• Title/Summary/Keyword: yttria-stabilized zirconia

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서스펜션 플라즈마 용사법을 이용한 La2Zr2O7/YSZ 2층세라믹 열차폐코팅의 제조와 특성평가 (Fabrication and Characterization of La2Zr2O7/YSZ Double-Ceramic-Layer Thermal Barrier Coatings Fabricated by Suspension Plasma Spray)

  • 권창섭;이수진;이성민;오윤석;김형태;장병국;김성원
    • 한국표면공학회지
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    • 제48권6호
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    • pp.315-321
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    • 2015
  • Rare-earth zirconates, such as $La_2Zr_2O_7$ and $Gd_2Zr_2O_7$, have been investigated as one of the candidates for replacing conventional yttria-stabilized zirconia (YSZ) for thermal barrier coating (TBC) applications at higher turbine inlet temperatures. In this study, double-ceramic-layer (DCL) TBCs of YSZ 1st layer and $La_2Zr_2O_7$ top coat layer are fabricated by suspension plasma spray with serial liquid feeders. Microstructures, hardness profiles, and thermal durability of DCL-TBCs are also characterized. Fabricated DCL-TBCs of YSZ/$La_2Zr_2O_7$ exhibit excellent properties, such as adhesion strength (>25 MPa) and electrical thermal fatigue (~1429 cycles), which are comparable with TBCs fabricated by atmospheric plasma spray.

서스펜션 플라즈마 용사법으로 제조한 La2Zr2O7, (La0.5Gd0.5)2Zr2O7, Gd2Zr2O7 열차폐코팅의 상형성과 열전도 특성 (Phase Formation and Thermal Diffusivity of Thermal Barrier Coatings of La2Zr2O7, (La0.5Gd0.5)2Zr2O7, Gd2Zr2O7 Fabricated by Suspension Plasma Spray)

  • 김선주;이성민;오윤석;김형태;장병국;김성원
    • 한국표면공학회지
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    • 제49권6호
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    • pp.604-611
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    • 2016
  • In order to comply with demand for high efficient gas turbines operating at higher temperatures, considerable amounts of research efforts have been performed with searching for the next-generation thermal barrier coatings (TBCs) with respect to coating materials as well as processing methods. In this study, thermal barrier coatings in the $(La_{1-x}Gd_x)_2Zr_2O_7$ system, which is one of the most versatile materials replacing yttria-stabilized zirconia (YSZ), are fabricated by suspension plasma spray with suspension made of synthesized powders via solidstate reaction. Dense, $100{\sim}400{\mu}m$ thick coatings of fluorite-phase zirconate with moderate amount of segmented microstructures are obtained by using suspension plasma spray. Phase formation and thermal diffusivity are characterized with coating compositions. The feasibility of $(La_{1-x}Gd_x)_2Zr_2O_7$ coatings for TBC applications is also discussed.

Pulsed Wire Evaporation(PWE) Method으로 제조된 나노 NiO 분말의 SOFC 연료극 기능성층으로의 적용 (The Effect of Using Nano NiO Powder Made by Pulsed Wire Evaporation (PWE) Method on SOFC Anode Functional Layer)

  • 김혜원;김동주;박석주;임탁형;이승복;신동렬;윤순길;송락현
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제20권6호
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    • pp.485-491
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    • 2009
  • In present work, NiO/YSZ anode functional layer was prepared by nano NiO powder and 8YSZ powder. The nano NiO powders were made by Pulsed wire evaporation (PWE) method. Nano NiO- YSZ functional layer was sintered at the temperature of $900-1400^{\circ}C$. The prepared functional layer was characterized by scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical impedance spectroscopy. The nano NiO- YSZ anode functional layer sintered at $1300^{\circ}C$ shows the lowest polarization resistance. Nano NiO- YSZ anode functional layer shows about two times smaller polarization resistance than the anode functional layer made by commercial NiO-YSZ powders. Based on these experimental results, it is concluded that the nano NiO-YSZ cermet is suitable as a anode functional layer operated at $800^{\circ}C$.

Conditioning Effects on LSM-YSZ Cathodes for Thin-film SOFCs

  • Lee You-Kee;Visco Steven J.
    • 전기화학회지
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    • 제2권4호
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    • pp.202-208
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    • 1999
  • [ $50/50 vol\%$ ] LSM-YSZ의 양극은 콜로이드 증착법에 의해 YSZ 전해질상에 증착하였다. 양극 특성은 주사전자현미경과 임피던스 분석기에 의해 고찰하였다. LSM-YSZ양극의 제조 조건에 따른 영향을 관찰하였으며, 그 영향에 대한 개선책이 고체산화물 연료전지의 성능향상을 위해 제시되었다. 임피던스에 대한 온도, YSZ전해질로의 양극 접착에 대한 표면 오염, 사용하는 Pt 페이스트, 미세구조에 대한 곡표면에 가해진 연무질 분사기술과 셀과 셀의 변동성에 대한 영향들은 각각 $900^{\circ}C$ 측정, YSZ표면 연마, 일단의 Pt페이스트 사용, 평편한 YSZ판의 사용과 일관된 절차와 기술의 사용에 의해 해결되었다. 이때 재현성 있는 임피던스 스펙트럼들이 향상된 셀을 사용함으로써 얻어졌고, $900^{\circ}C$에서 (공기)LSM-YSZ/YSZ/LSM-YSZ(공기) 셀에 대해 측정된 전형적인 임피던스 스펙트럼들은 2개의 불완전한 호로 구성되었다. 또한 LSM-YSZ 양극의 임피던스 특성은 촉매층, 양극 조성, 인가 전류 등과 같은 실험 조건들에 의해서도 영향을 받았다.

전착법과 담금법에 의한 음극지지형 SOFC 지르코니아 전해질막 제조 (Preparation of Electrolyte Thin Film for Anode Support Type Solid Oxide Fuel Cells by Electrophoretic Deposition and Dip-Coating)

  • 김상우;이병호;손용배;송휴섭
    • 한국세라믹학회지
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    • 제36권8호
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    • pp.791-798
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    • 1999
  • 다공성 NiO-YSZ 기판위에 전착법(EPD; Electrophoretic Deposition)법과 담금(Dip-coating)법에 의해 음극지지형 고체연료전지용 이트리아 안정화 지르코니아 박막 제조법을 연구하였다. 이를 위해 슬러리 농도 및 시간에 따른 박막의 무게, 박막의 결함 및 미세구조변화에 영향을 주는 제조조건들을 살펴 봄으로써 전착법과 담금법의 차이를 보았다. 담금법에서는 막생성 초기인 30초까지 막의 무게가 증가하지만 그 후에는 탈락이 일어나 시간을 증가하여도 막의 무게가 오히려 감소하였다. 전착법에서는 임계 인가전류 이상에서 시간에 따라 막의 무게가 증가하고 균일하고 치밀한 막이 형성하였다 전장이 매우 낮은 0.035 mA/$cm^2$ 의 정전류를 120초 이상 장시간 인가하면 막의 흘러내림(sagging)으로 인한 결함이 발생하였다. 전착법에 의해 균일하고도 치밀하게 가스 누출성이 없는 음극지지형 고체산화물 연료전지에 적합한 전해질 박막을 제조할 수 있었다.

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에어로졸 증착법에 의한 YSZ 코팅된 AA1050 알루미늄 합금의 전기화학적 부식 특성 (Electrochemical Corrosion Properties of YSZ Coated AA1050 Aluminium Alloys Prepared by Aerosol Deposition)

  • 유현삼;임태섭;류정호;박동수;홍성현
    • 한국세라믹학회지
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    • 제48권5호
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    • pp.439-446
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    • 2011
  • Yttria stabilized zirconia (YSZ) coating was formed on AA1050 Al alloys by aerosol deposition (AD), and its electrochemical corrosion properties were investigated in 3.5 wt% NaCl and 0.5M $H_2SO_4$ solutions. The crack-free, dense, and ~5 ${\mu}m$ thick YSZ coating was successfully obtained by AD. The as-deposited coating was composed of cubic-YSZ nanocrystallites of ~10 nm size. The potentiodynamic test indicated that the YSZ coated Al alloy had much lower corrosion current densities (2 nA/$cm^2$) by comparison to uncoated sample and exhibited a passive behavior in anodic branch. Particularly, a pitting breakdown potential could not be identified in $H_2SO_4$. EIS tests revealed that the impedance of YSZ coated sample was ${\sim}10^6{\Omega}cm^2$ in NaCl and ${\sim}10^7{\Omega}cm^2$ in $H_2SO_4$, which was about 3 or 4 orders of magnitude higher than that of uncoated sample. Consequently, the corrosion resistance of Al alloy had been significantly enhanced by the YSZ coating.

이중 페로브스카이트 촉매 PrBaMn2O5+δ의 고온전기분해조(Solid Oxide Electrolysis Cell) 연료극 촉매로 적용 가능성에 대한 연구 (Study on Possibility of PrBaMn2O5+δ as Fuel Electrode Material of Solid Oxide Electrolysis Cell)

  • 권영진;김동연;배중면
    • 한국군사과학기술학회지
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    • 제20권4호
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    • pp.491-496
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    • 2017
  • The hydrogen($H_2$) is promising energy carrier of renewable energy in the microgrid system such as small village and military base due to its high energy density, pure emission and convenient transportation. $H_2$ can be generated by photocatalytic water splitting, gasification of biomass and water electrolysis driven by solar cell or wind turbine. Solid oxide electrolysis cells(SOECs) are the most efficient way to mass production due to high operating temperature improving the electrode kinetics and reducing the electrolyte resistance. The SOECs are consist of nickel-yttria stabilized zirconia(NiO-YSZ) fuel electrode / YSZ electrolyte / lanthanum strontium manganite-YSZ(LSM-YSZ) air electrode due to similarity to Solid Oxide Fuel Cells(SOFCs). The Ni-YSZ most widely used fuel electrode shows several problems at SOEC mode such as degradation of the fuel electrode because of Ni particle's redox reaction and agglomeration. Therefore Ni-YSZ need to be replaced to an alternative fuel electrode material. In this study, We studied on the Double perovskite $PrBrMnO_{5+{\delta}}$(PBMO) due to its high electric conductivity, catalytic activity and electrochemical stability. PBMO was impregnated into the scaffold electrolyte $La_{0.8}Sr_{0.2}Ga_{0.85}Mg_{0.15}O_{3-{\delta}}$(LSGM) to be synthesized at low temperature for avoiding secondary phase generated when it exposed to high temperature. The Half cell test was conducted at SOECs and SOFCs modes.

