PVB/Ni與PVB/YSZ雙層圓柱組成系統之最佳化燒結程序

Optimal heating process of double-layer annular cylinders composed of PVB/Ni and PVB/YSZ

賴秋梅(Chiu-Mei Lai)

指導教授 ： 廖 朝 光

元智大學/工程學院/化學工程與材料科學學系/碩士(2008年)

https://doi.org/10.6838/YZU.2008.00315

摘要

本研究成功模擬出PVB/Ni與PVB/YSZ雙層圓柱陶瓷胚體在不同孔隙度、不同幾何比例條件下之最佳化燒結程序。經由高分子黏著劑的熱裂解動力方程式和氣體質傳方程式來建立圓柱氣體輸送模型，結合數值分析與最佳化等方法模擬高分子黏著劑燒除製程最佳化加熱速率操作途徑可以縮短熱裂解燒除的時間。模擬結果顯示，當加熱速率越快時，陶瓷胚體中心點的壓力極值會越大；樣品孔隙度和幾何比例大小會影響陶瓷胚體中心點的壓力極值。同心圓PVB/YSZ(內層)/PVB/Ni(外層)的雙層陶瓷/金屬樣品(簡稱為CiMo)，PVB/Ni(內層) /PVB/YSZ(外層)的雙層金屬/陶瓷樣品(簡稱為CoMi)，CiMo中心點壓力分佈受到外層Ni金屬的影響比較大，因為外層PVB先進行裂解，使得中心點內建壓力比單純PVB/YSZ來的小，CoMi會比CiMo提早開始熱裂解，CiMo完全熱燒除所需的製程時間比CoMi長，選擇適當的加熱速率來減少高分子黏著劑熱裂解燒除製程的時間，進而達到提高產品產能與降低製程的時間成本。

關鍵字

高分子黏著劑燒除、高分子熱解動力、最佳化控制

並列摘要

The optimum heating trajectories of fabricating Ni/PVB and YSZ/PVB double-layer cylinder in different sample size and geometric proportional condition were successfully simulated. The system model is described by transport equation and the dynamic equation of polymer degradation. The dynamic optimization of polymer binder burnout processes was evaluated for a 2-D bi-layer cylinder in different sample porosities and atmospheres. Optimal heating trajectories of the binder removal processes to minimize the burnout time were estimated by the proposed algorithm. The process model can be constructed by chemical kinetics of the polymer burnout and the mass transport of volatile gas evolved from polymer burnout inside the bi-layer cylinder. The results show that the ceramic center pressure will increase when heating rate increase. Sample size will affect build-up pressure generation in ceramic center The pressure is higher for the PVB/YSZ-inside and PVB/Ni-outside (CiMo) samples than the PVB/Ni-inside and PVB/YSZ-outside(CoMi) case. The reaction time of CoMi case is earlier than the one of CiMo case. The optimal heating trajectories was determined by the dynamic optimization method. It also can improve productivity and reduce the cost of process time further.

並列關鍵字

binder burnout, kinetics of polymer degradation, optimal control

參考文獻

黃朝榮 (2005). "燃料電池-原理與應用."，五南書局，台北市。

邱吉晟，“生陶瓷體內高分子黏和劑熱解程序之最佳化控制”，元智大學，碩士論文，民國九十三年七月。

謝俞枰，“低溫共燒陶瓷製程奈米二氧化矽添加於PVB/玻璃陶瓷之熱解動力分析”，元智大學，碩士論文，民國九十三年七月。

簡育菁，“製作固態氧化物燃料電池電解質中高分子黏結劑之最佳化加熱移除策略."，元智大學，碩士論文，民國九十四年七月。

林郁峰，“圓柱型固態氧化物燃料電池的電解質層中黏著劑燒除之動態最佳化程序”，元智大學，碩士論文，民國九十五年七月。