8 mol ittria-stabilizált YSZ oxigénérzékelő cirkónium-oxid kerámia cső, ZrO₂, egyik végén zárt hüvely

Az ittria-stabilizált cirkónia (YSZ) egy fontos kerámia anyag. Fő összetevői a cirkónium-oxid ( ZrO₂ ) és az ittrium-oxid ( Y₂O₃ ). Az ittrium-oxid megfelelő mennyiségének hozzáadásával a cirkónium-oxid szobahőmérsékleten stabil kocka- és tetragonális kristályfázisokat képezhet. Az YSZ 8 mol%-os Y₂O₃  szobahőmérsékleten teljesen kocka alakú kristályfázist képezhet. A kocka alakú cirkónia jó oxigénion-vezetőképességgel rendelkezik, ezért fontos szerepet játszik például a szilárd oxid üzemanyagcellákban és az oxigénszenzorokban, lehetővé téve az oxigénionok gyors migrációját a anyagban, így hatékony energiatermelést az üzemanyagcellákban vagy pontos oxigéntartalom-mérést a szenzorokkal. A tiszta cirkónium-oxid hőmérsékletfüggő fázisátalakulásokon megy keresztül, de az ittrium-oxid hozzáadása után az ittrium ionrádiusza hasonló a cirkóniuméhoz, így be tud épülni a cirkónia rácsba, stabilizálja a rács szerkezetét, és gátolja a fázisátalakulásokat a lehűlés során, ezzel megelőzve a fázisátalakulásokból eredő térfogatváltozásokat és az anyag repedését.

• Nyersanyag-előkészítés: Az 8YSZ porozott anyagot kémiai egyidejű csapadékképzési eljárással állítják elő, majd permetezéses szárítással és granulálással biztosítják a por mozgathatóságát és az egyenletes részecskeméretet.
• Formázási folyamat: Főként hideg izosztatikus préselést alkalmaz (nyomás: 200–300 MPa), néhány pontossági termék gyártásához befecskendezéses formázást használnak a zöld test egyenletes sűrűségének biztosítására ( ≥5,8 g/cm ³ ).
• Sinterelési kezelés: 1550–1650 ℃ hőmérsékleten sinterelik, 2–4 órán át tartva, 5 ℃/perc fűtési sebességgel, hogy elegendő szemcse-növekedés érhető el a túlszinterelés nélkül.
• Utófeldolgozás és ellenőrzés: A méretpontosság és a felületminőség biztosítása érdekében csiszolást és polírozást végeznek. A gyárból történő kiszállítás előtt a termékeknek sikeresen át kell menniük a légmentességi vizsgálaton ( szivárgási ráta ≤1×10⁻⁶ Pa·m³/s ), az ionvezetőképességi vizsgálaton ( ≥0,01 S/cm 850 ℃ esetén) és a hőmérséklet-ingerek elleni vizsgálaton (ciklusok –20 ℃ 1100-ig ℃ ötször repedésmentesen).
• Csőszerkezet: A főbb tervezési megoldás egy „egyik végén zárt csőszerkezetet” alkalmaz ( hasonlóan egy kémcsőhöz ), ahol a zárt vég a ionvezetési magterületként szolgál, míg a nyitott vég az elektróda kivezetésére és a referencia gázcsatorna csatlakoztatására szolgál; egyes speciális érzékelők kétcsöves vagy többcsöves kialakítást használnak a többgázos figyelési igények kielégítésére.

Anyag tulajdonságok:

• Lángálló, magas hővezetőképességű.
• Alacsony hőtágulási együttható.
• Magas hőállóság.
• Hosszú élettartam, különösen alkalmas gyors lehűlésre és felmelegedésre.
• Gyors hővezetés, alacsony energiafogyasztás és csökkentett energiafelhasználás.
• Belső falvilágítás, nem ragadó por, a ritkaföldfém-polírozás mennyiségének csökkentése.

Kulcsfontosságú teljesítményelőnyök:

1. Stabil működési képesség széles hőmérséklettartományban: Az 8 mol YSZ kiváló hőállósága révén a cirkónia érzékelő stabil adatokat tud kiadni 400–1100 °C közötti hőmérsékleten, és akár rövid ideig tartó, 1200 °C-os magas hőmérsékletű terhelés alatt is megőrzi szerkezeti integritását, ami messze meghaladja az átlagos oxigénérzékelők teljesítményét (a normál üzemelési hőmérséklet felső határa 800 °C). °C, és akár rövid ideig tartó, 1200 °C-os magas hőmérsékletű terhelés alatt is megőrzi szerkezeti integritását, ami messze meghaladja az átlagos oxigénérzékelők teljesítményét (a normál üzemelési hőmérséklet felső határa 800 °C).

C), az ionvezetőképessége alacsonyabb, mint a 3 mol YSZ-é az alacsony hőmérséklet-tartományban (400–600 °C), de az elektrodszerkezet optimalizálásával (pl. porózus platinaelektródokkal) kielégíti a közepes és alacsony hőmérsékletű alkalmazások érzékelési igényeit, és alkalmazkodik szélesebb körű ipari körülményekhez.

2. Ultra-hosszú élettartam és megbízhatóság: Az 8 mol YSZ cirkónia csövek magas törési szívóssága és fázisátmenet-ellenállása jelentősen javítja a szenzor ciklus-stabilitását ismétlődő hőmérséklet-emelkedési és -csökkenési ciklusok során (pl. ipari égőberendezések indítása és leállítása) – tesztelés során megállapították, hogy 150 magas hőmérsékletű ciklus után az oxigénkoncentráció-mérési pontosság csökkenése kevesebb mint 10 %, míg ugyanebben az időszakban a 3 mol YSZ szenzor esetében a csökkenés több mint 25 %; A habszerű szerkezetű szenzor tervezésében az 8 mol YSZ alapú oxigénhordozó ciklikus stabilitása (OEC) elérheti vagy meghaladhatja a 90 %-ot, ami messze felülmúlja a hagyományos részecskés szenzorokét.

3. Interferencia-ellenállás és pontos érzékelés: A 8 mol%-os YSZ kerámia csövek kémiai inaktivitása miatt ellenállnak az ipari füstgázokban található erős savak, lúgok, szulfidok és olvadt porok maradandó hatásának, és megakadályozzák az elektrolit szennyeződéséből eredő érzékenységcsökkenést; Ugyanakkor a cirkónia kerámia csövek felületi simasága (Ra ≤0.8μ m) csökkenti az impuritások adszorpcióját, így az érzékelő reakcióideje akár 0,1–0,5 másodperc is lehet, a mérési pontosság elérheti a ±0,1 térfogat%-ot, és a legkisebb nyomokban jelen lévő oxigéntartalom is kimutatható 1 térfogat% alatt, ezzel teljesítve a környezetmonitorozás és a precíziós ipari irányítás szigorú követelményeit.

4. Alacsony energiafogyasztás és alkalmazkodóképesség optimalizálása: A 8 mol%-os YSZ csövek alacsony hővezetőképessége ( 2,0 W/(m ·K) ) csökkenti az érzékelő fűtőmoduljának energiafogyasztását, és a többrétegű heterogén szerkezeti kialakítás (pl. SndC/AO-val való kombinálás) segítségével az érzékelő üzemelési hőmérséklete több mint 200 fokkal csökkenthető °C , tovább csökkentve ezzel az üzemeltetési költséget, miközben biztosítja a felismerés pontosságát.

Adatok: