Page 5 - 07

Часові залежності зміни питомої електропровідності (κ) кераміки YSZ–NiO
упродовж п’яти циклів redox-обробки опосередковано засвідчують таку еволю-
цію її структури на стадіях відновлення у суміші Ar–5 vol.% H 2 й окиснення у по-
вітрі (рис. 3). Електропровідність матеріалу після кінцевого відновлення (рис. 3a,
5
крива 6) становить 6,6×10 S/m (у 6–10 разів вища, ніж однократно відновленого).
Через нетривалість (1 h) стадій redox-обробки не відбувається суттєвих
об’ємних змін матеріалу й не виникає значних внутрішніх напружень [16, 17],
при цьому формується кінцева структура з високою міцністю меж ZrO 2–Ni–ZrO 2.
Зафіксований у зламах зразків такого матеріалу мішаний мікромеханізм руйну-
вання, де впереміж із ділянками крихкого відколу керамічної матриці розташо-
вані ділянки в’язкого руйнування відновленого нікелю (рис. 1g), свідчить про
вищу, ніж для однократного відновлення (рис. 1e, f), міцність зчеплення часток
нікелевої та цирконієвої фаз. Це пояснює зростання міцності на 20% і жорсткості
на 26% після redox-обробки порівняно з матеріалом у вихідному стані.
ВИСНОВКИ
Виявлено, що внаслідок зміни морфології структури кераміки YSZ–NiO,
отриманої за технологією плакування порошку YSZ оксидом нікелю, під час її
redox-циклування за запропонованими режимами при 600°С утворюється кермет
YSZ–Ni з високою міцністю зчеплення часток нікелевої та цирконієвої фаз, що
зумовлює зростання міцності та жорсткості у 1,20–1,26 рази порівняно з матеріа-
лом у вихідному стані. Електропровідність матеріалу підвищується у 6–10 разів
проти однократно відновленого.
РЕЗЮМЕ. Проанализировано влияние структурных преобразований в никелевой фа-
зе при однократном восстановлении и восстановительно-окислительном (redox) циклиро-
вании при температуре 600°С на формирование уровней прочности и электропроводности
керамики YSZ–NiO для анодов-подложек твердооксидных топливных ячеек, полученной
по технологии плакирования порошка YSZ оксидом никеля. После redox-обработки сфор-
мирована структура, обеспечивающая улучшенные физико-механические свойства мате-
риала.

SUMMARY. The influence of structural transformations of the nickel phase during single
reduction and redox cycling at a temperature of 600°С on formation of the strength and electri-
cal conductivity of YSZ–NiO anode substrate ceramics for solid oxide fuel cells, prepared by
technique of YSZ powder clad with nickel oxide, has been analyzed. After redox treatment,
the structure providing the improved physical and mechanical properties of the material has been
formed.
1. Вплив відновлювального і окиснювального середовищ на фізико-механічні властивості
керамік ScCeSZ–NiO та YSZ–NiO / Б. Д. Василів, В. Я. Подгурська, О. П. Осташ та ін.
// Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2013. – 49, № 2. – С. 5–13.
(Influence of reducing and oxidizing media on the physicomechanical properties of ScCeSZ–
NiO and YSZ–NiO ceramics / B. D. Vasyliv, V. Ya. Podhurs’ka, O. P. Ostash et al. // Mate-
rials Science. – 2013. – 49, № 2. – P. 135–144.)
2. Microstructural changes in NiO–ScSZ composite following reduction processes in pure and
diluted hydrogen / M. Andrzejczuk, O. Vasylyev, I. Brodnikovskyi et al. // Materials Charac-
terization. – 2014. – № 87. – P. 159–165.
3. Gorte R. J. and Vohs J. M. SOFC anodes for the direct electrochemical oxidation of hydro-
carbons // J. of Catalysis. – 2003. – 216. – P. 477–486.
4. Виготовлення остового аноду для керамічних паливних комірок та дослідження його
механічної поведінки / Є. М. Бродніковський, М. М. Бричевський, В. І. Чедрик та ін.
// Электронная микроскопия и прочность материалов. – К.: ИПМ НАН Украины, 2010.
– Вып. 17. – С. 97–101.
5. Бродніковський Є. М. Анод керамічної паливної комірки (огляд) // Там же. – К.: ИПМ
НАН Украины, 2013. – Вып. 19. – С. 146–150.

11