであり、「シート周縁部領域」とは、1次焼成シートおよび2次焼成シートの周縁辺と周縁辺から内部に向かって3mmの位置の間のすべての領域のことをいう。   In the present invention, the “burr” refers to the curvature of the sheet peripheral edge, and can be expressed as a difference in height between the lowest point and the highest point in the sheet peripheral region. In the present invention, the “sheet peripheral portion” is a portion between the peripheral side of the primary fired sheet and the secondary fired sheet and a position between 3 mm from the peripheral side toward the inside, and “sheet peripheral region” Means all the areas between the peripheral edge of the primary fired sheet and the secondary fired sheet and a position of 3 mm from the peripheral edge toward the inside.

本発明において、バリ高さはレーザー光学式三次元形状測定装置を用いて測定され、シート面にレーザー光を照射してその反射光を三次元形状解析することによって求めることができる。即ちレーザー光学式三次元形状測定装置とは、被測定対象となる電解質シート面にレーザー光を照射してシート面でフォーカスを結び、その反射光をフォトダイオード上に均等に結像させるとき、シート面が変位に対し像に不均等が生じると、即座にこれを解消する信号を発して対物レンズの焦点を常にシート面に合う様にレンズが制御される構造を備えた非接触式の微小三次元形状解析装置であり、その移動量を検出することによって、被測定対象となるシート面の凹凸を非接触的に検出することができる。その分解能が通常1μm以下、望ましくは0.1μm以下のものが使用されるが、本発明では各区間におけるバリ高さを正確に検知するために、0.01μmの分解能の装置が使用される。   In the present invention, the burr height is measured using a laser optical three-dimensional shape measuring apparatus, and can be obtained by irradiating the sheet surface with laser light and analyzing the reflected light in a three-dimensional shape. In other words, a laser optical three-dimensional shape measuring device is used to irradiate an electrolyte sheet surface to be measured with laser light to focus on the sheet surface, and to form an image of the reflected light evenly on the photodiode. Non-contact type micro-tertiary with a structure in which the lens is controlled so that the focal point of the objective lens is always in focus with the sheet surface by generating a signal that immediately cancels this when the image becomes uneven with respect to the displacement of the surface By detecting the amount of movement of the original shape analyzing apparatus, the unevenness of the sheet surface to be measured can be detected in a non-contact manner. The resolution is usually 1 μm or less, preferably 0.1 μm or less. In the present invention, a device having a resolution of 0.01 μm is used to accurately detect the burr height in each section.

レーザー光学式三次元形状測定装置について、具体的な例を挙げて説明する。レーザー測定器は、波長670nm、スポット径が約2μmの赤色半導体レーザーを光源として備え、分解能は0.01μm、スキャン幅は0〜1100μmの間で6段階に設定可能である。レーザー測定器は、さらに波長870nmの赤外LEDを照明光源とするマイクロスコープ機能も附属されているものが好ましい。好適な測定器の一例としては、キーエンス社製のダブルスキャン高精度レーザー測定器LTシリーズが挙げられる。レーザー測定器コントローラは、最小表示単位が0.01μm、表示周期は10回/秒で、コントロールI/Oは無電圧入力、NPNオープンコレクタ出力となっている。また、レーザー測定器コントローラは、PINコネクタでモニタに接続される。   A laser optical three-dimensional shape measuring apparatus will be described with a specific example. The laser measuring instrument is provided with a red semiconductor laser having a wavelength of 670 nm and a spot diameter of about 2 μm as a light source, and the resolution is 0.01 μm, and the scan width can be set in six steps between 0 and 1100 μm. It is preferable that the laser measuring instrument further has a microscope function with an infrared LED having a wavelength of 870 nm as an illumination light source. As an example of a suitable measuring device, there is a double scan high precision laser measuring device LT series manufactured by Keyence Corporation. The laser measuring instrument controller has a minimum display unit of 0.01 μm, a display cycle of 10 times / second, and the control I / O is a no-voltage input and an NPN open collector output. Further, the laser measuring instrument controller is connected to the monitor by a PIN connector.

本発明では、1次焼成シートと2次焼成シートのバリ高さは、具体的には、前記のキーエンス社製のダブルスキャン高精度レーザー測定器LTシリーズと、コムス社製の高速3次元形状測定システム「EMS2002AD−3D」を用いて、任意の十字の方向にレーザー光を0.01mmピッチで、シート8箇所の周縁辺付近について、シート外からシート中心部に向かって周縁辺から約6mmの長さまでスキャンさせて、任意の8箇所の周縁部領域での最高点と最低点の高さの差異を測定する。従来は任意の周縁部領域での4箇所ともバリ高さ50μmが許容範囲とされていたが、電解質シートの平坦性がより重要視されており、本発明では任意の周縁部領域での8箇所とも30μm以下である焼成シートを合格とする。   In the present invention, the burr heights of the primary fired sheet and the secondary fired sheet are specifically determined by the above-mentioned double scan high-precision laser measuring instrument LT series manufactured by Keyence Corporation and high-speed three-dimensional shape measurement manufactured by COMMS Corporation. Using the system “EMS2002AD-3D”, a laser beam is emitted in an arbitrary cross direction at a pitch of 0.01 mm, and the length of the peripheral edge of 8 sheets is about 6 mm from the periphery toward the center of the sheet from the outside of the sheet. The height difference between the highest point and the lowest point in any of the eight peripheral areas is measured. Conventionally, the burr height of 50 μm has been an acceptable range for all four locations in any peripheral region, but the flatness of the electrolyte sheet is more important, and in the present invention, eight locations in any peripheral region are used. A fired sheet that is 30 μm or less is considered acceptable.

本工程で焼成すべき第2積層体は、複数の1次焼成シートを直接積層した1次焼成シート群を含む。1次焼成シート群においては、焼成シートが互いにずれないよう全体をテープ等で固定してもよい。1次焼成シート群を構成する1次焼成シートの枚数としては、10枚以上、100枚以下が好ましい。当該枚数が10枚以上であれば、良好な製造効率を確保することができる。一方、当該枚数が100枚以下であれば、第2積層体を十分に安定なものとすることができる。また、焼成シート間に異物が混入すると異物近傍の多数の焼成シートに異物の痕跡が残って不良となるおそれがあり得、また、1次焼成シートのバリによって第2積層体が崩れるおそれがあり得るので、第2積層体においては緻密セラミックシートを介して1次焼成シート群を互いに積み重ねられた構成を有するように形成してもよい。本発明で用い得る緻密セラミックシートとしては、アルミナ、ジルコニアおよびムライトからなる群より選択される少なくともいずれか1種を含む材料によって形成されているものが好ましい。これらは、耐クリープ性や耐スポーリング性に優れており、高温雰囲気下でジルコニアとの反応性が低い。第2積層体における1次焼成シート群の積層数は適宜調整すればよいが、例えば、1以上、10以下とすることができる。   The second laminate to be fired in this step includes a primary fired sheet group obtained by directly laminating a plurality of primary fired sheets. In the primary fired sheet group, the whole may be fixed with a tape or the like so that the fired sheets do not deviate from each other. The number of primary fired sheets constituting the primary fired sheet group is preferably 10 or more and 100 or less. If the number is 10 or more, good production efficiency can be ensured. On the other hand, if the number is 100 or less, the second laminate can be made sufficiently stable. In addition, if foreign matter is mixed between the fired sheets, there may be a possibility that a lot of fired sheets in the vicinity of the foreign matter leave traces of the foreign matter and become defective, and there is a possibility that the second laminate may collapse due to burrs of the primary fired sheet. Therefore, the second laminated body may be formed to have a configuration in which the primary fired sheet groups are stacked on each other via a dense ceramic sheet. The dense ceramic sheet that can be used in the present invention is preferably formed of a material containing at least one selected from the group consisting of alumina, zirconia, and mullite. These are excellent in creep resistance and spalling resistance, and have low reactivity with zirconia in a high temperature atmosphere. The number of laminated primary fired sheet groups in the second laminate may be adjusted as appropriate, and may be, for example, 1 or more and 10 or less.

なお、本発明で用い得る緻密セラミックシートの緻密度は適宜調整すればよいが、例えば、相対密度が90%以上のものが好ましい。当該相対密度としては、95%以上がより好ましく、98%以上がよりさらに好ましく、99%以上が特に好ましい。相対密度は、下記式により算出する。下記式中、理論密度とは、結晶の単位格子の体積と単位格子に含まれる質量の総和から計算によって求められる密度のことであり、嵩密度はJIS R1634に基づいて求められ、焼結体の質量を焼結体の外形容積で除した値である。
相対密度(%)=[嵩密度(g/cm3)/理論密度(g/cm3)]×100
The density of the dense ceramic sheet that can be used in the present invention may be adjusted as appropriate. For example, a sheet having a relative density of 90% or more is preferable. The relative density is more preferably 95% or more, still more preferably 98% or more, and particularly preferably 99% or more. The relative density is calculated by the following formula. In the following formula, the theoretical density is a density obtained by calculation from the sum of the volume of the unit cell of the crystal and the mass contained in the unit cell, and the bulk density is obtained based on JIS R1634, It is a value obtained by dividing the mass by the outer volume of the sintered body.
Relative density (%) = [bulk density (g / cm 3 ) / theoretical density (g / cm 3 )] × 100

第2積層体においては、最上の1次焼成シート群の上には、最上の1次焼成シートの全面を被覆するように緻密セラミックシートを載置する。このように緻密セラミックシートを載置しつつ2次焼成を行うことにより、1次焼成シートにおけるバリが顕著に抑制される。かかる緻密セラミックシートは、最上の1次焼成シートの周縁部領域全体を被覆できれば、内部に穴を有していてもよい。   In the second laminate, a dense ceramic sheet is placed on the uppermost primary fired sheet group so as to cover the entire surface of the uppermost primary fired sheet. By performing the secondary firing while placing the dense ceramic sheet in this way, burrs in the primary fired sheet are remarkably suppressed. Such a dense ceramic sheet may have a hole inside as long as it can cover the entire peripheral area of the uppermost primary fired sheet.

第2積層体においては、最上の1次焼成シート群の上に載置した緻密セラミックシートの上に、さらに重しを載置する。かかる重しは、1次焼成シートの周縁辺から内部に向かって3mmの領域である周縁部領域の少なくとも一部の鉛直上に存在しないよう配置する。即ち、第2積層体を水平面においた場合、当該第2積層体を構成する1次焼成シートの周縁部領域の真上の少なくとも一部に重しが存在しない。通常、バリの低減のためには、周縁辺にこそ加重を付すべきと考えられる。しかし本発明者らの知見によれば、1次焼成シートを2次焼成に付すに当たり、シート周縁部領域の少なくとも一部の鉛直上に重しが存在しないよう配置することにより、かえってバリを低減することができる。その理由は必ずしも明らかではないが、2次焼成時におけるシートへの熱の伝わり方が関与しているのではと考えられる。例えば、バリの低減が荷重のみに起因するものであるとすると、2次焼成時にバリが生じている面を上にするか下にするかが問題となり得ると考えられるが、本発明においては1次焼成シートの向きによる結果の違いは認められなかった。   In the second laminate, a weight is further placed on the dense ceramic sheet placed on the uppermost primary fired sheet group. Such weights are arranged so as not to be present vertically on at least a part of the peripheral area, which is an area of 3 mm from the peripheral edge of the primary fired sheet toward the inside. That is, when the second laminate is placed on a horizontal plane, there is no weight on at least part of the peripheral area of the primary fired sheet constituting the second laminate. Usually, in order to reduce burrs, it is considered that the peripheral edge should be weighted. However, according to the knowledge of the present inventors, when the primary fired sheet is subjected to the secondary firing, the burr is reduced by arranging it so that there is no weight on the vertical part of at least a part of the peripheral area of the sheet. can do. The reason is not necessarily clear, but it is considered that the way of heat transfer to the sheet during secondary firing is involved. For example, if the reduction of burrs is caused only by the load, it may be problematic whether the surface on which burrs are generated during the secondary firing is up or down. There was no difference in the results depending on the orientation of the next fired sheet.

本発明においては、第2積層体における1次焼成シートの周縁部領域の鉛直上に重しがまったく存在しないよう重しを配置してもよい。この場合の重しの形状は、2次焼成対象である1次焼成シートの周縁部領域以外の平面部に収まる範囲で自由に決定することができる。   In this invention, you may arrange | position a weight so that a weight may not exist at all vertically on the peripheral part area | region of the primary baking sheet | seat in a 2nd laminated body. The shape of the weight in this case can be freely determined within a range that can be accommodated in a flat portion other than the peripheral region of the primary fired sheet to be subjected to secondary firing.

1次焼成シートの周縁部領域の一部の鉛直上に重しが存在するよう配置する場合であっても、重しの形状は適宜決定することができる。例えば1次焼成シートの平面形状が方形である場合、各周縁辺の鉛直上には重しが存在する部分と存在しない部分があるよう重しの形状や配置を決定したり、或いは、少なくとも一辺の周縁辺の鉛直上には重しが存在する部分と存在しない部分があり且つ他の周縁辺の鉛直上には重しが存在しないよう重しの形状や配置を決定することが好ましい。1次焼成シートの平面形状が円形である場合には、円周を4分割し、各円弧が方形1次焼成シートの各周縁辺に相当するものとして同様に重しの形状や配置を決定することができる。   Even when it is arranged so that a weight exists on the vertical part of the peripheral area of the primary fired sheet, the shape of the weight can be appropriately determined. For example, when the planar shape of the primary fired sheet is a rectangle, the shape and arrangement of the weights are determined so that there is a portion where the weight is present and a portion where the weight is not present on each peripheral edge, or at least one side is It is preferable to determine the shape and arrangement of the weights so that there are a portion where the weight exists and a portion where the weight does not exist on the vertical side of the peripheral edge, and no weight exists on the vertical side of the other peripheral side. When the planar shape of the primary fired sheet is circular, the circumference is divided into four parts, and the shape and arrangement of the weights are similarly determined on the assumption that each arc corresponds to each peripheral edge of the square primary fired sheet. be able to.

また、1次焼成シートの周縁部領域の面積に対する、当該周縁部領域の鉛直上に存在する重しの平面部面積の割合が0%以上、90%以下となるように重しの形状や配置を決定することが好ましい。当該面積割合としては、80%以下または70%以下が好ましく、50%以下または40%以下がより好ましい。   In addition, the shape and arrangement of the weight so that the ratio of the area of the planar portion of the weight that exists vertically on the peripheral area to the area of the peripheral area of the primary fired sheet is 0% or more and 90% or less. Is preferably determined. The area ratio is preferably 80% or less or 70% or less, and more preferably 50% or less or 40% or less.

その他、1次焼成シートの平面方向の重心の位置が重しの平面方向の重心の位置と一致するよう、重しの形状や配置を決定することが好ましい。重しの具体的な平面形状の具体例を図2〜8に示す。   In addition, it is preferable to determine the shape and arrangement of the weight so that the position of the center of gravity in the planar direction of the primary fired sheet matches the position of the center of gravity in the planar direction of the weight. Specific examples of specific planar shapes of weights are shown in FIGS.

重しの材質は特に制限されないが、例えばムライトおよび/またはアルミナを挙げることができる。また、重しは多孔質としてもよい。   The material of the weight is not particularly limited, and examples thereof include mullite and / or alumina. The weight may be porous.

上記の通り、本発明においては第2積層体中の1次焼成シートに重しにより荷重をかけつつ2次焼成を行う。例えば、最上の1次焼成シートにかかる荷重が5.0g/cm2以上、80.0g/cm2以下となるように調整することができる。当該荷重としては15.0g/cm2以上がより好ましく、20.0g/cm2以上がよりさらに好ましく、また、50.0g/cm2以下がより好ましく、40.0g/cm2以下がよりさらに好ましい。なお、かかる荷重については、最上の緻密セラミックシートの重量を考慮してもよいが、重しに対する緻密セラミックシートの重量が無視できるほど小さい場合には、緻密セラミックシートの重量を考慮しなくてもよいものとする。 As described above, in the present invention, the secondary firing is performed while applying a load by weighting the primary firing sheet in the second laminate. For example, it is possible to load on the top of the primary firing sheet 5.0 g / cm 2 or more, adjusted to be 80.0 g / cm 2 or less. More preferably 15.0 g / cm 2 or more as the load, even more preferably from 20.0 g / cm 2 or more, and more preferably from 50.0 g / cm 2 or less, 40.0 g / cm 2 or less are more and more preferable. As for the load, the weight of the uppermost dense ceramic sheet may be taken into account, but if the weight of the dense ceramic sheet relative to the weight is so small that it can be ignored, the weight of the dense ceramic sheet need not be taken into consideration. Be good.

本発明においては、2次焼成の温度、即ち2次焼成の最高温度を、1次焼成の温度、即ち1次焼成の最高温度以下に設定することが好ましい。かかる焼成温度と重しの調整によって、1次焼成シートのバリを2次焼成によってより確実に矯正することができる。2次焼成の温度は1次焼成の温度以下であればよいが、効果的にバリを矯正するために、1次焼成の温度に近い方が望ましい。従って2次焼成の温度は、好ましくは1次焼成温度と1次焼成温度よりも200℃低い温度との間、より好ましくは1次焼成温度と1次焼成温度よりも100℃低い温度との間、さらに好ましくは1次焼成温度と1次焼成温度よりも50℃低い温度との間に設定する。   In the present invention, it is preferable to set the temperature of secondary firing, that is, the maximum temperature of secondary firing to the temperature of primary firing, that is, the maximum temperature of primary firing. By adjusting the firing temperature and weight, the burrs of the primary fired sheet can be more reliably corrected by secondary firing. The secondary firing temperature may be equal to or lower than the primary firing temperature. However, in order to effectively correct burrs, it is desirable that the firing temperature be close to the primary firing temperature. Accordingly, the temperature of the secondary firing is preferably between the primary firing temperature and a temperature lower by 200 ° C. than the primary firing temperature, more preferably between the primary firing temperature and a temperature lower by 100 ° C. than the primary firing temperature. More preferably, it is set between the primary firing temperature and a temperature lower by 50 ° C. than the primary firing temperature.

2次焼成における昇温速度と降温速度は、特に限定されない。しかし、降温速度については、最高温度から当該最高温度よりも100℃低温までの降温速度を5℃/min以下として、徐冷することが好ましい。2次焼成においてこのような降温条件が満たされることにより、2次焼成による割れや欠けの発生を低減することができる。かかる割れや欠けを低減するために、2次焼成時の最高温度から室温までの温度範囲の降温速度を10℃/min以下とすることがより好ましく、8℃/min以下とすることがより好ましく、5℃/min以下とすることがさらに好ましい。また、割れや欠けの発生低減のためには、より低温度まで徐冷することが好ましい。そのため、より好ましくは最高温度から当該最高温度よりも200℃低温まで、さらに好ましくは最高温度から当該最高温度よりも300℃低温までの降温速度を、5℃/min以下とすることが好ましい。当該降温速度としては、2℃/min以下がより好ましく、1℃/min以下がよりさらに好ましく、0.5℃/min以下が特に好ましい。ここでいう降温速度は、通常、炉温度をプログラム制御する温度調整器を用いて調整される降温速度である。実際の炉の温度は、温度調整器の指示温度と必ずしも完全には一致していないが、本発明では、これらの誤差を含めた温度変化の平均値を降温速度とみなす。   The temperature increase rate and temperature decrease rate in the secondary firing are not particularly limited. However, with regard to the temperature lowering rate, it is preferable that the temperature lowering rate from the maximum temperature to a temperature lower by 100 ° C. than the maximum temperature is 5 ° C./min or less and then gradually cooled. By satisfying such a temperature lowering condition in the secondary firing, it is possible to reduce the occurrence of cracks and chips due to the secondary firing. In order to reduce such cracks and chips, the rate of temperature decrease in the temperature range from the highest temperature during secondary firing to room temperature is more preferably 10 ° C./min or less, and more preferably 8 ° C./min or less. More preferably, it is 5 ° C./min or less. In order to reduce the occurrence of cracks and chips, it is preferable to gradually cool to a lower temperature. Therefore, it is more preferable that the rate of temperature decrease from the highest temperature to 200 ° C. lower than the highest temperature, more preferably from the highest temperature to 300 ° C. lower than the highest temperature is 5 ° C./min or less. The cooling rate is more preferably 2 ° C./min or less, still more preferably 1 ° C./min or less, and particularly preferably 0.5 ° C./min or less. The temperature decreasing rate here is usually a temperature decreasing rate that is adjusted using a temperature regulator that controls the furnace temperature. Although the actual furnace temperature does not necessarily completely coincide with the temperature indicated by the temperature regulator, in the present invention, the average value of temperature changes including these errors is regarded as the temperature decrease rate.

なお、2次焼成時の昇温速度は、特に限定されない。本実施の形態の製造方法において、例えば、2次焼成時の昇温速度を1℃/minとした時の割れや欠けの発生低減率と、昇温速度をこれよりも速くした場合または遅くした場合の割れや欠けの発生低減率とを比較しても、結果に大きな差は見られない。   In addition, the temperature increase rate at the time of secondary baking is not specifically limited. In the manufacturing method of the present embodiment, for example, when the rate of temperature rise during secondary firing is 1 ° C./min, the rate of occurrence of cracks and chips and the rate of temperature rise are increased or decreased. Even when the reduction rate of occurrence of cracks and chips is compared, there is no significant difference in the results.

上記の工程Iと工程IIを経たジルコニアシートは、バリが顕著に、具体的には30μm以下に低減された表面特性に優れているシートであり、強度が高く耐性にも優れることから、固体酸化物形燃料電池の電解質シート等として非常に有用である。   The zirconia sheet that has undergone the above steps I and II is a sheet that has remarkable burrs, specifically, excellent surface characteristics reduced to 30 μm or less, and has high strength and excellent resistance. It is very useful as an electrolyte sheet for a physical fuel cell.

例えば、本発明に係るジルコニアシートには、常法により電極層などを形成することによりSOFC用単セルとすることができる。例えば本発明によりジルコニア電解質シートを得た場合には、通常、焼結温度の関係から、当該シート上に先ず燃料極層を形成し、次に空気極層を形成する。固体電解質層であるジルコニア電解質シートと空気極層との間には、層間反応を抑制するための中間層を形成してもよい。中間層は、燃料極層よりも先に形成してもよいし、或いは、中間層用スラリーと燃料極層用スラリーをそれぞれ塗工して乾燥した後に、同時に焼結して形成してもよい。   For example, the zirconia sheet according to the present invention can be made into a single cell for SOFC by forming an electrode layer or the like by a conventional method. For example, when a zirconia electrolyte sheet is obtained according to the present invention, usually, a fuel electrode layer is first formed on the sheet and then an air electrode layer is formed on the sheet because of the sintering temperature. An intermediate layer for suppressing interlayer reaction may be formed between the zirconia electrolyte sheet, which is a solid electrolyte layer, and the air electrode layer. The intermediate layer may be formed before the fuel electrode layer, or may be formed by coating and drying the slurry for the intermediate layer and the slurry for the fuel electrode layer and then simultaneously sintering. .

本発明に係る電解質シートは、強度が高いことから、これらを含むSOFC用単セルおよびSOFCも強度が高く、優れた耐久性を示す。   Since the electrolyte sheet according to the present invention has high strength, the single cell for SOFC and SOFC containing these also have high strength and show excellent durability.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

実施例1: ジルコニアシートの作製
(1) ジルコニアグリーンシートの作製
スカンジア安定化ジルコニアのグリーンシートを作製した。まず、スカンジア安定化ジルコニア((ZrO20.92(Sc230.08)(以下、「8ScSZ」と記載する。)粉末(第一稀元素化学工業社製,平均粒径:0.6μm)100質量部に対して、メタクリレート系共重合体からなるバインダー(分子量:30000,ガラス転移温度:−8℃,固形分濃度:50質量%)を固形分換算で15質量部、分散剤としてソルビタン酸トリオレート2質量部、可塑剤としてジブチルフタレート3質量部、溶剤としてトルエン/酢酸エチル=3/2(質量比)の混合溶剤50質量部を、ジルコニアボールが装入されたナイロンポットに入れ、35時間混練して8ScSZスラリーを調製した。得られたスラリーを、碇型の攪拌機を備えた内容積50Lのジャケット付丸底円筒型減圧脱泡容器へ移し、攪拌機を30rpmの速度で回転させながら、ジャケット温度40℃とし、約4〜21kPaの減圧下で濃縮脱泡して粘度を2Pa・sに調整し、塗工用スラリーとした。この塗工用スラリーを塗工装置のスラリーダムに移し、ドクターブレード法によってポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に塗工し、塗工部に続く乾燥部(50℃、80℃および110℃の3ゾーンを有する)を0.4m/minの速度で通過させて乾燥させることにより、厚さ180μmの8ScSZグリーンテープを得た。このグリーンテープを切断して、一辺が約118mmの正方形の8ScSZグリーンシートを得た。
Example 1 Production of Zirconia Sheet (1) Production of Zirconia Green Sheet A green sheet of scandia-stabilized zirconia was produced. First, scandia-stabilized zirconia ((ZrO 2 ) 0.92 (Sc 2 O 3 ) 0.08 ) (hereinafter referred to as “8ScSZ”) powder (manufactured by Daiichi Elemental Chemical Co., Ltd., average particle size: 0.6 μm) 100 parts by mass of a binder made of a methacrylate copolymer (molecular weight: 30000, glass transition temperature: −8 ° C., solid content concentration: 50% by mass) in terms of solid content, 15 parts by mass, and sorbitan acid as a dispersant 2 parts by mass of triolate, 3 parts by mass of dibutyl phthalate as a plasticizer, and 50 parts by mass of a mixed solvent of toluene / ethyl acetate = 3/2 (mass ratio) as a solvent are placed in a nylon pot charged with zirconia balls, The 8ScSZ slurry was prepared by kneading for a time. The obtained slurry was transferred to a jacketed round bottom cylindrical vacuum degassing vessel equipped with a vertical stirrer and having a volume of 50 L. The jacket temperature was adjusted to 40 ° C. while rotating the stirrer at a speed of 30 rpm, and about 4 to 21 kPa. The slurry was concentrated and degassed under reduced pressure to adjust the viscosity to 2 Pa · s to obtain a slurry for coating. The slurry for coating is transferred to a slurry dam of a coating apparatus, coated on a polyethylene terephthalate (PET) film by a doctor blade method, and a drying section (3 zones of 50 ° C., 80 ° C. and 110 ° C.) following the coating portion. The 8ScSZ green tape having a thickness of 180 μm was obtained by passing it at a speed of 0.4 m / min and drying it. This green tape was cut to obtain a square 8ScSZ green sheet having a side of about 118 mm.

(2) アルミナ多孔質スペーサの作製
市販の低ソーダアルミナ粉末(商品名「AL−13」昭和電工社製,平均粒径:55μm)100質量部に対して、上記ジルコニアグリーンシートの作製時に用いた上記バインダー12質量部、上記分散剤1質量部、上記可塑剤2質量部および上記溶剤35質量部を加え、ジルコニアグリーンシート作製時と同様の方法でアルミナスラリーを調製した。このアルミナスラリーの粘度を、ジルコニアグリーンシート作製時と同様の方法で10Pa・sに調整して、塗工用スラリーとした。この塗工用スラリーを、グリーンシート作製時と同様の方法でPETフィルム上に塗工し、さらに乾燥させた。但し、乾燥部の通過速度を0.8m/minとした。これにより、厚さ200μmのアルミナグリーンテープを得た。このアルミナグリーンテープを切断して、一辺が約130mmの正方形のアルミナグリーンシートを得た。
(2) Production of Alumina Porous Spacer Used for producing the above zirconia green sheet with respect to 100 parts by mass of commercially available low soda alumina powder (trade name “AL-13” manufactured by Showa Denko KK, average particle size: 55 μm). 12 parts by mass of the binder, 1 part by mass of the dispersant, 2 parts by mass of the plasticizer, and 35 parts by mass of the solvent were added, and an alumina slurry was prepared in the same manner as in the production of the zirconia green sheet. The viscosity of this alumina slurry was adjusted to 10 Pa · s in the same manner as in the preparation of the zirconia green sheet to obtain a coating slurry. This coating slurry was coated on a PET film by the same method as that for producing the green sheet, and further dried. However, the passing speed of the drying section was 0.8 m / min. As a result, an alumina green tape having a thickness of 200 μm was obtained. This alumina green tape was cut to obtain a square alumina green sheet having a side of about 130 mm.

切断された正方形のアルミナグリーンシートを表面が研磨されたアルミナ板上に載置し、その上に刷毛を用いてコーンスターチを均一に塗布し、さらにその上に正方形のアルミナグリーンシートを重ね合わせた。同様の操作を繰り返して、合計10枚のアルミナグリーンシートを、コーンスターチを介して重ね合わせた。この状態で、大気雰囲気下で500℃にて脱脂を行い、その後1580℃で2時間焼成して、アルミナ多孔質スペーサを得た。得られたスペーサは、厚さ180μm、一辺120mm、気孔率45%、質量4.4gであった。   The cut square alumina green sheet was placed on an alumina plate having a polished surface, and corn starch was uniformly applied thereon using a brush, and the square alumina green sheet was further superimposed thereon. The same operation was repeated, and a total of 10 alumina green sheets were superposed via corn starch. In this state, degreasing was performed at 500 ° C. in an air atmosphere, and then calcined at 1580 ° C. for 2 hours to obtain an alumina porous spacer. The obtained spacer had a thickness of 180 μm, a side of 120 mm, a porosity of 45%, and a mass of 4.4 g.

(3) 1次焼成(本発明における工程(I)の焼成)
300mm角セラミックセッターの上に、上記(2)で作製されたアルミナ多孔質スペーサと上記(1)で作製されたジルコニアグリーンシートからなる第1の積層体を配置した。具体的には、セラミックセッターの上にアルミナ多孔質スペーサを4枚並べて載置し、それぞれの上にジルコニアグリーンシートを載置した。これらジルコニアグリーンシートそれぞれの上に、さらに、アルミナ多孔質スペーサとジルコニアグリーンシートを交互に積み重ね、最終的に、最下層と最上層にアルミナ多孔質スペーサが配置された、6枚のアルミナ多孔質スペーサと5枚のジルコニアグリーンシートとからなる4組の第1の積層体をセラミックセッター上に配置した。第1の積層体の最上層に位置するアルミナ多孔質スペーサ上に、重しとして、ムライトとアルミナの結晶相を持つ約50gの多孔質ブロック(気孔率58%)を載置した。4組の積層体が配置されたセラミックセッター10枚(合計40組の積層体)をコンベアベルト上に載置し、間口340mm、高さ20mm、前方が約500℃以下で温度設定可能な脱脂ゾーン、後方が約1500℃以下で温度設定可能な焼成ゾーンとなっているトンネル炉式の連続加熱炉に走行速度0.3m/時間で投入して、1400℃を最高温度として1次焼成を行い、1次焼成ジルコニアシートを作製した。1次焼成での降温速度は、1400℃〜1050℃まで1.2℃/minとした。なお、ここで、連続炉における昇降温速度とは、隣り合うゾーンの温度(通常は、ゾーンの長さ方向の中央に配置される温度計(熱電対)の指示値)差を、その間の移動時間で除した数値である。
(3) Primary firing (firing in step (I) in the present invention)
On the 300-mm square ceramic setter, the 1st laminated body which consists of the alumina porous spacer produced by said (2) and the zirconia green sheet produced by said (1) was arrange | positioned. Specifically, four alumina porous spacers were placed side by side on a ceramic setter, and a zirconia green sheet was placed on each. Each of these zirconia green sheets is further laminated with alumina porous spacers and zirconia green sheets alternately, and finally, six alumina porous spacers in which the alumina porous spacers are arranged in the lowermost layer and the uppermost layer. And four sets of first laminated bodies composed of five zirconia green sheets were placed on a ceramic setter. About 50 g of a porous block (porosity 58%) having a crystalline phase of mullite and alumina was placed as a weight on the alumina porous spacer located in the uppermost layer of the first laminate. A degreasing zone in which 10 ceramic setters with a total of 4 sets (40 sets in total) are placed on a conveyor belt, and the temperature can be set at a frontage of 340 mm, a height of 20 mm, and the front at about 500 ° C or less. Into the tunnel furnace type continuous heating furnace, which is a firing zone whose temperature can be set at about 1500 ° C. or less at the rear, is charged at a running speed of 0.3 m / hour, and primary firing is performed at a maximum temperature of 1400 ° C., A primary fired zirconia sheet was prepared. The temperature lowering rate in the primary firing was 1.2 ° C./min from 1400 ° C. to 1050 ° C. Here, the temperature increase / decrease rate in the continuous furnace refers to the difference between the temperatures of adjacent zones (usually the indicated value of a thermometer (thermocouple) located in the center of the zone in the length direction). It is a number divided by time.

(4) 1次焼成ジルコニアシートのバリの有無の検査
焼成シートのバリ高さは、キーエンス社製のダブルスキャン高精度レーザー測定器LTシリーズと、コムス社製の高速3次元形状測定システム「EMS2002AD−3D」を用いて、シート8箇所の周縁辺付近について、任意の十字の方向にレーザー光をシート外からシート中心部に向かって周縁辺から約5mmの長さまで0.01mmピッチでスキャンさせて測定した。そして、周縁辺と周縁辺から3mmの距離の間での最高点と最低点の高さの差異が8箇所とも30μm以下であるシートを合格とし、30μmを超えるシートを不合格とした。
(4) Inspection of the presence of burrs on the primary fired zirconia sheet The burr height of the fired sheet is determined by the double scan high-precision laser measuring instrument LT series manufactured by Keyence Corporation and the high-speed three-dimensional shape measurement system “EMS2002AD- Using 3D ", measurement is performed by scanning laser light in the direction of an arbitrary cross in the direction of an arbitrary cross from the outside of the sheet toward the center of the sheet at a pitch of 0.01 mm from the periphery to a length of about 5 mm using 3D". did. And the sheet | seat in which the difference of the height of the highest point and the lowest point in the distance of 3 mm from a peripheral edge and a peripheral edge is 30 micrometers or less in all eight places was made into the pass, and the sheet | seat exceeding 30 micrometers was made unacceptable.

(5) 2次焼成(本発明における工程(II)の焼成)
上記1次焼成ジルコニアシートのうち、30μm超のバリが発生しているジルコニアシートのみを抜き出して、表1に示す重ね方で積層体を作製した。例えば、試験例1の第2の積層体は、図1のように焼成シート20枚が互いに直接積み重ねられたジルコニア焼成シート群を有しており、このジルコニアシート群3つをアルミナ緻密板(ニッカトー社製,約100mm角,厚さ1mm)を介して互いに積み重ね、最上層と最下層にもアルミナ緻密板を配置し、さらに最上層に位置するアルミナ緻密板上に、重しとして、ムライトとアルミナの結晶相を持つ多孔質ブロック(気孔率19%)を載置することにより形成した。また、試験例1〜8における1次焼成シートと重しとの位置関係を上から見た俯瞰模式図を図2〜8に示す。なお、図2〜8では、1次焼成シートの周縁部領域と重しとの位置関係を明確にするために、最上層の緻密セラミックシートは図示していない。表1には、1次焼成シートの周縁部領域の面積に対する、周縁部領域の鉛直上に存在する重しの平面部面積の割合を示す。なお、2次焼成では、アルミナ緻密板の重量に基づく荷重は重しによる荷重よりもかなり小さかったため、ここでは、重しによる荷重を第2積層体の最上1次焼成ジルコニアシートにかかる荷重として問題はない。
(5) Secondary firing (firing in step (II) in the present invention)
Of the primary fired zirconia sheet, only the zirconia sheet in which burrs of more than 30 μm were generated was extracted, and a laminate was produced by the stacking method shown in Table 1. For example, the second laminate of Test Example 1 has a zirconia fired sheet group in which 20 fired sheets are stacked directly on each other as shown in FIG. 1, and these three zirconia sheet groups are made of an alumina dense plate (Nikkato). (Made by company, about 100 mm square, 1 mm thick), alumina dense plates are placed on the uppermost layer and the lowermost layer, and mullite and alumina are used as weights on the alumina dense plate located on the uppermost layer. This was formed by placing a porous block (porosity 19%) having the following crystal phase. Moreover, the bird's-eye view schematic diagram which looked at the positional relationship of the primary baking sheet | seat and weight in Test Examples 1-8 from the top is shown to FIGS. In addition, in FIGS. 2-8, in order to clarify the positional relationship with the peripheral part area | region and weight of a primary baking sheet, the dense ceramic sheet of the uppermost layer is not illustrated. Table 1 shows the ratio of the area of the planar portion of the weight existing on the vertical of the peripheral region to the area of the peripheral region of the primary fired sheet. In the secondary firing, the load based on the weight of the alumina dense plate was considerably smaller than the load due to the weight, so here the load due to the weight is a problem as the load applied to the uppermost primary fired zirconia sheet of the second laminate. There is no.

重しが載置された第2の積層体を有効容積約0.4m3の電気炉に投入し、表1に示す2次焼成温度が最高温度となるように、2次焼成を行った。電気炉の昇温速度は1℃/minとした。第2積層体を2次焼成温度で3時間保持した後、表1に示す降温速度で冷却した。2次焼成後の2次焼成ジルコニアシートに対し、1次焼成ジルコニアシートのバリ評価方法と同様の条件でバリを評価して、バリが回復した焼成シートの数を求めた。その結果と下記式から、バリ矯正率を算出した。結果を表1に示す。 The second laminated body on which the weight was placed was put into an electric furnace having an effective volume of about 0.4 m 3 , and secondary firing was performed so that the secondary firing temperature shown in Table 1 was the maximum temperature. The heating rate of the electric furnace was 1 ° C./min. After the second laminate was held at the secondary firing temperature for 3 hours, it was cooled at a temperature drop rate shown in Table 1. The secondary fired zirconia sheet after the secondary firing was evaluated for burrs under the same conditions as the burr evaluation method for the primary fired zirconia sheet, and the number of fired sheets recovered from burrs was determined. The burr correction rate was calculated from the result and the following formula. The results are shown in Table 1.

バリ矯正率(%)={[バリが矯正された焼成シートの数(割れたシートを除く)]/[2次焼成を行った焼成シートの全数]}×100)     Burr correction rate (%) = {[number of fired sheets with corrected burr (excluding cracked sheets)] / [total number of fired sheets subjected to secondary firing]} × 100)

Figure 2018129168
Figure 2018129168

表1に示す結果の通り、2次焼成時において1次焼成シートの周縁部領域全体の鉛直上に重しを存在させる場合(試験例1,2)、1次焼成シートのバリは矯正されるものの、その割合は低く、割れや欠けの発生率も高かった。それに対して、1次焼成シートの周縁部領域の鉛直上の少なくとも一部に重しが存在しないよう重しの形状や配置を工夫した場合(試験例3〜8)、バリ矯正率はいずれも80%以上となり、バリが低減された平坦性に優れる電解質シートが得られた。さらに、割れ及びクラックの発生率が3%未満と少なく、本発明方法が低破損率で電解質シートを製造できる優れた技術であることが示された。   As shown in Table 1, when a weight is present vertically on the entire peripheral area of the primary fired sheet at the time of secondary firing (Test Examples 1 and 2), burrs on the primary fired sheet are corrected. However, the ratio was low, and the incidence of cracks and chips was high. On the other hand, when the weight shape and arrangement are devised so that there is no weight on at least a part of the peripheral edge region of the primary fired sheet (Test Examples 3 to 8), the burr correction rate is all The electrolyte sheet was 80% or more and excellent in flatness with reduced burr. Furthermore, the incidence of cracks and cracks was as low as less than 3%, indicating that the method of the present invention is an excellent technique that can produce an electrolyte sheet with a low breakage rate.

1: 1次焼成シート(両端の黒色部分は周縁部領域)
2: 緻密セラミックシート 3: セラミックセッター
4: 重し 5: 1次焼成シート群
6: 第2積層体
1: Primary fired sheet (black areas at both ends are peripheral areas)
2: Dense ceramic sheet 3: Ceramic setter 4: Weight 5: Primary fired sheet group 6: Second laminate

Claims (5)

固体酸化物形燃料電池用電解質シートを製造するための方法であって、
工程I: 複数のジルコニアグリーンシートを積層して第1積層体とし、1次焼成して1次焼成シートを得る工程、および、
工程II: 上記工程Iで得られた複数の1次焼成シートを積層して第2積層体とし、2次焼成する工程を含み、
上記第2積層体が、複数の上記1次焼成シートを直接積層した1次焼成シート群、最上の当該1次焼成シート群の上に最上の1次焼成シートの全面を被覆するよう載置された緻密セラミックシート、および、当該緻密セラミックシートの上に重しを有するものであり、
上記重しを、上記1次焼成シートの周縁辺から内部に向かって3mmの領域である周縁部領域の少なくとも一部の鉛直上に存在しないよう配置することを特徴とする方法。
A method for producing an electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell, comprising:
Step I: A step of laminating a plurality of zirconia green sheets to form a first laminate, and primary firing to obtain a primary firing sheet; and
Step II: includes a step of laminating a plurality of primary fired sheets obtained in Step I above to form a second laminated body, followed by secondary firing.
The second laminated body is placed so as to cover the entire surface of the uppermost primary fired sheet on the uppermost primary fired sheet group, a primary fired sheet group obtained by directly laminating the plurality of primary fired sheets. A dense ceramic sheet, and a weight on the dense ceramic sheet,
The method is characterized in that the weight is arranged so as not to be present vertically on at least a part of a peripheral area which is an area of 3 mm from the peripheral edge of the primary fired sheet toward the inside.
上記周縁部領域の面積に対する、上記周縁部領域の鉛直上に存在する上記重しの平面部面積の割合が0%以上、90%以下である請求項1に記載の方法。   2. The method according to claim 1, wherein a ratio of the area of the planar portion of the weight existing vertically on the peripheral region to the area of the peripheral region is 0% or more and 90% or less. 上記第2積層体において、複数の上記1次焼成シート群が緻密セラミックシートを介して積層されている請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the primary fired sheet groups are laminated via a dense ceramic sheet in the second laminated body. 上記第2積層体において、最上の上記1次焼成シートにかかる荷重が5.0g/cm2以上、80.0g/cm2以下である請求項1〜3のいずれかに記載の方法。 In the second laminate, the load applied to the top of the primary firing sheet 5.0 g / cm 2 or more, A method according to any one of claims 1 to 3 is 80.0 g / cm 2 or less. 上記ジルコニアグリーンシートが、スカンジア、イットリア、セリア、ガドリニアおよびイッテルビアからなる群より選択される1種または2種以上の希土類元素酸化物で安定化されたジルコニアを含む請求項1〜4のいずれかに記載の方法。   The zirconia green sheet contains zirconia stabilized with one or more rare earth element oxides selected from the group consisting of scandia, yttria, ceria, gadolinia and ytterbia. The method described.
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