8 मोल यट्रिया-स्थिरीकृत YSZ ऑक्सिजन सेन्सर झिर्कोनिया सेरामिक ट्यूब ZrO2, एका बाजूचा बंद स्लीव्ह

इट्रिया-स्थिरीकृत झिर्कोनिया (YSZ) हा एक महत्त्वाचा सेरामिक पदार्थ आहे. तो मुख्यत्वे झिर्कोनियम ऑक्साईड ( ZrO₂ ) आणि इट्रियम ऑक्साईड ( Y₂O₃ ) यांच्या मिश्रणापासून बनलेला आहे. झिर्कोनियम ऑक्साईडमध्ये योग्य प्रमाणात इट्रियम ऑक्साईड मिसळल्याने, झिर्कोनिया घरगुती तापमानावर स्थिर क्यूबिक आणि टेट्रागोनल क्रिस्टल फेज तयार करू शकतो. 8 mol% YSZ Y₂O₃  हे कोणत्याही तापमानावर पूर्णपणे घनाकार क्रिस्टल तंतु तयार करू शकते. घनाकार ज़िर्कोनिया मध्ये चांगली ऑक्सिजन आयन वाहकता असते, ज्यामुळे ते घन ऑक्साइड इंधन सेल्स आणि ऑक्सिजन सेन्सर्स सारख्या क्षेत्रांमध्ये महत्त्वाचे आहे; यामुळे इंधन सेल्समध्ये कार्यक्षम पॉवर जनरेशनसाठी किंवा सेन्सर्सद्वारे ऑक्सिजनच्या प्रमाणाचे अचूक निर्धारण करण्यासाठी साहित्यातील ऑक्सिजन आयन्सचे वेगवान स्थानांतरण शक्य होते. शुद्ध झिर्कोनियम ऑक्साइड वेगवेगळ्या तापमानांवर तंतु-रूपांतरणांचा अनुभव घेते, परंतु यट्रियम ऑक्साइड जोडल्यानंतर, यट्रियमचे आयनिक त्रिज्या झिर्कोनियमच्या त्रिज्येशी समान असल्यामुळे ते झिर्कोनिया जाळीत प्रवेश करू शकते, जाळीची रचना स्थिर करू शकते आणि थंड होताना होणाऱ्या तंतु-रूपांतरणांना आळा घालू शकते, ज्यामुळे तंतु-रूपांतरणांमुळे होणाऱ्या काटकोनीय बदलांपासून आणि साहित्यातील फूट पडण्यापासून टाळले जाते.

• कच्चा माल तयार करणे: 8YSZ पावडर रासायनिक सह-अवक्षेपण पद्धतीचा वापर करून तयार केला जातो, नंतर पावडरची प्रवाहशीलता आणि एकसमान कणांचा आकार सुनिश्चित करण्यासाठी स्प्रे ड्रायिंग ग्रॅन्युलेशन केली जाते.
• रूपांतर प्रक्रिया: मुख्यत्वे थंड आइसोस्टॅटिक प्रेसिंग (दाब 200-300 MPa) वापरली जाते, तर काही अचूक उत्पादने ग्रीन बॉडीची एकसमान घनता सुनिश्चित करण्यासाठी इंजेक्शन मोल्डिंगद्वारे तयार केली जातात ( ≥5.8 g/cm ³ ).
• सिंटरिंग उपचार: 1550-1650 ℃तापमानावर उच्च तापमानावर सिंटर केले जाते, 2-4 तास धारण केले जातात, आणि ग्रेन वाढ पुरेशी होऊ शकेल तसेच अतिरिक्त सिंटरिंग टाळण्यासाठी नियंत्रित तापन दर 5 ℃/min आहे.
• नंतरची प्रक्रिया आणि तपासणी: मापाची अचूकता आणि पृष्ठभागाची समाप्ती सुनिश्चित करण्यासाठी ग्राइंडिंग आणि पॉलिशिंग केली जाते. कारखान्यातून बाहेर पडण्यापूर्वी उत्पादनांना वायुरोधकता चाचण्या ( लीक दर ≤1×10⁻⁶ Pa·m³/s ), आयनिक वाहकता चाचण्या ( ≥850 वर 0.01 S/cm ℃), आणि तापीय धक्का चाचण्या (−20 पासूनचे चक्र ℃ 1100 पर्यंत ℃ फटण्याशिवाय पाच वेळा.
• ट्यूब संरचना: मुख्यधारा डिझाइनमध्ये 'एका टोकाला सील केलेली ट्यूब संरचना' अवलंबित केली जाते ( प्रयोगशाळा ट्यूबसारखी ), ज्यामध्ये सील केलेले टोक आयन संचालन कोर क्षेत्र म्हणून कार्य करते आणि उघडे टोक इलेक्ट्रोड बाहेर काढण्यासाठी आणि संदर्भ वायू चॅनेलशी जोडण्यासाठी वापरले जाते; काही विशिष्ट सेन्सर्समध्ये बहु-वायू निरीक्षणाच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी दुहेरी-ट्यूब किंवा बहु-ट्यूब डिझाइन वापरले जातात.

साहित्याची वैशिष्ट्ये:

• ज्वाला प्रतिरोधक, उच्च उष्णता संचालन क्षमता.
• कमी प्रसारण गुणोत्तर.
• उच्च उष्णता स्थिरता.
• दीर्घ सेवा आयुष्य, विशेषतः वेगवान थंड आणि उष्णता यासाठी योग्य.
• वेगळी उष्णता संचरण क्षमता, कमी ऊर्जा वापर आणि कमी ऊर्जा वापर.
• आतल्या भिंतीवर प्रकाश, चिकट न करणारा पावडर, दुर्मिळ मृत्तिका पॉलिशिंगचे प्रमाण कमी करणे.

मुख्य कामगिरीचे फायदे:

१. विस्तृत तापमानाच्या श्रेणीत स्थिर कामगिरी क्षमता: ८मोल YSZ च्या उत्कृष्ट उष्णता स्थिरतेवर अवलंबून, झिर्कोनिया सेन्सर ४००-११००°सेल्सिअस या श्रेणीत स्थिरपणे डेटा आउटपुट करू शकतो, °आणि १२००°सेल्सिअस च्या अल्पकालीन उच्च तापमानाच्या धक्क्यातही त्याची संरचनात्मक अखंडता टिकवून ठेवू शकतो, °जे सामान्य ऑक्सिजन सेन्सर्सपेक्षा (सामान्य कार्यक्षम तापमानाची वरची मर्यादा ८००°सेल्सिअस) खूपच जास्त आहे. °से.) एक महत्त्वाची तापमान श्रेणी ओलांडून हळूहळू थंड होण्यासाठी परवानगी देते.

तथापि, कमी तापमानाच्या श्रेणीत (४००-६००°सेल्सिअस), त्याची आयनिक वाहकता ३मोल YSZ पेक्षा कमी असली तरीही, °तो मध्यम आणि कमी तापमानाच्या परिस्थितींच्या शोधन आवश्यकता पूर्ण करू शकतो आणि इलेक्ट्रोडच्या संरचनेचे अनुकूलन (उदा., सुसंगत प्लॅटिनम इलेक्ट्रोड्स) करून अधिक औद्योगिक परिस्थितींसाठी अनुकूलित होऊ शकतो.

2. अत्यंत लांब चक्र आयुष्य आणि विश्वसनीयता: 8mol YSZ झिर्कोनिया ट्यूब्सची उच्च फ्रॅक्चर टफनेस आणि फेज ट्रान्झिशन प्रतिरोधकता यामुळे सेन्सरची पुनरावृत्ती तापमान वाढ आणि कमी होण्याच्या चक्रांमध्ये (उदा., औद्योगिक दहन उपकरणांचे सुरुवात आणि थांबवणे) चक्र स्थिरता मोठ्या प्रमाणात सुधारली जाते — चाचणीनंतर, 150 उच्च-तापमान चक्रांनंतर, ऑक्सिजन सांद्रता निर्धारणाची अचूकता 10% पेक्षा कमी कमी होते, तर त्याच कालावधीत 3mol YSZ सेन्सरची अचूकता 25% पेक्षा जास्त कमी होते; फोम स्ट्रक्चर सेन्सर डिझाइनमध्ये, 8mol YSZ आधारित ऑक्सिजन कॅरियरची चक्रीय स्थिरता (OEC) 90% पेक्षा जास्त असू शकते, जी पारंपारिक कण सेन्सर्सच्या तुलनेत बरीच जास्त आहे.

3. व्यतिकरण-विरोधी आणि अचूक शोध: 8mol YSZ सिरॅमिक ट्यूब्स रासायनिकदृष्ट्या निष्क्रिय आहेत, ज्यामुळे औद्योगिक धुरातील मजबूत ऍसिड, क्षार, सल्फाइड्स आणि वितळलेल्या धूळीच्या क्षरणाला प्रतिकार करता येतो आणि विद्युतविच्छेदकाच्या दूषणामुळे होणारा संवेदनशीलतेचा घटाव टाळला जातो; तसेच, झिर्कोनिया सिरॅमिक ट्यूब्सची पृष्ठभागाची चिकटपणा (Ra ≤0.8μ मी) अशुद्धींच्या अधिशोषणाला कमी करू शकतो, ज्यामुळे सेन्सरचा प्रतिसाद वेग 0.1-0.5 सेकंदांपर्यंत असू शकतो, शोधण्याची अचूकता ±0.1vol% पर्यंत पोहोचू शकते, आणि किमान ट्रेस ऑक्सिजन सामग्री 1vol% पेक्षा कमी शोधली जाऊ शकते, जे पर्यावरण निरीक्षण आणि अत्यंत अचूक औद्योगिक नियंत्रण यांच्या कठोर आवश्यकता पूर्ण करते.

4. कमी ऊर्जा वापर आणि अनुकूलनाचे अनुकूलन: 8mol YSZ ट्यूबची कमी उष्णता संचालन क्षमता ( 2.0W/(m ·K) ) सेन्सरच्या तापन मॉड्यूलचा ऊर्जा वापर कमी करू शकते, आणि बहु-स्तरीय विषम रचना डिझाइन (उदा., SndC/AO सह संयोजन) वापरून सेन्सरचे कार्यकारी तापमान 200° सेल्सिअसपेक्षा जास्त कमी करता येते. °C , त्यामुळे कार्यकारी खर्च अधिक कमी होतो, तसेच शोधण्याची अचूकता सुनिश्चित केली जाते.

माहिती: