DE60025364T2

DE60025364T2 - Glaskeramisches verbindungsmaterial und verbindungsverfahren

Info

Publication number: DE60025364T2
Application number: DE60025364T
Authority: DE
Inventors: Apartment R Kerry D. Richland Meinhardt; John D. West Richland Vienna; Timothy R. Clinton Armstrong; Larry R. Kennewick Pederson
Original assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Current assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2020-07-29
Also published as: EP1200371A1; ES2254207T3; CA2380101C; EP1200371B1; WO2001009059A1; CA2380101A1; DE60025364D1; ATE315014T1; AU6498000A

Description

Die vorliegende Erfindung ist ein Glaskeramikmaterial und ein Verfahren zu dessen Herstellung, insbesondere zur Verwendung in elektrochemischen Vorrichtungen, wie z.B. Brennstoffzellen, Gassensoren, Sauerstoff- oder Wasserstoffpumpen/separatoren, oder zum Abdichten jedweden Materials mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der demjenigen des Dichtungsmaterials ähnlich ist.
Die Begriffe „Festelektrolyt" oder „ionenleitender Festoxidelektrolyt" werden hier austauschbar verwendet.
Der Begriff „Verbindung" umfasst den Begriff „Dichtung", da auf diesem Gebiet der Glaskeramik die „Dichtung" mindestens zwei Teile verbindet. Die „Verbindung" kann jedoch diskontinuierlich sein, wodurch sie nicht als „Dichtung" dient.
Keramische Materialien werden von Kraftfahrzeugturboladern bis hin zu experimentellen Brennstoffzellen immer häufiger verwendet. Es besteht jedoch das Problem des Verbindens und/Abdichtens von keramischen Komponenten mit anderen keramischen Elementen bzw. bezüglich anderer keramischer Elemente, mit Metallkomponenten bzw. bezüglich Metallkomponenten oder mit Kombinationen davon bzw. bezüglich Kombinationen davon (z.B. Cermetkomponenten), so dass die Verbindung während des Betriebs ihre Integrität beibehält. Beispielsweise sind ionenleitende Festoxidelektrolyten für die Sauerstofftrennung und für Hochtemperaturbrennstoffzellen geeignet. Obwohl viele technische Herausforderungen bezüglich ihrer Entwicklung überwunden worden sind, bleibt das Problem der Abdichtung bestehen. Bei einer planaren Gestaltung muss eine gasdichte Dichtung die Komponenten aneinander binden und das Mischen von Gasspezies auf beiden Seiten des ionenleitenden Festoxidelektrolyten verhindern.
Als ionenleitender Festoxidelektrolyt ist eine begrenzte Anzahl von Materialien geeignet. Die am gebräuchlichsten verwendeten Materialien sind Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumoxid (YSZ), dotiertes Ceroxid, dotiertes Bismutoxid und dotiertes Lanthangallat. Der thermische Ausdehnungskoeffizient dieser Materialien kann abhängig von der Art des Dotierstoffs und der Konzentration im Bereich von 10,1 × 10^–6 bis 14,3 × 10^–6°C^–1 liegen. Die Betriebstemperatur kann abhängig davon, welches Material als Elektrolyt ausgewählt wird, im Bereich von 700 bis 1000°C liegen. Daher muss das Dichtungsmaterial maßgeschneidert werden, um zur thermischen Ausdehnung des Elektrolyten zu passen, eine gasdichte Dichtung bei Tempera turen im Bereich von 200°C bis 1200°C aufrechtzuerhalten und keine schädlichen chemischen Wechselwirkungen mit den Brennstoffzellenkomponenten einzugehen. Darüber hinaus müssen die Dichtungsmaterialien bei der Betriebstemperatur (800 bis 1000°C) auch für längere Zeiträume (> 9000 Stunden) stabil und elektrisch isolierend sein. Für eine Festoxidbrennstoffzelle muss die Dichtung extrem reduzierende Umgebungen überstehen können.
Zur Abdichtung von ionenleitenden Festoxidvorrichtungen wurden verschiedene Anstrengungen mit unterschiedlichem Erfolg unternommen. Gläser und Glaskeramiken auf Siliziumdioxid-, Bor- und Phosphatbasis wurden als Dichtungsmaterial^1–4 für Festoxidbrennstoffzellen bewertet. Experimente, die von P. H. Larsen et al.¹ durchgeführt worden sind, haben schwerwiegende Probleme mit Gläsern gezeigt, die nur auf Phosphat als Glasbildner basierten. Bei der erforderlichen Temperatur verflüchtigte sich das Phosphat und reagierte mit der Anode unter Bildung von Nickelphosphid und Zirkoniumoxyphosphat. Zusätzlich kristallisierten diese Phosphatgläser gewöhnlich unter Bildung von Meta- oder Pyrophosphaten, die in einem angefeuchteten Brennstoffgas bei der Betriebstemperatur eine geringe Stabilität zeigten.
Borosilikatgläser und -glaskeramiken wurden ebenfalls als potenzielle Dichtungsmaterialien in Betracht gezogen. Diese Gläser wurden von C. Günther et al.² und K. L. Ley et al.³ zur Verwendung in Festoxidbrennstoffzellen untersucht. Bor reagiert bei der Betriebstemperatur jedoch mit einer angefeuchteten Wasserstoffatmosphäre unter Bildung der gasförmigen Spezies B₂(OH)₂ und B₂(OH)₃.² Daher kann jedwede Dichtung mit hohem Borgehalt in einer angefeuchteten Wasserstoffumgebung im Laufe der Zeit korrodieren. Gläser mit B₂O₃ als einzigen Glasbildner zeigten in der angefeuchteten Wasserstoffumgebung einen bis zu 20%igen Gewichtsverlust und ausgedehnte Wechselwirkungen mit Brennstoffzellenkomponentenmaterialien sowohl in Luft als auch in feuchtem Brennstoffgas.¹
Gläser und Glaskeramiken auf Siliziumdioxidbasis sind am vielversprechendsten. Sie weisen typischerweise eine höhere chemische Beständigkeit auf und zeigen eine minimale Wechselwirkung mit den Brennstoffzellenkomponentenmaterialien.¹ Leider neigen diese Gläser dazu, thermische Ausdehnungen unterhalb des Bereichs aufzuweisen, der für ein Dichtungsmaterial erforderlich ist.
Bei der Betriebstemperatur kristallisieren die meisten Gläser im Laufe der Zeit. Daher ist es von kritischer Bedeutung, dass eine Glaszusammensetzung vorliegt, bei welcher der thermische Ausdehnungskoeffizient nach der Kristallisation mit dem ionenleitenden Festoxidelektrolyten kompatibel ist. Sobald das Glas vollständig kristallisiert ist, ist es im Zeitverlauf typi scherweise sehr stabil. Darüber hinaus neigen kristallisierte Gläser dazu, bei der Betriebstemperatur mechanisch fester zu sein, was die Dichtungsleistung verbessert.
Deshalb besteht in dem Fachgebiet ein Bedarf für ein Dichtungsmaterial, das bei einer Betriebstemperatur bis zu etwa 900°C eingesetzt werden kann, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 8 × 10^–6 und 15 × 10^–6°C^–1 und keine schädlichen chemischen Wechselwirkungen mit den Komponenten aufweist.

1. P. H. Larsen, C. Bagger, M. Mogensen und J. G. Larsen, Proc. 4^th Int. Symp. Solid Oxide Fuel Cells, Band 95-1, 1995, Seiten 69–78.
2. C. Günther, G. Hofer und W. Kleinlein, Proc. 5^th Int. Symp. Solid Oxide Fuel Cells, Band 97-18, 1997, Seiten 746–756.
3. K. L. Ley, M. Krumpelt, R. Kumar, J. H. Meiser und I. Bloom, J. Mat. Res., Band 11, Nr. 6, (1996), Seiten 1489–1493.
4. Yoshinori Sakaki, Masatoshi Hattori, Yoshimi Esaki, Satoshi Ohara, Takenhisa Fukui, Kaseki Kodera, Yukio Kubo, Proc. 5^th Int. Symp. Solid Oxids Fuel Cells, Band 97-18, 1997, Seiten 652–660.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbindung zwischen einer keramischen Festkörperkomponente und mindestens einer anderen Festkörperkomponente bereit, wobei die Verbindung einen Abschnitt des keramischen Festkörpermaterials, einen Abschnitt der mindestens einen anderen Festkörperkomponente und einen verbindenden Abschnitt, umfassend mindestens drei Metalloxide M1-M2-M3, wobei M1 aus der Gruppe, bestehend aus BaO, SrO, GaO, MgO und Kombinationen davon, ausgewählt ist und wobei M1 in einer Menge von 20 Mol-% bis 55 Mol-% vorliegt, M2 Al₂O₃ ist und wobei M2 in einer Menge von 2 bis 15 Mol-% vorliegt, und M3 SiO₂ mit mindestens etwas B₂O₃ und bis zu 50 Mol-% B₂O₃ ist und wobei M3 in einer Menge von 40 Mol-% bis 70 Mol-% vorliegt, umfasst, wobei die Verbindung einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der im Wesentlichen zu demjenigen der keramischen Festkörperkomponente und der mindestens einen anderen Festkörperkomponente passt.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Verbinden einer keramischen Komponente und mindestens einer anderen Festkörperkomponente bereit, umfassend die Schritte:

(a) Bereitstellen eines Abschnitts der keramischen Festkörperkomponente, eines Abschnitts der mindestens einen anderen Festkörperkomponente und eines verbindenden Abschnitts, umfassend ein Gemisch von M1-M2-M3, wobei M1 aus der Gruppe, bestehend aus BaO, SrO, GaO, MgO und Kombinationen davon, ausgewählt ist und wobei M1 in einer Menge von 20 Mol-% bis 55 Mol-% vorliegt, M2 Al₂O₃ ist und wobei M2 in einer Menge von 2 Mol-% bis 15 Mol-% vorliegt, und M3 SiO₂ mit mindestens etwas B₂O₃ und bis zu 50 Mol-% B₂O₃ ist, und wobei M3 in einer Menge von 40 Mol-% bis 70 Mol-% vorliegt, wobei der verbindende Abschnitt einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der im Wesentlichen zu demjenigen der keramischen Komponente und der mindestens einen anderen Festkörperkomponente passt;
(b) Anordnen des Gemisches an einer Grenzfläche der keramischen Festkörperkomponente und der mindestens einen anderen Festkörperkomponente als eine Vor-Einheit;
(c) Erwärmen der Vor-Einheit auf eine Temperatur, die ausreichend ist, zu bewirken, dass das Gemisch in die Grenzfläche als eine Einheit strömt; und
(d) Abkühlen der Einheit und Verfestigen des Gemisches, wodurch die keramische Festkörperkomponente und die mindestens eine andere Festkörperkomponente miteinander verbunden werden.

Erfindungsgemäß kann eine Reihe von Glaskeramiken im M1-Al₂O₃-M3-System zum Verbinden oder Abdichten sowohl röhrenförmiger als auch planarer keramischer Festoxidbrennstoffzellen, Sauerstoff-Elektrolyseeinrichtungen und Membranreaktoren zur Herstellung von Synthesegas, Gebrauchschemikalien und anderen Produkten verwendet werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindung bereitzustellen, die zum Verbinden oder Abdichten eines Festelektrolyten oder eines ionenleitenden Festoxidelektrolyten geeignet ist.
Ein Vorteil einer Verbindung/Dichtung, die mit der Verbindung M1-Al₂O₃-M3 hergestellt worden ist, liegt darin, dass von der Glasphase zur kristallinen Phase ein im Wesentlichen konstanter thermischer Ausdehnungskoeffizient aufrechterhalten wird.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird im abschließenden Teil dieser Beschreibung detailliert dargestellt und beansprucht. Sowohl die Organisation als auch die Betriebsweise zusammen mit weiteren Vorteilen und Aufgaben der Erfindung können mit Hilfe der folgenden Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, worin entsprechende Bezugszeichen entsprechende Elemente bezeichnen, am Besten verstanden werden.
1 ist ein Phasendiagramm, das den Zusammensetzungsbereich des erfindungsgemäßen M1-Al₂O₃-M3-Verbindungs/Dichtungsmaterials zeigt; und
2 ist ein Graph des thermischen Ausdehnungskoeffizienten gegen die Temperatur für einen Festelektrolyten und das Glaskeramikmaterial der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung ist eine Glaskeramikverbindung und ein Verfahren zum Verbinden einer keramischen Festkörperkomponente und mindestens einer anderen Festkörperkomponente. Die vorliegende Erfindung ist zum Verbinden oder Abdichten zwischen mindestens zwei keramischen Festkörperteilen geeignet, wie z.B. für eine Dichtung in einer elektrochemischen Zelle, die mindestens einen Festelektrolyten aufweist, der eine erste und eine zweite Seite aufweist, die einer ersten bzw. einer zweiten Gasspezies ausgesetzt sind. Die vorliegende Erfindung ist auch zum Verbinden oder Abdichten zwischen einer keramischen Festkörperkomponente und einer Metallkomponente oder einer Cermetkomponente geeignet. Die Abdichtung ist zum Trennen der ersten und der zweiten Gasspezies während des Betriebs, gewöhnlich bei erhöhten Temperaturen, erforderlich.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Verbindung zwischen einer keramischen Festkörperkomponente und mindestens einer anderen Festkörperkomponente, bei der es sich vorzugsweise um eine keramische Festkörperkomponente, eine Metallkomponente oder eine Kombination davon, wie z.B. eine Cermetkomponente, handelt. Die Verbindung weist mindestens drei Metalloxide M1-M2-M3 auf. M1 ist BaO, SrO, CaO, MgO oder Kombinationen davon. M2 ist Al₂O₃. M3 ist SiO₂ mit bis zu 50 Mol-% B₂O₃. Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Verbindung passt im Wesentlichen zu demjenigen der Komponenten, welche die Verbindung umfasst. Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Verbindung beträgt etwa 7 × 10^–6°C^–1 bis etwa 15 × 10^–6°C^–1, gemessen von 25°C bis 1000°C.
Die Zusammensetzung der Verbindung/Abdichtung liegt vorzugsweise in einem Bereich, bei dem M1 in einer Menge von etwa 20 Mol-% bis etwa 55 Mol-%, Al₂O₃ in einer Menge von etwa 2 Mol-% bis etwa 15 Mol-% und M3 in einer Menge von etwa 40 Mol-% bis etwa 70 Mol% vorliegen. Der Zusammensetzungsbereich für das M1-Al₂O₃-M3-System ist in der 1 gezeigt.
Die Glaskeramikverbindung kann ferner mindestens ein zusätzliches Metalloxid enthalten, einschließlich unter anderem ZrO₂, TiO₂, Cr₂O₃ und Kombinationen davon, um die Eigenschaften der Glasphase oder der fertigen kristallisierten Dichtung zu modifizieren. Die Eigenschaften umfassen unter anderem die Benetzung, die Glasübergangstemperatur (Tg), die Glaserweichungstemperatur (Ts), den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und Kombinationen davon.
Der Bereich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowohl für die Glaskeramik als auch für die kristallisierte Glaskeramik beträgt 7 × 10^–6 bis 13 × 10^–6°C^–1. Die Glasübergangstemperaturen (Tg) und die Erweichungstemperatur (Ts) für die Glaskeramiken liegen im Bereich von 650°C bis 800°C. Die kristallisierte Glaskeramik weist jedoch eine Erweichungstemperatur von über 1000°C auf.
Im Wesentlichen der gleiche thermische Ausdehnungskoeffizient ist hier als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Dichtungsmaterials innerhalb von etwa 30%, vorzugsweise innerhalb von etwa 16%, mehr bevorzugt innerhalb von etwa 5% des abgedichteten Materials definiert.
Die Verbindung kann in einer elektrochemischen Testzelle zum Verbinden einer Sauerstoffionenpumpe und eines Testmaterials verwendet werden. Darüber hinaus kann die Verbindung in einem Sauerstoffgenerator oder einer Brennstoffzelle zum Verbinden eines Sauerstoffionen-leitenden Elektrolyten, wie z.B. eines Zirkoniumoxidelektrolyten, und einer Zwischenverbindung, wie z.B. Manganit, Chromit, Metall und Kombinationen davon, verwendet werden.
Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zum Verbinden einer keramischen Festkörperkomponente mit mindestens einer anderen Festkörperkomponente die Schritte auf:

(a) Bereitstellen eines Gemischs von M1, Al₂O₃ und M3, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient im Wesentlichen zu demjenigen einer keramischen Festkörperkomponente und mindestens einer anderen Festkörperkomponente passt, bei der es sich vorzugsweise um eine andere keramische Komponente, eine Metallkomponente oder eine Kombination davon, wie z.B. eine Cermetkomponente, handelt. M1 ist BaO, SrO, CaO, MgO oder Kombinationen davon. Al₂O₃ liegt in dem Gemisch in einer Menge von 2 bis 15 Mol-% vor. M3 ist SiO₂ mit bis zu 50 Mol-% B₂O₃;
(b) Anordnen des Gemisches an einer Grenzfläche der keramischen Festkörperkomponente und der mindestens einen anderen Festkörperkomponente als eine Vor-Einheit;
(c) Erwärmen der Vor-Einheit auf eine Temperatur, die ausreichend ist, zu bewirken, dass das Gemisch in die Grenzfläche als eine Einheit strömt und diese benetzt; und
(d) Abkühlen der Einheit und Verfestigen des Gemisches, wodurch die keramische Festkörperkomponente und die mindestens eine andere Festkörperkomponente miteinander verbunden werden.

Beispiel 1
Ein Experiment wurde durchgeführt, um die erfindungsgemäßen Glaskeramikmaterialien (in den Tabellen E1-1 und E1-2 und in der 2 einfach als „Glas" bezeichnet) zu zeigen.
Die Tabelle E1-1 zeigt mehrere Zusammensetzungen. Die kristallisierten Hauptphasen können BaO·2SiO₂, 2BaO·3SiO₂, BaO·SiO₂ und BaO·Al₂O₃·2SiO₂ umfassen.
Tabelle E1-1. Glaskeramikmaterialzusammensetzungen
Die 2 veranschaulicht, wie gut das Glaskeramikmaterial maßgeschneidert war, um zu einem Festelektrolyten zu passen. Das Festelektrolytmaterial war 8-YSZ und die Glaskeramikzusammensetzungen waren #9 und #14 (d.h. die Glasbezeichnungen #9 und #14). Die thermische Ausdehnung der kristallisierten Glaskeramikmaterialien lag innerhalb von 0,06% der Ausdehnung des Festelektrolytmaterials.
Die Tabelle E1-2 zeigt die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Glaskeramikmaterials.
Tabelle E1-2. Glaskeramikmaterialeigenschaften
Beispiel 2
Dichtungen, die aus einer Glasfritte ausgebildet waren, wurden verwendet, um abgedichtete 8YSZ-Sauerstoffpumpen herzustellen. Eine Zirkoniumoxidpumpe aus einem vollständig dichten, kleinen verschlossenen Endrohr und ein Testmaterial aus einer flachen Platte von 8 Mol% stabilisiertem Zirkoniumoxid wurden mit einem Gemisch aus 70 Gew.-% der Glaskeramikzusammensetzung #9 und 30 Gew.-% der Glaskeramikzusammensetzung #14 zusammen abgedichtet, um eine elektrochemische Testzelle zu bilden. Das Rohr wurde sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite mit Pt-Elektroden versehen, so dass es als Sauerstoffpumpe wirkte. Mit den Elektroden wurden Pt-Anschlüsse verbunden. Die Vor-Einheit wurde in einem Ofen angeordnet und zur Abdichtung auf 1150°C erhitzt. Die Temperatur wurde nach dem Abdichten auf die Kristallisationstemperatur gesenkt und dabei gehalten, bis die Dichtung kristallisiert war. Nach der Kristallisation wurde die Einheit auf Raumtemperatur abkühlen gelassen.
Die Einheit wurde durch Herauspumpen von Sauerstoff aus der abgedichteten Einheit getestet und es wurde gefunden, dass die Einheit einen Sauerstoffpartialdruck von 1 × 10^–18 atm bei 1000°C erreichen konnte. Aus dem Pumpstrom wurde eine Sauerstoffleckrate von 3,7 × 10^–5 Standardkubikzentimeter pro Sekunde (sccs) berechnet. Dies ist für Festoxidbrennstoffzellen und Sauerstoffgeneratoren angemessen.

Claims

Verbindung zwischen einer keramischen Festkörperkomponente und mindestens einer anderen Festkörperkomponente, wobei die Verbindung einen Abschnitt des keramischen Festkörpermaterials, einen Abschnitt der mindestens einen anderen Festkörperkomponente und einen verbindenden Abschnitt, umfassend mindestens drei Metalloxide M1-M2-M3, wobei M1 aus der Gruppe, bestehend aus BaO, SrO, CaO, MgO und Kombinationen davon, ausgewählt ist und wobei M1 in einer Menge von 20 Mol-% bis 55 Mol-% vorliegt, M2 Al₂O₃ ist und wobei M2 in einer Menge von 2 bis 15 Mol-% vorliegt, und M3 SiO₂ mit mindestens etwas B₂O₃ und bis zu 50 Mol-% B₂O₃ ist und wobei M3 in einer Menge von 40 Mol-% bis 70 Mol-% vorliegt, umfasst, wobei die Verbindung einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der im wesentlichen zu demjenigen der keramischen Festkörperkomponente und der mindestens einen anderen Festkörperkomponente passt.
Verbindung gemäß Anspruch 1, wobei die mindestens eine andere Festkörperkomponente eine Keramik ist.
Verbindung gemäß Anspruch 1, wobei die mindestens eine andere Festkörperkomponente ein Metall ist.
Verbindung gemäß Anspruch 1, wobei die mindestens eine andere Festkörperkomponente ein Cermet ist.
Verbindung gemäß Anspruch 1, die ein Dichtungselement ist.
Verbindung gemäß Anspruch 1, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient von etwa 7 × 10^–6°C^–1 bis etwa 15 × 10^–6°C^–1, gemessen von 25°C bis 1000°C, beträgt.
Verbindung gemäß Anspruch 1, weiter umfassend mindestens ein zusätzliches Metalloxid.
Verbindung gemäß Anspruch 7, wobei das mindestens eine zusätzliche Metalloxid aus der Gruppe, bestehend aus ZrO₂, TiO₂, Cr₂O₃ und Kombinationen davon, ausgewählt ist.
Verbindung gemäß Anspruch 1, wobei die keramische Festkörperkomponente und die mindestens eine andere Festkörperkomponente eine Sauerstoffionenpumpe und ein Testmaterial in einer elektrochemischen Testzelle sind.
Verbindung gemäß Anspruch 1, wobei die keramische Festkörperkomponente und die mindestens eine andere Festkörperkomponente ein Sauerstoffionenleiter und eine Zwischenverbindung in einem Sauerstoffgenerator sind.
Verbindung gemäß Anspruch 1, wobei die keramische Festkörperkomponente und die mindestens eine andere Festkörperkomponente ein Sauerstoffionenleiter und eine Zwischenverbindung in einer Brennstoffzelle sind.
Verfahren zum Verbinden einer keramischen Festkörperkomponente und mindestens einer anderen Festkörperkomponente, umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen eines Abschnitts der keramischen Festkörperkomponente, eines Abschnitts der mindestens einen anderen Festkörperkomponente und eines verbindenden Abschnitts, umfassend ein Gemisch von M1-M2-M3, wobei M1 aus der Gruppe, bestehend aus BaO, SrO, CaO, MgO und Kombinationen davon, ausgewählt ist und wobei M1 in einer Menge von 20 Mol-% bis 55 Mol-% vorliegt, M2 Al₂O₃ ist und wobei M2 in einer Menge von 2 Mol-% bis 15 Mol-% vorliegt, und M3 SiO₂ mit mindestens etwas B₂O₃ und bis zu 50 Mol-% B₂O₃ ist, und wobei M3 in einer Menge von 40 Mol-% bis 70 Mol-% vorliegt, wobei der verbindende Abschnitt einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der im wesentlichen zu demjenigen der keramischen Festkörperkomponente und der mindestens einen anderen Festkörperkomponente passt; (b) Anordnen des Gemisches an einer Grenzfläche der keramischen Festkörperkomponente und der mindestens einen anderen Festkörperkomponente als eine Vor-Einheit; (c) Erwärmen der Vor-Einheit auf eine Temperatur, die ausreichend ist zu bewirken, daß das Gemisch in die Grenzfläche als eine Einheit strömt; und (d) Abkühlen der Einheit und Verfestigen des Gemisches, wodurch die keramische Festkörperkomponente und die mindestens eine andere Festkörperkomponente miteinander verbunden werden.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Verbinden ein Abdichten ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient von etwa 7 × 10^–6°C^–1 bis etwa 16 × 10^–6°C^–1, gemessen von 25°C bis 1000°C, beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 12, weiter umfassend mindestens ein zusätzliches Metalloxid.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das mindestens eine zusätzliche Metalloxid aus der Gruppe, bestehend aus ZrO₂, TiO₂, Cr₂O₃ und Kombinationen davon, ausgewählt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die keramische Festkörperkomponente und die mindestens eine andere Festkörperkomponente eine Sauerstoffionenpumpe und ein Testmaterial in einer elektrochemischen Testzelle sind.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die keramische Festkörperkomponente und die mindestens eine andere Festkörperkomponente ein Sauerstoffionenleiter und eine Zwischenverbindung in einer Brennstoffzelle sind.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die keramische Festkörperkomponente und die mindestens eine andere Festkörperkomponente ein Sauerstoffionenleiter und eine Zwischenverbindung in einem Sauerstoffgenerator sind.