用于制造离子传导膜的等离子体喷涂方法技术

提供用于制造离子传导膜的等离子体喷涂方法，该离子传导膜具有离子传导性，在该方法中，该膜在工艺室中以层（11）形式沉积到基底（10）上，其中原材料（P）借助工艺气体（G）以工艺束（2）形式喷涂到基底（10）表面上，其中原材料在最多10,000Pa的低工艺压力下注射到等离子体中并在此部分或完全熔融。在喷涂过程中以相当于工艺气体总流速的至少1%，优选至少2%的流速向工艺室（12）供应氧（O2；22）。?

【技术实现步骤摘要】
用于制造离子传导膜的等离子体喷涂方法本专利技术涉及根据独立专利权利要求的前序部分的用于制造离子传导膜的等离子体喷涂方法。离子传导膜是对特定离子具有高选择透过性的膜，例如对氧具有高选择透过性并对其它气体基本不可透的透氧膜层。相应地，这样的膜用于从气体混合物或流体混合物中提取或提纯氧。这样的膜可以由多种材料制造，例如它们可以包括具有特定化学组成并形成特定相的复合氧化物材料。特别地，包含(composedof)钙钛矿型氧化物并以薄、致密（这意味着非多孔）层形式制造的陶瓷膜是已知的。这样的膜例如具有对氧的离子传导性以及电子传导性。研究和目前用于制造透氧膜的材料是具有钙钛矿结构并除氧外还包括元素镧（La）、锶（Sr）、钴（Co）和铁（Fe）的陶瓷。根据这四种元素的第一个字母，该物质通常被称作LSCF。由此类材料制成的透氧膜或一般而言离子传导膜可以例如借助陶瓷的传统制造技术，例如压制、流延成型（tapecasting）、粉浆浇铸或烧结，或借助热喷涂制造。对后者而言，在真空中进行的热喷涂法特别合适，这通常意味着该喷涂法在小于环境压力（正常空气压力）的工艺压力下进行。特别地，热低压等离子体喷涂方法或真空等离子体喷涂方法，被称作LPPS法（低压等离子体喷涂），是合适的。借助这种真空等离子体喷涂方法，可以喷涂特别薄和致密的层，即离子传导膜或透氧膜所要求的那种。在实践中，现在已经表明，在此类膜的真空等离子体喷涂中，通过喷涂制造的层的化学组成不再符合原材料的化学组成，以致生成的层也不再具有所需化学组成，或层的相组成不再与原材料的相同。因此，例如，对于钙钛矿物质可以看出，不再形成或仅在较低程度上形成所需相——因此在这种情况下是钙钛矿相。具体而言，可以监测到金属元素，例如铁或钴凝聚在工艺室的壁上。因此，本专利技术的目的是解决这种问题和提供可以制造品质改进的离子传导膜，尤其是透氧膜的等离子体喷涂方法。解决这一目的的本专利技术的主题以独立方法权利要求为特征。根据本专利技术，由此提供用于制造具有离子传导性的离子传导膜的等离子体喷涂方法，在该方法中，该膜以层形式沉积到基底上，其中原材料借助工艺气体以工艺束形式喷涂到基底表面上，其中原材料在最多10,000Pa的低工艺压力下注射到等离子体中并在此部分或完全熔融。在喷涂过程中以相当于工艺气体总流速的至少1%，优选至少2%的流速向工艺室供应氧。优选地，在喷涂过程中在工艺室中存在惰性气氛或具有降低的氧含量的气氛。已经表明，可以通过供氧措施防止热喷涂过程中原材料的不想要的化学变化，由此通过喷涂生成的层的化学组成及其相符合所需组成。通过在热喷涂过程中供氧，有效避免在热喷涂时在工艺室中形成具有还原性质的气氛。由此例如避免原材料中所含的金属氧化物被还原和以元素形式或其组合的形式沉积在工艺室的壁上。特别地，在喷涂LSCF粉末时可以避免或至少显著减少金属钴或铁及其组合的沉积，以致可以制造品质改进的离子传导膜，特别是透氧膜。优选地，该膜除其离子传导性外还具有电子传导性。优选地，进行该等离子体喷涂法以致等离子体使工艺束散焦和加速。借助这种方法，可以有利地制造特别薄和致密的层。在实践中已经发现，当工艺室中的工艺压力设定为至少50Pa和最多2000Pa的值时是有利的。特别优选地，进行该方法以使原材料是化学组成与该层的化学组成基本相同的粉末，这意味着使用粉末作为基本具有与喷涂层也应有的相同化学组成的原材料。此外，优选进行该方法以使原材料是相组成与该层的相组成基本相同的粉末。在一个优选实施方案中，形成膜的层包含钙钛矿型氧化物形式的陶瓷材料。关于透氧性，已特别证实该层由包括镧（La）、锶（Sr）、钴（Co）和铁（Fe）的钙钛矿制成。当然要理解，术语“包含（composedof）”在这方面是指该层的显著部分以钙钛矿相形式存在。当然也可以在较小程度上在该层中存在其它相。在实践中已经证实，等离子体喷涂时的工艺气体总流速小于200SLPM，特别为100至160SLPM（SLPM：标准升/分钟）。在该方法的第一优选实施方案中，该工艺气体是氩气和氦气的混合物。在该方法的第二优选实施方案中，该工艺气体包括氩气、氦气和氢气。优选地，进行该等离子体喷涂方法以使在基底上生成的层具有小于150微米，优选20至60微米的厚度。这种层厚度已证实适合透氧膜。还已经发现当工艺束相对于基底的表面旋转或扫描时是有利的。这例如可通过旋转等离子体发生器和/或等离子体源和/或出口喷嘴（exitnozzle）来进行。由此相对于基底引导工艺束以扫描基底，即被工艺束覆盖一次或多次。或者或除此以外，当然也可以移动基底。当然有实现工艺束与基底之间的这种相对运动的许多可能性。基底的这种旋转运动和/或扫描使得引入工艺室的氧尽可能多地与工艺束或与在该基底上形成的层接触。该方法也特别适合离子传导膜是对氧具有离子传导性的透氧膜的应用情况。借助本专利技术，进一步提供离子传导膜，特别是根据本专利技术的方法制成的透氧膜。本专利技术的进一步有利措施和优选实施方案来自从属权利要求。下面通过实施方案和参照附图详细解释本专利技术。在部分以横截面显示的示意性附图中，显示：图1是用于实施本专利技术的方法的装置的示意图。下面参照该膜是选择透过氧，因此对氧具有离子传导性的膜的与实践特别相关的应用情况解释用于制造离子传导膜的本专利技术的等离子体喷涂方法。优选地，该膜也具有电子传导性。该方法是在真空中，即在小于这种环境压力的工艺压力下进行的热喷涂方法。图1在非常示意性的图示中显示等离子体喷涂装置，其总体用标号1指代并适合进行本专利技术的方法。此外，在图1中示意性显示基底10，透氧膜以层11的形式沉积到其上。此外，显示工艺室12，在此进行该方法。本专利技术的方法包括等离子体喷涂方法，其种类描述在WO-A-03/087422或US-A-5,853,815中。这种等离子体喷涂方法是用于制造所谓LPPS-薄膜的热喷涂方法（LPPS=低压等离子体喷涂）。具体而言，在图1中所示的等离子体喷涂装置1中进行LPPS-方法。其中，根据该工艺技术修改传统LPPS等离子体喷涂方法，其中由于这些改变使充满等离子体的空间（“等离子体火焰”或“等离子体束”）膨胀并延伸至最多2.5米的长度。等离子体的几何范围造成均匀膨胀-“散焦”-和造成随进料气体注射到等离子体中的工艺束的加速。在等离子体中分散成云并在此部分地或完全地熔融的工艺束的材料均匀分布地到达（arrivesuniformlydistributedat）基底10的表面。图1中所示的等离子体喷涂装置1包括本身已知的具有用于生成等离子体的非近距离显示的等离子体燃烧器的等离子体发生器3。以本身已知的方式，用等离子体发生器3由原材料P、工艺气体和/或工艺气体混合物G和电能E生成工艺束2。这些组分E、G和P的注射在图1中用箭头4、5、6符号化。生成的工艺束2经由出口喷嘴7离开并以工艺束2形式传输原材料P，其中材料颗粒21分散在等离子体中。这种传输由箭头24符号化。材料颗粒21通常是粉末颗粒。沉积在基底10上的层11的形态取决于工艺参数，特别取决于原材料P、工艺焓和基底10的温度。优选地，等离子体发生器3和/或等离子体喷枪可如图1中的双箭头A所示相对于基底10旋转。因此，工艺束2可以在基底10上以旋转运动来回运动。在本文本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.23 EP 11159374.51.用于制造具有离子传导性的离子传导膜的等离子体喷涂方法，在该方法中，该膜在工艺室中以层（11）形式沉积到基底（10）上，其中原材料（P）借助工艺气体（G）以工艺束（2）的形式喷涂到基底（10）的表面上，其中该原材料在最多10,000Pa的低工艺压力下注射到等离子体中并在此部分或完全熔融，其特征在于在喷涂过程中以相当于工艺气体总流速的至少1%的流速向工艺室（12）供应氧（O2；22）。2.根据权利要求1的方法，其中该等离子体使工艺束（2）散焦和加速。3.根据权利要求1的方法，其中将该工艺室（12）中的工艺压力设定为至少50Pa和最多2000Pa的值。4.根据权利要求1的方法，其中该原材料（P）是化学组成与层（11）的化学组成相同的粉末。5.根据权利要求1的方法，其中该原材料（P）是相组成与层（11）的相组成相同的粉末。6.根据权利要求1的方法，其中形成该膜的层（11）包含钙钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：M金德拉特，RJ达马尼，
申请(专利权)人：苏舍市场及技术有限公司，
类型：发明
国别省市：