초전도 테이프 제작을 위한 니켈기판상의 산화물 박막증착에 대한 연구 (Study on depositing oxide films on Ni substrate for superconducting tape)

  • 김호섭;;정준기;하홍수;고락길;최수정;박유미;송규정;염도준;박찬
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2004년도 하계학술대회 논문집 Vol.5 No.1
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    • pp.531-534
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    • 2004
  • 초전도 coated conductor는 보호층/초전도층/완충층/금속기판의 구조를 가지며 완충층은 다층산화물 박막으로 이루어져 있다. 본 연구에서는 니켈 기판의 원자가 초전도층으로 확산 침투하는 것을 방지하는 YSZ(Yttria Stabilized Zirconia) 박막의 증착방법 및 최적조건에 대하여 소개하고자 한다. 금속타겟을 사용하며 산화반응가스로서 수증기를 사용하는 것을 특징으로 하는 DC reactive sputtering을 이용하여 YSZ를 증착하였으며 기판 온도는 $850^{\circ}C$ 이며 증착시 수증기 분압은 1mTorr이었다. YSZ의 최적두께를 알아보기 위하여 $CeO_2(12.2nm)/Ni$ 상부에 130nm, 260nm, 390nm, 650nm로 두께를 달리하여 YSZ층을 증착하고 SEM으로 박막 표면상태를 관찰한 결과 columnar grain growth를 하며 두께가 두꺼워 질수록 표면조도가 증가함을 알 수 있었다. 4개의 각 시료위에 thermal evaporation 증착법을 이용하여 $CeO_2$를 18.3nm의 두께로 증착한 후 PLD를 이용하여 YBCO 초전도 박막을 300nm 두께로 증착하였고 77K, 0T에서 임계전류가 각각 0, 6A, 7.5A, 5A로 측정되었다. 이는 YSZ층의 두께가 두꺼워질수록 기판 구성원자의 확산방지역할을 충실히 하는 반면에 표면조도는 증가함을 알 수 있었다.

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적층 평판형 SOFC에서 LSM 전극의 기공 제어 (Porosity Control in LSM Electrode Formation in Layered Plannar SOFC Module)

  • 이원준;여동훈;신효순;정대용
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제27권12호
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    • pp.866-870
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    • 2014
  • In solid oxide fuel cell system, yttria-stabilized zirconia is generally adopted as the electrolyte, which has high strength and superior oxygen ion conductivity, and the air electrode and the fuel electrode are attached to this. Recently, new structure of 'layered planar SOFC module' was suggested to solve the reliability problem due to the high temperature stability of a sealing agent and a binding material. In this study to materialize the air electrode in a layered planar SOFC module, the LSM ink was coated to form homogeneous electrode in the channel after the ink preparation. As the porosity control agent, PMMA or active carbon powder was adopted with use of a commercial dispersant in ethanol. The optimal amounts of both the porosity control agents and the dispersant were determined. Four (4) vol% of the dispersant for the LSM-PMMA case and 15 vol% for LSM-carbon powder showed the lowest viscosities respectively to indicate the best dispersed states of the slurries. With PMMA and carbon powder, sintered LSM ink shows the relatively homogeneous distributions of pores and with increases of the agents, the porosities increased in both cases. From this, it can be thought that the amount of the PMMA or carbon powder could be used to control the porosity of the LSM ink.

플라즈마 화학 증착법에 의한 $Y_2O_3-StabilzedZrO_2$박막의 제조와 Capacitance-Voltage특성 (Preparation and C-V characteristics of $Y_2O_3-StabilzedZrO_2$ Thin Films by PE MO CVD)

  • 최후락;윤순길
    • 한국재료학회지
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    • 제4권5호
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    • pp.510-515
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    • 1994
  • 플라즈마 화학 증착법으로 (100)p-type Si wafer위에 $Y_2O_3$-Stabilzed $ZrO_2$박막을 증착하였다. 반응 기체로는 zirconium triflouracethylacetonate[Zr(tfacac) $[Zr(tfacac)_4]$, tri(2.2.6.6 tetramethy1-3, 5-heptanate) yttrium $[Y(DPM)_3]$과 oxygen gas를 사용하였다. X-ray diffraction(XRD)과 fourier Particle induced x-ray emission(PIXE)을 통하여 $Y(DPM)_3$ bubbling temperature가 $160^{\circ}C, 165^{\circ}C, 170^{\circ}C$일때 $Y_2O_3$함량이 12.1mo1%, 20.4mol%, 31.6mol%임을 알 수 있었다. C-V측정에서 $Y(DPM)_3$ bubbling temperature가 증가함에 따라 flat band voltage가 더욱더 음의 방향으로 이동하였다.

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