8 моль иттрийн оксидоор тогтвортой зирконийн оксид (YSZ) хүчилтөрөгчийн сенсор, цирконийн керамик гуурцаг, ZrO₂, нэг төгсгөл нь хаалттай хавчуур

Иттрийн оксидоор тогтвортгож дүүрсэн цирконийн оксид (YSZ) чухал церамик материал юм. Түүний гол бүрдэл — цирконийн оксид ( ZrO₂ ) ба иттрийн оксид ( Y₂O₃ ). Цирконийн оксидод тохиромжтой хэмжээний иттрийн оксид нэмж өгснөөр цирконийн оксид өрхөн температурт тогтвортгож дүүрсэн куб ба тетрагональ кристалл фазыг үүсгэдүүр. 8 моль% иттрийн оксид агуулдүүр YSZ Y₂O₃  хөрхөн температурт бүтнэд нь кубик кристалл фазыг үүсгэж чаддаг. Кубик циркониа нь сайн хүчилтөрөгч ион дамжуулалттай бөгөөд иймд түүн дээр суурилж бүтээдэг хатуу оксид түлшний галваник элементүүд, хүчилтөрөгч сенсорууд зэрэг салбаруудад чухал ач хойртой бөгөөд түүн дотор хүчилтөрөгч ионуудын хурдан нүүлдүүрлэл нь түлшний галваник элементүүд дээр үр дүнтэй цахилгаан үүсгэхийн тулд, сенсорууд дээр хүчилтөрөгч агууламжийг нарийн тодорхойлохийн тулд шаардлагатай. Цэвэр циркониум оксид нь ялгаатай температурууд дээр фазын шилүүлэлтүүд үүсгэдэг, гэтэдүүр иттриум оксид нь циркониум оксидтой холилдож, иттриум ионы ион радиус нь циркониум ионы ион радиустай төстэй бөгөөд циркониум оксидын торлугт орж, торлугийн бүтцүүдийг тогтвортой болгож, хөхрүүлэх үед фазын шилүүлэлтүүдийг дарж, ийнхүл фазын шилүүлэлтүүдийн улмаас үүсгэдэг эзлэхүүний өөрчлөлт ба материал трещинуудыг саархуулж чаддаг.

• Анхны материал бэлдэх: 8YSZ порош нь химийн холимог осаджуулалтын аргаар бэлдэж, дараа нь тунгалаг порошны урсгалын чадварыг хангаж, жижиг хэсгүүдийн нэдүүрлэлтийг хангаж, тунгалаг порошны тархалт хийн аргаар бэлдэж чаддаг.
• Шилгээний процесс: Үндсэндээ дулаан исостатик бутлуурыг ашигладаг (200-300 МПа даралт), зарим нарийвчлалтай бүтээгдэхүүнийг цахилгаан шүүлтээр хийлгэдэг. ≥5.8 г/см 3 ).
• Сүнслэх: 1550-1650 дугаар өндөр температурт сүнслэгддэг ℃, 2-4 цагийн турш хадгалагдаж, 5 хэмжээнд хяналттай халаах хурдтай ℃/мин хэт их шороон хийлгэхгүйгээр ногооны хангалттай өсөлтийг хангах.
• Хөдөлмөрлөлийн дараах боловсруулалт, шалгалт: Өндөр хэмжээний нарийвчлал, гадаргууны төгсгөлд баталгаажуулахын тулд бутлах, чихрүүлэх ажлыг гүйцэтгэдэг. Үйлдвэрээс гарахын өмнө бүтээгдэхүүн нь агаар хязгаарлалтын шалгалтаар давхарддаг ( тэмцээний хурд ≤1×10−6 Pa·m3/s ), ион дамжуулалттай байх туршилтууд ( ≥0.01 S/cm 850 ℃-20 цагийн дундаж ℃ 1100-түрүүн ℃ тресинггүй таван удаа.
• Хоолойн бүтэц: Үндсэн дизайн нь «нэг төгсгөл нь тааруулж хоолойн бүтэц»-ийг ашигладаг ( туршилтын хоолойн адил ), тааруулж хоолойн төгсгөл нь ион дамжуулалтын үндсэн бүс болой, нээлттэй төгсгөл нь электродыг гадна татаж, тулгуур хийн каналд холбогдой; зарим тусгай сенсорууд олон газын хяналтын шаардлагыг хангахын тулд хоёр хоолойн эсвэл олон хоолойн дизайн ашигладаг.

