平板式固體氧化物燃料電池釬焊自適應(yīng)密封殘余應(yīng)力研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)具有能量密度高、結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本低等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。SOFC在高溫、氧化、還原等苛刻條件下工作,對(duì)結(jié)構(gòu)本身的密封性要求較高,所以密封技術(shù)一直是制約其商業(yè)化進(jìn)程的瓶頸問(wèn)題。本文以平板式SOFC釬焊自適應(yīng)密封殘余應(yīng)力作為研究對(duì)象,研究釬焊過(guò)程中的生長(zhǎng)應(yīng)力及熱應(yīng)力的變化規(guī)律及分布,為釬焊自適應(yīng)密封提供理論指導(dǎo)。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 ⑴在

2、比較硬密封、壓密封和自適應(yīng)密封優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出了一種釬焊自適應(yīng)密封方法。建立硬密封和釬焊自適應(yīng)密封的熱應(yīng)力分析有限元模型,從熱應(yīng)力的角度比較兩種密封方法的應(yīng)力大小及分布,找到釬焊自適應(yīng)密封的優(yōu)點(diǎn),并獲得釬焊自適應(yīng)密封過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)。
　　 ⑵建立了高溫氧化過(guò)程的生長(zhǎng)應(yīng)力模型和氧化動(dòng)力學(xué)模型,獲得彈性狀態(tài)下與時(shí)間相關(guān)的生長(zhǎng)應(yīng)力變化規(guī)律。建立了擴(kuò)散-氧化-蠕變多因素耦合作用下生長(zhǎng)應(yīng)力分析本構(gòu)模型,獲得蠕變作用下的生長(zhǎng)應(yīng)力變化規(guī)

3、律,并與彈性狀態(tài)的生長(zhǎng)應(yīng)力比較,探討高溫下的應(yīng)力松弛作用。討論了釬焊溫度、保溫時(shí)間(氧化膜厚度)、金屬基體的厚度等工藝參數(shù)對(duì)生長(zhǎng)應(yīng)力的影響,計(jì)算結(jié)果表明:釬焊溫度越高,生長(zhǎng)應(yīng)力越大,變化梯度也越大;保溫時(shí)間越長(zhǎng),蠕變作用越明顯,生長(zhǎng)應(yīng)力越小;金屬基體厚度越大,基體的蠕變作用越弱,生長(zhǎng)應(yīng)力越大。
　　 ⑶將計(jì)算得到的生長(zhǎng)應(yīng)力作為初始條件,對(duì)電池堆的降溫過(guò)程進(jìn)行了有限元模擬,獲得最終焊態(tài)殘余應(yīng)力的分布規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明,生長(zhǎng)應(yīng)力占最

4、終焊態(tài)殘余應(yīng)力的1/4左右。并討論了釬焊時(shí)間(氧化膜厚度)、冷卻時(shí)間、金屬框架厚度、金屬箔片厚度以及電池板的長(zhǎng)度等工藝參數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力影響規(guī)律。結(jié)果表明,隨氧化膜厚度增加,氧化膜中的殘余應(yīng)力出現(xiàn)先增后降的趨勢(shì),氧化膜厚度為0.6μm時(shí),氧化膜中的殘余應(yīng)力達(dá)到最大值,約-4000MPa左右,所以要適當(dāng)調(diào)節(jié)氧化時(shí)間,避免氧化膜的厚度在該范圍之內(nèi);冷卻時(shí)間越長(zhǎng),S11越小,S22變化不大;金屬框架的厚度變化對(duì)其它結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及應(yīng)變影響較小;金屬箔