tiub Seramik Zirkonia YSZ Penstabil Yttria 8 mol untuk Sensor Oksigen, Sarung ZrO2 dengan Satu Hujung Tertutup

Zirkonia distabilkan dengan ytria (YSZ) merupakan bahan seramik yang penting. Ia terutamanya terdiri daripada oksida zirkonium ( ZrO₂ ) dan oksida iterium ( Y₂O₃ ). Dengan menambahkan jumlah oksida iterium yang sesuai ke dalam oksida zirkonium, zirkonia boleh membentuk fasa kristal kubik dan tetragonal yang stabil pada suhu bilik. YSZ dengan 8 mol% Y₂O₃  boleh membentuk fasa kristal sepenuhnya kubik pada suhu bilik. Zirkonia kubik mempunyai kekonduksian ion oksigen yang baik, menjadikannya penting dalam bidang seperti sel bahan api oksida pepejal dan sensor oksigen, membolehkan penghijauan ion oksigen secara cepat di dalam bahan untuk penjanaan kuasa yang cekap dalam sel bahan api atau pengesanan kandungan oksigen yang tepat oleh sensor. Zirkonium oksida tulen mengalami peralihan fasa pada suhu yang berbeza, tetapi selepas penambahan ytrium oksida, jejari ion ytrium adalah serupa dengan jejari ion zirkonium, membolehkannya memasuki kekisi zirkonia, menstabilkan struktur kekisi, dan menekan peralihan fasa semasa penyejukan, seterusnya mengelakkan perubahan isipadu dan retakan bahan yang disebabkan oleh peralihan fasa ini.

• Penyediaan Bahan Mentah: Serbuk 8YSZ disediakan menggunakan kaedah kopecipitasi kimia, diikuti dengan granulasi pengeringan semburan untuk memastikan kebolehaliran serbuk dan saiz zarah yang seragam.
• Proses Pembentukan: Terutamanya menggunakan penekanan isostatik sejuk (tekanan 200–300 MPa), dengan sebahagian produk presisi dihasilkan melalui pencetakan suntikan untuk memastikan ketumpatan badan hijau yang seragam ( ≥5.8 g/cm 3 ).
• Rawatan Pensinteran: Disinterkan pada suhu tinggi 1550–1650 ℃, dengan masa tahan selama 2–4 jam dan kadar pemanasan terkawal sebanyak 5 ℃/min untuk memastikan pertumbuhan butir yang mencukupi tanpa pensinteran berlebihan.
• Pemprosesan Pasca dan Pemeriksaan: Pengisaran dan penggilapan dilakukan untuk menjamin ketepatan dimensi dan kemasan permukaan. Sebelum keluar dari kilang, produk mesti lulus ujian ketelapan ( kadar kebocoran ≤1×10⁻⁶ Pa·m³/s ), ujian kekonduksian ionik ( ≥0.01 S/cm pada 850 ℃), dan ujian kejutan termal (kitaran dari −20 ℃ hingga 1100 ℃ lima kali tanpa retak).
• Struktur tiub: Reka bentuk utama menggunakan 'struktur tiub dengan satu hujung terhermetik' ( seperti tabung uji ), dengan hujung yang dihermetikkan berfungsi sebagai kawasan teras pengaliran ion dan hujung terbuka digunakan untuk mengeluarkan elektrod serta menyambungkan saluran gas rujukan; beberapa sensor khas menggunakan reka bentuk dua tiub atau pelbagai tiub untuk memenuhi keperluan pemantauan pelbagai gas.

Ciri-ciri bahan:

• Tahan api, kekonduksian haba tinggi.
• Pepekatan pengembangan rendah.
• Kestabilan haba tinggi.
• Jangka hayat panjang, terutamanya sesuai untuk pemanasan dan penyejukan pantas.
• Kekonduksian haba pantas, penggunaan tenaga rendah, serta pengurangan penggunaan tenaga.
• Lampu dinding dalaman, serbuk tidak melekat, mengurangkan jumlah penggilapan unsur tanah jarang.

Kelebihan utama prestasi:

1. Keupayaan bekerja yang stabil dalam julat suhu yang luas: Mengandalkan kestabilan haba yang sangat baik bagi 8mol YSZ, sensor zirkonia mampu mengeluarkan data secara stabil dalam julat 400–1100 °°C, dan mampu mengekalkan integriti strukturnya walaupun di bawah hentaman suhu tinggi jangka pendek sehingga 1200 °°C, jauh melebihi sensor oksigen biasa (had atas suhu operasi normal ialah 800 °C).

Walaupun kekonduksian ioniknya lebih rendah berbanding 3mol YSZ dalam julat suhu rendah (400–600 °°C), ia mampu memenuhi keperluan pengesanan dalam senario suhu sederhana dan rendah serta menyesuaikan diri dengan lebih banyak keadaan industri melalui pengoptimuman struktur elektrod (seperti elektrod platinum berliang).

2. Jangka hayat kitaran ultra-panjang dan kebolehpercayaan: Ketegaran pecah tinggi dan rintangan terhadap peralihan fasa pada tiub zirkonia 8 mol YSZ menjadikan sensor ini meningkatkan ketegaran kitaran secara ketara dalam kitaran peningkatan dan penurunan suhu berulang (seperti permulaan dan penghentian peralatan pembakaran industri) — berdasarkan ujian, selepas 150 kitaran suhu tinggi, ketepatan pengesanan kepekatan oksigen berkurang kurang daripada 10%, manakala sensor YSZ 3 mol mengalami pengurangan lebih daripada 25% dalam tempoh yang sama; Dalam rekabentuk sensor berstruktur buih, ketegaran kitaran (OEC) pembawa oksigen berbasis YSZ 8 mol boleh mencapai lebih daripada 90%, jauh melebihi sensor zarah tradisional.

3. Anti-gangguan dan pengesanan yang tepat: Tiub seramik YSZ 8 mol adalah secara kimia lengai, yang boleh menahan hakisan asid kuat, alkali, sulfida dan habuk lebur dalam gas buangan industri, serta mengelakkan pengurangan kepekaan akibat pencemaran elektrolit; Pada masa yang sama, kelicinan permukaan tiub seramik zirkonia (Ra ≤0.8μ m) boleh mengurangkan penyerapan bendasing, sehingga kelajuan tindak balas sensor secepat 0.1–0.5 s, ketepatan pengesanan boleh mencapai ±0.1 vol%, dan kandungan oksigen jejak minimum yang boleh dikesan adalah di bawah 1 vol%, memenuhi keperluan ketat pemantauan alam sekitar dan kawalan industri berprestasi tinggi.

4. Penggunaan tenaga rendah dan pengoptimuman kesesuaian: Konduktiviti haba rendah ( 2.0 W/(m ·K) ) tiub YSZ 8 mol boleh mengurangkan penggunaan tenaga modul pemanasan sensor, dan dengan rekabentuk struktur heterogen berbilang lapisan (seperti gabungan dengan SndC/AO), suhu operasi sensor boleh dikurangkan sebanyak lebih daripada 200 °C , seterusnya mengurangkan kos pengoperasian sambil memastikan ketepatan pengesanan.

Data: