Page 113 - Zmist-n4-2015

нанометрів. Подібно дифундують складники захисного катодного шару Ce та Gd.
Незалежно від тривалості відпалу глибина їх проникнення в електроліт біля
0,7 mm.
На підставі СЕМ досліджень зразка, відпаленого при 1400°С у суміші
Ar–30 vol.% Н 2 впродовж 50 h (рис. 3 і рис. 5), встановлено, що в електроліті на
глибині, де дифузія Ce і Gd із захисного катодного шару максимальна, виника-
ють поздовжні тріщини. Вірогідно, електролітний шар розтріскується через меха-
нічні напруження, зумовлені втіленням порівняно великої кількості атомів Ce та
Gd у кристалічну ґратку стабілізованого оксидом ітрію оксиду цирконію.

Рис. 5. СЕМ поверхні зламу зразка,
відпаленого при 1400°C в суміші
Ar–30 vol.% Н 2 впродовж 50 h.
Стрілками вказано мікротріщини
на глибині максимальної дифузії
елементів Ce та Gd.
Fig. 5. SEM microfractograph of the specimen
annealed at 1400°C in Ar–30 vol.% Н 2 gaz
mixture for 50 h. The arrows indicate
microcracks at a depth of maximum
diffusion of Ce and Gd.

Найімовірніше, що різна інтенсивність піків ЕРА хімічних елементів-склад-
ників електроліту та захисного катодного шару обумовлена неоднаковою ста-
більністю їх валентного стану залежно від атмосфери відпалу й виразніше про-
являється у відновному середовищі [7]. Однак за реальних умов роботи ТОПК
захисний катодний шар контактує з окисним середовищем. Лише за пошкоджен-
ня електроліту під час експлуатації (утворення в ньому поперечних тріщин) ато-
ми воденьвмісного паливного газу (відновне середовище) взаємодіятимуть із
захисним катодним шаром і викликатимуть дифузію його хімічних елементів в
електроліт, що пришвидшить деградацію комірки.

ВИСНОВКИ
Тривалий відпал (до 100 h) плоских керамічних напівкомірок із нанесеним
на електроліт YSZ захисним катодним шаром на основі стабілізованого гадоліні-
єм оксиду церію (Се, Gd)О 2–d при 1400°С призводить до їх деформування зі змі-
ною геометричної форми на випуклу (в окисному середовищі) та трубчасту (у
відновному). Встановлено, що Ce та Gd як складники захисного катодного шару
під час відпалу при 1400°С у відновному середовищі Ar–30 vol.% Н 2 інтенсивні-
ше дифундують в електроліт YSZ, ніж Zr з електроліту до захисного шару. В
електроліті на глибині, де дифузія Ce та Gd максимальна, виникають поздовжні
тріщини через механічні напруження, зумовлені втіленням порівняно великої
кількості атомів цих елементів у кристалічну ґратку стабілізованого оксидом
ітрію оксиду цирконію. Водень сприяє дифузії складників напівкомірок, оскільки
порівняно з окисним середовищем (повітрям) у відновному (воденьвмісному)
взаємна дифузія елементів Ce, Gd та Zr значно інтенсивніша, а глибина їх про-
никнення більша у 1,5–3 рази.
РЕЗЮМЕ. Исследовано влияние восстановительной и окислительной сред на взаим-
ную диффузию химических элементов между барьерным (защитным) катодным слоем
(Се, Gd)О 2–d и электролитом YSZ твердооксидной топливной ячейки во время отжига при
1400°С. На основании анализа распределения химических элементов в отожженных об-
разцах установлено, что Ce и Gd при отжиге в восстановительной среде более интенсивно

112