摘 要：近年来，同时烧结电解质基板和电极的一体烧结法作为固体氧化物燃料电池的低成本制造方法备受关注，但由于一体烧结法同时烧结具有不同收缩率的材料，是一种复杂工艺，因此关于烧结后电极的微观结构、机械性能和宏观变形特性目前尚未完全明确。针对于此，本研究利用聚焦离子束扫描电子显微镜，定量阐明了一体烧结过程中的空气极/电解质界面附近的微观结构变化。此外，还开发了一种可以预测一体烧结体的弹性性能和变形特性的动力学蒙特卡洛烧结分析程序。
关键字：固体氧化物燃料电池、烧结、层析成像、多尺度、多孔结构、界面
研究背景
固体氧化物燃料电池（以下简称SOFC）的电极是通过在电解质基板上烧结电极粉末材料制成的，在其界面附近，数十微米区域的多孔微观结构参与电化学反应。因此，了解界面附近的微观结构十分重要。另一方面，近年来，从降低制造工艺成本的观点出发，同时烧结电解质基板和电极的一体烧结法备受关注，但是由于一体烧结法同时烧结具有不同收缩率的材料，是一种复杂工艺，因此通过一体烧结获得的烧结体界面附近的微观结构/宏观烧结体的变形行为/机械性能目前尚未完全明确。
研究目的
该研究的主要目的如下：
（1）为了阐明一体烧结时的微观结构变化，使用聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM），三维重建一体烧结过程中的空气极/电解质界面附近的微观结构。量化所得结构，并与受限烧结体进行比较，以阐明其微观结构的差异。此外，基于所得烧结体的三维微观结构，开发一种可预测一体烧结的结构变化的动力学蒙特卡洛方法的简易模型。
（2）将不同的电解质材料制成多层结构，通过利用光学装置的烧结过程的实时监控装置，阐明一体烧结时的变形机理。另外，测定烧结过程中的弯曲变形的曲率和曲率速度，并对其时间变化进行定量评估。
（3）基于由聚焦离子束扫描电子显微镜获得的一体烧结体的实际结构图像数据，建立三维有限元法计算模型，并计算一体烧结体的机械特性。评估杨氏模量等机械特性的密度依赖性，并阐明固相取向等微观结构的各向异性对杨氏模量的影响。
研究方法
（1）利用FIB-SEM对一体烧结体进行三维重建
向氧化钆掺杂氧化铈（GDC）中添加1mol％氧化铜而形成电解质颗粒，并在900℃下对该电解质颗粒进行预烧结，制成相对密度约60％，直径10mm，厚度约1mm的基板。然后使用丝网印刷法将镧锶钴铁（LSCF）浆料涂覆到（1mol％Cu-GDC）基板上，厚度约为20μm。接着，在1000℃下对获得的LSCF/（1mol％Cu-GDC）样品进行60分钟的一体烧结，用树脂填充一体烧结10分钟和60分钟后的LSCF/（1mol％Cu-GDC）样品的空隙，用截面抛光机进行截面后，使用FI