Материалын онцлог шинж чанар:

• Дүлгэрүүлэх чадвар, өндөр дулаан дамжуулалт.
• Бага өргөтгөл коэффициент.
• Өндөр дулаан тогтвортой бүтэц.
• Урт үйлдлийн хугацаа, түүнчлэн хурдан хөхрүүлэх, халаахад тун сайн тохирмуй.
• Хурдан дулаан дамжуулалт, бага энергозатрат, нийт энергозатратыг бүүр илүү бууруулж.
• Дотоод хана нарийн гэрэл, түүрхт бүрхүүлгүй, ховор газрын элементийн полировкаас хэмжээг багасгана.

Түлхүүр ажиллах давуу талууд:

1. Өргөн температуртур диапазонд тогтвортой ажиллах чадвар: 8mol YSZ-ийн онцгой дулаан тогтвортой байдлын тулд циркони сенсор 400–1100°C хооронд тогтвортой өгөгдөл гаргаж чадах бөгөөд 1200°C-ийн богино хугацааны өндөр температурт шокт хүртэл бүтцэнд нь тогтвортой байх чадварыг хадгалж чадна. °C, ийнхүү ердийн хүчилтөрөгч сенсоруудаас (нормаль ажиллах температурын дээд хязгаар нь 800 °C) хамаагүй өндөр. °C хүртэл) дахин тунадасжуулах боломжийг олгоно.

Харин доод температурт диапазонд (400–600 °C) түүний ион дамжуулалт 3mol YSZ-той харьцуулж бага бөгөөд электродын бүтцүүр (жишээ нь: порист платина электродууд) оптимизацийн тусламжтайгаар дунд болон доод температурт нөхцөлд хэмжилтийн шаардлагыг хангаж, илүү олон үйлдвэрлэлд тохируулж чадна.

2. Хэт урт цикл амьдрал ба надёжност: 8 моль YSZ цирконийн хоолойн өндөр гагнуурын төвдүүрлэх чадвар ба фазын шилүүлэлтийн төвдүүрлэх чадвар нь сенсорын дараалан температур өсөх ба буурах циклүүд (жишээ нь, үйлдвэрлэлд ашиглагдаж буй шаталтын төхөөрөмжийн ажиллуулалт ба зогсоолт) дурдагдаж буй цикл тогтвортой байдлыг нь илтгэн үзүүрлэдэг — туршилт үр дүнгийн дагуу, 150 удаа өндөр температурт циклд орж үүрд, хүчилтөрөгчийн концентрацийн тодорхойлолтын нарийн төвдүүрлэх чадвар 10%-аас бага хэмжээгүй бүүрдүүрд, харин ижил нөхцөлд 3 моль YSZ сенсорын нарийн төвдүүрлэх чадвар 25%-аас илүү бүүрдүүрд; Хөвөрт бүтцэт сенсорын дизайн дотор 8 моль YSZ суурьт хүчилтөрөгчийн дамжуулагчийн цикл тогтвортой байдал (OEC) 90%-аас илүү бөлгөөн хүртэл хүртүүлд, традициональ бөлгөөнт сенсоруудын тогтвортой байдлаас холооны илүү.

3.Хэрсэлтийн эсрэг, тод илрүүлэг: 8mol YSZ керамик түтүврийн химийн хувьд идэвхгүй, үйлдвэрлэлийн утааны хийд хүчтэй хүчил, давс, сулфид, ургасан хог хаягдлын хасалд тэсвэртэй байж, электролитын бохирдолтой ≤0.8μ m) самарны илэрлийг бууруулж, мэдрэгч хариулах хурд 0.1-0.5 секунд хүртэл хурдан байхын тулд илрүүлэх үнэн зөвт байдал хүрч болно ±0.1vol%, хамгийн бага хүчилтөрөгчийн агууламжийг 1vol% -ээс доош илрүүлэх боломжтой бөгөөд байгаль орчны хяналт-шинжилгээний болон үйлдвэрлэлийн нарийвчилсан хяналтын хатуу шаардлагыг хангасан.

4.Эрчим хүчний хэрэглээ бага, дасан зохицох чадварыг сайжруулж: Дулааны дугаарлалтын бага ( 2.0W/m ·K) 8mol YSZ түтүврийн) нь мэдрэгчний дулааны модулийн эрчим хүчний хэрэглээг бууруулж, олон давхаргатай гетроген бүтцийн загварыг (жишээ нь SndC/AO-тай нийлбэрэлтийн) ашиглан мэдрэгчний хөдөлгөөний температурыг 200 гаруй °C , үйлдлийн зардлыг нэмж бууруулж, илрүүлэлтийн нарийн чигт баталгаажуулж.

Мэдээлэл: