tabung Keramik Zirkonia Sensor Oksigen Stabil Yttria 8 mol YSZ dengan Selubung Ujung Tertutup ZrO2

Zirkonia distabilkan dengan ytria (YSZ) adalah bahan keramik penting. Bahan ini terutama tersusun atas oksida zirkonium ( ZrO₂ ) dan oksida itrium ( Y₂O₃ ). Dengan menambahkan jumlah oksida itrium yang tepat ke dalam oksida zirkonium, zirkonia dapat membentuk fasa kristal kubik dan tetragonal yang stabil pada suhu kamar. YSZ dengan 8 mol% Y₂O₃  dapat membentuk fasa kristal kubik sepenuhnya pada suhu kamar. Zirkonia kubik memiliki konduktivitas ion oksigen yang baik, sehingga penting dalam bidang seperti sel bahan bakar oksida padat dan sensor oksigen, memungkinkan migrasi ion oksigen secara cepat di dalam material untuk menghasilkan daya yang efisien dalam sel bahan bakar atau deteksi kadar oksigen yang akurat oleh sensor. Zirkonium oksida murni mengalami transisi fasa pada suhu berbeda, namun setelah penambahan ytrium oksida, jari-jari ionik ytrium mirip dengan jari-jari ionik zirkonium, sehingga ytrium dapat memasuki kisi zirkonia, menstabilkan struktur kisi, serta menekan terjadinya transisi fasa selama pendinginan; dengan demikian, perubahan volume dan retak material akibat transisi fasa tersebut dapat dicegah.

• Persiapan Bahan Baku: Serbuk 8YSZ dipersiapkan menggunakan metode koprresipitasi kimia, diikuti dengan granulasi pengeringan semprot untuk memastikan kemampuan alir serbuk dan keseragaman ukuran partikel.
• Proses Pembentukan: Terutama menggunakan penekanan isostatik dingin (tekanan 200–300 MPa), dengan sebagian produk presisi dibuat melalui pencetakan injeksi untuk memastikan kepadatan badan hijau (green body) yang seragam ( ≥5,8 g/cm 3 ).
• Perlakuan Sintering: Disinter pada suhu tinggi 1550–1650 ℃, dengan waktu tahan 2–4 jam dan laju pemanasan terkendali sebesar 5 ℃/menit guna memastikan pertumbuhan butir yang cukup tanpa sintering berlebih.
• Pemrosesan Pasca-Sintering dan Pemeriksaan: Dilakukan penggerindaan dan pemolesan untuk menjamin akurasi dimensi dan kualitas permukaan. Sebelum keluar dari pabrik, produk harus lulus uji ketahanan kebocoran ( laju kebocoran ≤1×10⁻⁶ Pa·m³/s ), uji konduktivitas ionik ( ≥0,01 S/cm pada 850 ℃), serta uji kejut termal (siklus dari −20 ℃ hingga 1100 ℃ lima kali tanpa retak).
• Struktur tabung: Desain utama menggunakan 'struktur tabung dengan satu ujung tertutup' ( mirip dengan tabung reaksi ), di mana ujung tertutup berfungsi sebagai area inti konduksi ion dan ujung terbuka digunakan untuk mengeluarkan elektrode serta menghubungkan saluran gas acuan; beberapa sensor khusus menggunakan desain tabung ganda atau tabung jamak untuk memenuhi kebutuhan pemantauan multi-gas.

Karakteristik bahan:

• Tahan api, konduktivitas termal tinggi.
• Koefisien muai rendah.
• Stabilitas termal tinggi.
• Masa pakai panjang, terutama cocok untuk pemanasan dan pendinginan cepat.
• Konduktivitas termal cepat, konsumsi energi rendah, serta pengurangan konsumsi energi.
• Lampu dinding dalam, lapisan bubuk anti-lengket, mengurangi jumlah bahan poles tanah jarang.

Manfaat utama dalam kinerja:

1. Kemampuan kerja stabil dalam rentang suhu lebar: Mengandalkan stabilitas termal unggul dari YSZ 8 mol, sensor zirkonia mampu menghasilkan data keluaran secara stabil dalam rentang suhu 400–1100 °°C, dan mampu mempertahankan integritas strukturalnya bahkan di bawah kejutan suhu tinggi jangka pendek hingga 1200 °°C, jauh melampaui sensor oksigen biasa (batas atas suhu operasi normal adalah 800 °C).

°C), meskipun konduktivitas ioniknya lebih rendah dibandingkan YSZ 3 mol pada rentang suhu rendah (400–600 °°C), namun tetap mampu memenuhi kebutuhan deteksi dalam skenario suhu sedang dan rendah serta beradaptasi terhadap berbagai kondisi industri melalui optimalisasi struktur elektrode (misalnya elektrode platinum berpori).

2. Umur pakai siklus ultra-panjang dan keandalan: Ketangguhan patah tinggi serta ketahanan terhadap transisi fasa pada tabung zirkonia 8 mol YSZ membuat sensor ini secara signifikan meningkatkan stabilitas siklus dalam siklus naik-turun suhu berulang (misalnya, saat pengoperasian dan penghentian peralatan pembakaran industri) — berdasarkan hasil pengujian, setelah 150 siklus suhu tinggi, akurasi deteksi konsentrasi oksigen mengalami atenuasi kurang dari 10%, sedangkan sensor YSZ 3 mol mengalami atenuasi lebih dari 25% dalam periode yang sama; Dalam desain sensor berstruktur busa, stabilitas siklus (OEC) dari pembawa oksigen berbasis YSZ 8 mol dapat mencapai lebih dari 90%, jauh melampaui sensor partikel konvensional.

3. Anti-interferensi dan deteksi akurat: Tabung keramik YSZ 8 mol bersifat kimia inert, sehingga mampu menahan erosi oleh asam kuat, basa kuat, sulfida, dan debu lebur dalam gas buang industri, serta menghindari penurunan sensitivitas akibat pencemaran elektrolit; Di samping itu, kehalusan permukaan tabung keramik zirkonia (Ra ≤0.8μ m) dapat mengurangi adsorpsi kotoran, sehingga kecepatan respons sensor mencapai 0,1–0,5 detik, akurasi deteksi dapat mencapai ±0,1 vol%, dan kandungan oksigen jejak terendah yang dapat dideteksi berada di bawah 1 vol%, memenuhi persyaratan ketat pemantauan lingkungan dan pengendalian industri presisi.

4. Konsumsi energi rendah serta optimalisasi adaptabilitas: Konduktivitas termal rendah ( 2,0 W/(m ·K) ) pada tabung YSZ 8 mol dapat mengurangi konsumsi energi modul pemanas sensor, dan dengan desain struktur heterogen berlapis (misalnya komposit dengan SndC/AO), suhu operasi sensor dapat diturunkan lebih dari 200 °C , sehingga lebih lanjut mengurangi biaya operasional sekaligus menjamin akurasi deteksi.

Data: