高周波プラズマ溶射法による高温固体燃料電池の一貫作成プロセス開発

• Project/Area Number: 63603511
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 吉田 豊信 東京大学, 工学部・金属工学科, 教授 (00111477)
• Project Period (FY): 1988
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1988)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 1988: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
• Keywords: 高周波プラズマ溶射法 / 高温固体電解質型燃料電池 / イットリア安定化ジルコニア / 一貫作成プロセス

Research Abstract

高周波プラズマ溶射法の特徴を明確にする為、まず、SMAC法をベースとして溶融粒子の変形・凝固に関する数値計算を行った結果、凝固がほぼ変形後に始まること等を明らかにした。また、従来のプラズマ溶射法と比較して、接合界面で単位面積あたりの熱移動量が十倍程大きくなり、高温固体電解質ZrO_2-Y_2O_3(YSZ)溶射における接合・密着性における有利性を明らかにした。。Z、最適溶射粒子サイズ決定の為、溶射変形された板状粒子径Dと注入粒子径dの比(D/d)をパラメータとし、トーチ下端からの距離(L)・入力・溶射粒子の粒径等との関連について検討し、粒径75μm前後の粒体が適していることを見出した。更に、Ar-H_2プラズマ(入力50kw)により、平均粒径75μmのYSZ皮膜を堆積した場合、密度の5%程度の立方晶単相皮膜が得られた。今後更に高入力にFDSでの実験が強く要望される。また、溶射粒子-金属間の接合性を検討した結果、基板裏面温度400℃程度での最良の接合が得られた。これらのYSZ-金属間異種接合強度を測定する為、ニードルタイプの引っかき試験機により荷重を変化させ溶射粒子の剥離現象の検討により、応力的な数値評価は今後の課題であるが、相当高い総合力が得られることが見出された。界面のTEM観察によれば、異種接合の成因は、界面付近のYSZ微細化による歪緩程によるものと思われた。今後の課題として、粒子速度を任意に制御した研究が必要であるためハイブリッドプラズマの溶射への適応も検討した。予備実験によりかなり高密度な溶射層形成が可能であることを既に見出したので、今後系統的な実験を開始する予定である。又、溶射中又は冷却中のクラック発生等の欠陥検知法開発はSOFC一貫作成プロセスでは是非とも必要な技術で、現在AE波の溶射プロセスモニターへの応用を検討中である。

Research Products

• [Publications] Tomohisa,Okada: The American Ceramic Society Inc.