8 મોલ ઇટ્રિયા-સ્ટેબિલાઇઝ્ડ YSZ ઑક્સિજન સેન્સર જિર્કોનિયા સેરામિક ટ્યુબ ZrO2, એક છેડો બંધ કરેલો સ્લીવ

ય્ટ્રિયા-સ્ટેબિલાઇઝ્ડ જિર્કોનિયા (YSZ) એ એક મહત્વપૂર્ણ સેરામિક સામગ્રી છે. તે મુખ્યત્વે જિર્કોનિયમ ઓક્સાઇડ ( ZrO₂ ) અને ય્ટ્રિયમ ઓક્સાઇડ ( Y₂O₃ )થી બનેલી છે. જિર્કોનિયમ ઓક્સાઇડમાં ય્ટ્રિયમ ઓક્સાઇડની યોગ્ય માત્રા ઉમેરવાથી, જિર્કોનિયા ઓર્ટોસ્ટેબિલાઇઝ્ડ ક્યુબિક અને ટેટ્રાગોનલ ક્રિસ્ટલ ફેઝનું રૂમ ટેમ્પરેચરે સ્થાયીકરણ કરી શકે છે. 8 mol% YSZ Y₂O₃  તે ઓરડાના તાપમાને સંપૂર્ણપણે ઘન ક્યુબિક ક્રિસ્ટલ ફેઝ રચી શકે છે. ક્યુબિક ઝિર્કોનિયામાં સારો ઑક્સિજન આયન વાહકતા હોય છે, જેથી તે સોલિડ ઓક્સાઇડ ફ્યુઅલ સેલ્સ અને ઑક્સિજન સેન્સર્સ જેવા ક્ષેત્રોમાં મહત્વપૂર્ણ છે, જેથી ફ્યુઅલ સેલ્સમાં કાર્યક્ષમ પાવર જનરેશન માટે અથવા સેન્સર્સ દ્વારા સાચી ઑક્સિજન સામગ્રીની ડિટેક્શન માટે સામગ્રી અંદર ઑક્સિજન આયન્સનું ઝડપી પ્રવાસન સક્રિય કરે છે. શુદ્ધ ઝિર્કોનિયમ ઓક્સાઇડ વિવિધ તાપમાને ફેઝ પરિવર્તનો પામે છે, પરંતુ યિટ્રિયમ ઓક્સાઇડ ઉમેર્યા પછી, યિટ્રિયમનો આયનિક ત્રિજ્યા ઝિર્કોનિયમના જેટલો જ હોય છે, જેથી તે ઝિર્કોનિયા લેટિસમાં પ્રવેશી શકે છે, લેટિસ સ્ટ્રક્ચરને સ્થિર કરી શકે છે અને ઠંડક દરમિયાન ફેઝ પરિવર્તનોને દબાવી શકે છે, જેથી આ ફેઝ પરિવર્તનોને કારણે થતા કદના પરિવર્તનો અને સામગ્રીના ફાટવાને રોકી શકાય.

• કાચા માલની તૈયારી: 8YSZ પાઉડરને રાસાયણિક કો-પ્રેસિપિટેશન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને તૈયાર કરવામાં આવે છે, અને પછી સ્પ્રે ડ્રાયિંગ ગ્રેન્યુલેશનનો ઉપયોગ કરીને પાઉડરની પ્રવાહિતા અને સમાન કણ કદ સુનિશ્ચિત કરવામાં આવે છે.
• ફોર્મિંગ પ્રક્રિયા: મુખ્યત્વે કોલ્ડ આઇસોસ્ટેટિક પ્રેસિંગ (દબાણ 200-300 MPa)નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જેમાં કેટલાક ચોકસાઈયુક્ત ઉત્પાદો સમાન હરિત શરીરની ઘનતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે ઇન્જેક્શન મોલ્ડિંગ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે ( ≥5.8 g/cm ³ ).
• સિન્ટરિંગ સારવાર: 1550-1650 ℃ની ઊંચી તાપમાને સિન્ટર કરવામાં આવે છે, 2-4 કલાક સુધી તાપમાન જાળવવામાં આવે છે, અને ગ્રેન વૃદ્ધિને પૂરતી સુયોગ્ય બનાવવા માટે અને અતિશય સિન્ટરિંગને રોકવા માટે 5 ℃/મિનિટનો નિયંત્રિત તાપમાન વધારણનો દર જાળવવામાં આવે છે.
• પોસ્ટ-પ્રોસેસિંગ અને નિરીક્ષણ: પરિમાણીય ચોકસાઈ અને સપાટીની પૂર્ણતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે ગ્રાઇન્ડિંગ અને પોલિશિંગ કરવામાં આવે છે. ઉત્પાદો કારખાનામાંથી બહાર જતા પહેલાં તેમને એરટાઇટનેસ પરીક્ષણો ( લીક રેટ ≤1×10⁻⁶ Pa·m³/s ), આયનિક વાહકતા પરીક્ષણો ( ≥850 ડિગ્રી સેલ્સિયસે 0.01 S/cm ℃), અને થર્મલ શોક પરીક્ષણો (-20 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી શરૂ કરીને ચક્રો) ℃ 1100 સુધી ℃ ફોડાય વગર પાંચ વાર).
• ટ્યૂબ સંરચના: મુખ્યધારાની ડિઝાઇન એક 'એક છેડે બંધ કરેલી ટ્યૂબ સંરચના' ( પરીક્ષણ ટ્યૂબ જેવી ) અપનાવે છે, જેમાં બંધ કરેલો છેડો આયન વાહકતાનો મુખ્ય વિસ્તાર તરીકે કાર્ય કરે છે અને ખુલ્લો છેડો ઇલેક્ટ્રોડને બહાર કાઢવા અને સંદર્ભ વાયુ ચેનલ સાથે જોડવા માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે; કેટલાક વિશિષ્ટ સેન્સર્સ બહુ-વાયુ મોનિટરિંગની જરૂરિયાતોને સંતોષવા માટે ડબલ-ટ્યૂબ અથવા મલ્ટી-ટ્યૂબ ડિઝાઇનનો ઉપયોગ કરે છે.

સામગ્રીના ગુણધર્મો:

• જ્વાળા-પ્રતિરોધી, ઉચ્ચ ઉષ્મા વાહકતા.
• ઓછો પ્રસરણ ગુણાંક.
• ઉચ્ચ ઉષ્મા સ્થાયિત્વ.
• લાંબો સેવા આયુષ્ય, ખાસ કરીને ઝડપી ઠંડક અને ગરમી માટે યોગ્ય.
• ઝડપી ઉષ્મા વાહકતા, ઓછો ઊર્જા વપરાશ અને ઘટાડેલો ઊર્જા વપરાશ.
• આંતરિક દીવાલ પર હલકો પ્રકાશ, ચેપ રહિત પાઉડર, દુર્લભ પૃથ્વી પોલિશિંગની માત્રા ઘટાડવી.

મુખ્ય કામગીરીના ફાયદા:

1. વિસ્તૃત તાપમાન શ્રેણીમાં સ્થિર કામગીરીની ક્ષમતા: 8mol YSZની ઉત્તમ ઉષ્મા સ્થિરતા પર આધારિત રહીને, જિર્કોનિયા સેન્સર 400-1100°Cની શ્રેણીમાં સ્થિર ડેટા આઉટપુટ આપી શકે છે, અને 1200°Cની અલ્પકાલીન ઉચ્ચ તાપમાનની ધક્કો સામે પણ તેની રચનાત્મક અખંડિતતા જાળવી શકે છે, જે સામાન્ય ઓક્સિજન સેન્સર્સ (સામાન્ય કામગીરી તાપમાનની ઉપરની મર્યાદા 800°C) કરતાં ઘણી વધારે છે. °°C, અને તે 1200°Cની અલ્પકાલીન ઉચ્ચ તાપમાનની ધક્કો સામે પણ તેની રચનાત્મક અખંડિતતા જાળવી શકે છે, જે સામાન્ય ઓક્સિજન સેન્સર્સ (સામાન્ય કામગીરી તાપમાનની ઉપરની મર્યાદા 800°C) કરતાં ઘણી વધારે છે. °°C) કરતાં ઘણી વધારે છે. °C) ધીમે ધીમે ઠંડી પડી શકે.

જોકે, તેની આયનિક વાહકતા 3mol YSZ કરતાં નીચલા તાપમાનની શ્રેણીમાં (400-600°C) ઓછી હોય છે, પરંતુ તે મધ્યમ અને નીચલા તાપમાનની પરિસ્થિતિઓની ડિટેક્શન જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકે છે અને ઇલેક્ટ્રોડની રચનાને વિકસાવીને (જેમ કે સુષિર પ્લેટિનમ ઇલેક્ટ્રોડ્સ) વધુ ઔદ્યોગિક પરિસ્થિતિઓમાં અનુકૂળન કરી શકે છે. °°C) ઓછી હોય છે, પરંતુ તે મધ્યમ અને નીચલા તાપમાનની પરિસ્થિતિઓની ડિટેક્શન જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકે છે અને ઇલેક્ટ્રોડની રચનાને વિકસાવીને (જેમ કે સુષિર પ્લેટિનમ ઇલેક્ટ્રોડ્સ) વધુ ઔદ્યોગિક પરિસ્થિતિઓમાં અનુકૂળન કરી શકે છે.

2. અत्यંત લાંબો ચક્ર જીવનકાળ અને વિશ્વસનીયતા: 8mol YSZ જિર્કોનિયા ટ્યુબની ઉચ્ચ ફ્રેક્ચર ટફનેસ અને ફેઝ ટ્રાન્ઝિશન પ્રતિકારકતાને કારણે, સેન્સર તાપમાનની વારંવાર વધતી-ઘટતી ચક્રો (જેમ કે ઔદ્યોગિક દહન સાધનોનું પ્રારંભ અને બંધ કરવો) દરમિયાન ચક્રીય સ્થિરતામાં મહત્વપૂર્ણ સુધારો કરે છે – પરીક્ષણો પછી, 150 ઉચ્ચ-તાપમાનના ચક્રો પછી, ઑક્સિજન સાંદ્રતાનું માપન ચોકસાઈ 10% કરતાં ઓછી ઘટે છે, જ્યારે સમાન સમયગાળા દરમિયાન 3mol YSZ સેન્સરની ચોકસાઈ 25% કરતાં વધુ ઘટે છે; ફોમ સ્ટ્રક્ચર સેન્સર ડિઝાઇનમાં, 8mol YSZ આધારિત ઑક્સિજન કેરિયરની ચક્રીય સ્થિરતા (OEC) 90% કરતાં વધુ પહોંચી શકે છે, જે પરંપરાગત કણ-આધારિત સેન્સરોની તુલનામાં ઘણી વધારે છે.

3. વ્યતિકરણ-પ્રતિકાર અને ચોક્કસ ડિટેક્શન: 8mol YSZ સેરામિક ટ્યુબ્સ રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય છે, જે ઔદ્યોગિક ધુએલા વાયુઓમાં મજબૂત એસિડ, ક્ષારો, સલ્ફાઇડ્સ અને પિગલિત ધૂળના ક્ષરણનો પ્રતિકાર કરી શકે છે, અને વિદ્યુતલેપનના દૂષણથી થતા સંવેદનશીલતામાં ઘટાડાને ટાળે છે; તે જ સમયે, જિર્કોનિયા સેરામિક ટ્યુબ્સની સપાટીની ચિકનાશ (Ra ≤0.8μ મી) અશુદ્ધિઓના અધિશોષણને ઘટાડી શકે છે, જેથી સેન્સરનો પ્રતિસાદ સમય 0.1-0.5 સેકન્ડ જેટલો ઝડપી બને, ડિટેક્શનની ચોકસાઈ 0.1vol% સુધી પહોંચી શકે છે, અને ઓક્સિજનની ન્યૂનતમ ટ્રેસ માત્રા 1vol% કરતાં ઓછી ડિટેક્ટ કરી શકાય છે, જે પર્યાવરણીય મોનિટરિંગ અને ચોકસ ઔદ્યોગિક નિયંત્રણની કડક આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરે છે. ±0.1vol%, અને ઓક્સિજનની ન્યૂનતમ ટ્રેસ માત્રા 1vol% કરતાં ઓછી ડિટેક્ટ કરી શકાય છે, જે પર્યાવરણીય મોનિટરિંગ અને ચોકસ ઔદ્યોગિક નિયંત્રણની કડક આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરે છે.

4. ઓછો ઊર્જા વપરાશ અને અનુકૂલનની વિકસિત ક્ષમતા: 8mol YSZ ટ્યુબની ઓછી ઉષ્મા વાહકતા ( 2.0W/(m ·K) ) સેન્સર હીટિંગ મોડ્યુલની ઊર્જા વપરાશને ઘટાડી શકે છે, અને બહુ-સ્તરીય વિષમ રચનાની ડિઝાઇન (જેમ કે SndC/AO સાથેનું સંયોજન) સાથે, સેન્સરનું કાર્યકારી તાપમાન 200°C કરતાં વધુ ઘટાડી શકાય છે. °C ઓપરેટિંગ ખર્ચને વધુ ઘટાડીને, સાથે સાથે ડિટેક્શનની ચોકસી જાળવી રાખે છે.

ડેટા: