8 mol Yttria-gestabiliseerde YSZ-zuurstofsensortube van zirkoniumoxideceramiek (ZrO2), met één gesloten uiteinde

Yttria-gestabiliseerd zirkoniumoxide (YSZ) is een belangrijk ceramisch materiaal. Het bestaat voornamelijk uit zirkoniumoxide ( ZrO₂ ) en yttriumoxide ( Y₂O₃ ). Door een geschikte hoeveelheid yttriumoxide aan zirkoniumoxide toe te voegen, kan zirkoniumoxide bij kamertemperatuur stabiele kubieke en tetragonale kristalfasen vormen. YSZ met 8 mol% Y₂O₃  kan bij kamertemperatuur een volledig kubische kristalfase vormen. Kubiek zirkoniumdioxide heeft een goede zuurstofiongeleidbaarheid, wat het belangrijk maakt in toepassingen zoals vastestof-brandstofcellen en zuurstofsensoren, waardoor zuurstofionen snel binnen het materiaal kunnen migreren voor efficiënte stroomopwekking in brandstofcellen of nauwkeurige detectie van zuurstofgehalte door sensoren. Zuiver zirkoniumoxide ondergaat fasenovergangen bij verschillende temperaturen, maar na toevoeging van yttriumoxide is de ionstraal van yttrium vergelijkbaar met die van zirkonium, waardoor het in het zirkoniumdioxiderooster kan treden, de roosterstructuur stabiliseert en fasenovergangen tijdens afkoeling onderdrukt, waardoor volumeveranderingen en materiaalkraken als gevolg van deze fasenovergangen worden voorkomen.

• Voorbereiding van grondstoffen: 8YSZ-poeder wordt bereid met behulp van de chemische co-precipitatiemethode, gevolgd door spuitdrooggranulatie om de stromingsvatbaarheid van het poeder en een uniforme korrelgrootte te waarborgen.
• Vormingsproces: Gebruikt voornamelijk koud isostatisch persen (druk 200–300 MPa), waarbij sommige precisieproducten worden vervaardigd via spuitgieten om een uniforme dichtheid van het groene lichaam te garanderen ( ≥5,8 g/cm 3. ).
• Sinterbehandeling: Gesinterd bij een hoge temperatuur van 1550–1650 ℃, met een houdduur van 2–4 uur en een gecontroleerde opwarmingsnelheid van 5 ℃/min om voldoende korrelgroei te waarborgen zonder overmatig sinteren.
• Nabewerking en inspectie: Slijpen en polijsten worden uitgevoerd om dimensionale nauwkeurigheid en oppervlakteafwerking te garanderen. Voordat de producten de fabriek verlaten, moeten zij een luchtdichtheidstest doorstaan ( lekkagerate ≤1×10⁻⁶ Pa·m³/s ), een ionische geleidbaarheidstest ( ≥0,01 S/cm bij 850 ℃) en een thermische schoktest (cycli van –20 ℃ tot 1100 ℃ vijf keer zonder barsten).
• Buisstructuur: Het gangbare ontwerp maakt gebruik van een 'buisstructuur met één afgesloten uiteinde' ( vergelijkbaar met een reageerbuis ), waarbij het afgesloten uiteinde fungeert als het kerngebied voor iongeleiding en het open uiteinde wordt gebruikt om de elektrode naar buiten te voeren en het referentiegaskanaal aan te sluiten; sommige gespecialiseerde sensoren maken gebruik van een dubbele-buis- of meervoudige-buisconstructie om te voldoen aan de behoeften voor monitoring van meerdere gassen.

Materiaalkenmerken:

• Vlamwerend, hoge thermische geleidbaarheid.
• Lage uitzettingscoëfficiënt.
• Hoge thermische stabiliteit.
• Lange levensduur, met name geschikt voor snelle afkoeling en verwarming.
• Snelle warmtegeleiding, laag energieverbruik en verminderd energieverbruik.
• Binnenwandlamp, anti-aanbakpoeder, vermindert de hoeveelheid zeldzame aardpolijstmiddel.

Belangrijke prestatievoordelen:

1. Stabiele werking binnen een breed temperatuurbereik: Dankzij de uitstekende thermische stabiliteit van 8mol YSZ kan de zirkonia-sensor stabiel gegevens leveren in het bereik van 400–1100 °°C en behoudt zijn structurele integriteit zelfs bij kortdurende hoge-temperatuurshocks tot 1200 °°C, wat ver boven het bereik ligt van gewone zuurstofsensoren (het bovengrens van de normale bedrijfstemperatuur is 800 °C).

°C), hoewel de ionische geleidbaarheid in het lage temperatuurbereik (400–600 °°C) lager is dan die van 3mol YSZ, kan deze voldoen aan de detectiebehoeften in medium- en lage-temperatuurscenario’s en zich aanpassen aan meer industriële omstandigheden door optimalisatie van de elektrode-structuur (zoals poreuze platina-elektrodes).

2. Ultra-lange cyclische levensduur en betrouwbaarheid: De hoge breuktaaiheid en weerstand tegen fasenovergang van zirkonia-buizen van 8 mol YSZ maken dat de sensor aanzienlijk verbetert in cyclische stabiliteit tijdens herhaalde temperatuurverhogingen en -dalingen (zoals bij het opstarten en stoppen van industriële verbrandingsapparatuur) – na tests bleek dat na 150 hoge-temperatuurcycli de nauwkeurigheid van de zuurstofconcentratiedetectie minder dan 10% afneemt, terwijl de 3 mol YSZ-sensor gedurende dezelfde periode meer dan 25% afneemt; Bij het sensorontwerp met schuimstructuur kan de cyclische stabiliteit (OEC) van de zuurstofdrager op basis van 8 mol YSZ meer dan 90% bereiken, wat ver boven die van traditionele deeltjessensoren ligt.

3. Anti-interferentie en nauwkeurige detectie: 8 mol YSZ-keramische buizen zijn chemisch inert, waardoor ze bestand zijn tegen de aantasting door sterke zuren, alkaliën, sulfiden en gesmolten stof in industriële rookgassen, en waardoor de vermindering van gevoeligheid door elektrolytverontreiniging wordt voorkomen; Tegelijkertijd kan de oppervlaktescherpte van zirkoniumoxide-keramische buizen (Ra ≤0.8μ m) de adsorptie van onzuiverheden verminderen, zodat de reactiesnelheid van de sensor zo snel is als 0,1–0,5 s, de detectienauwkeurigheid 0,1 vol% bedraagt ±en de minimale sporenhoeveelheid zuurstof onder 1 vol% kan worden gedetecteerd, wat voldoet aan de strenge eisen van milieumonitoring en precisie-industriële regeling.

4. Laag energieverbruik en optimalisatie van aanpasbaarheid: De lage warmtegeleidingscoëfficiënt ( 2,0 W/(m ··K) ) van de 8 mol YSZ-buis kan het energieverbruik van de verwarmingsmodule van de sensor verminderen, en dankzij het meervlaads heterogene structuurontwerp (zoals samenvoeging met SndC/AO) kan de bedrijfstemperatuur van de sensor met meer dan 200 °C worden verlaagd °C , waardoor de bedrijfskosten verder dalen, terwijl de detectienauwkeurigheid gewaarborgd blijft.

Gegevens: