senzor de oxigen cu stabilizare cu itriu 8 mol YSZ, tub ceramic din zirconiu ZrO2, manșon închis la un capăt

Zirconia stabilizată cu itriu (YSZ) este un material ceramic important. Este compusă în principal din oxid de zirconiu ( ZrO₂ ) și oxid de itriu ( Y₂O₃ ). Prin adăugarea unei cantități adecvate de oxid de itriu la oxidul de zirconiu, zirconia poate forma faze cristaline cubice și tetragonale stabile la temperatura camerei. YSZ cu 8 mol% Y₂O₃  poate forma o fază cristalină complet cubică la temperatura camerei. Zirconia cubică are o bună conductivitate pentru ionii de oxigen, ceea ce o face importantă în domenii precum celulele de combustibil cu oxid solid și senzorii de oxigen, permițând migrarea rapidă a ionilor de oxigen în interiorul materialului pentru o generare eficientă a energiei electrice în celulele de combustibil sau pentru o detectare precisă a conținutului de oxigen de către senzori. Dioxidul pur de zirconiu suferă tranziții de fază la temperaturi diferite, dar, după adăugarea oxidului de itriu, raza ionică a itriului este similară cu cea a zirconiului, ceea ce îi permite să pătrundă în rețeaua cristalină a zircoinei, să stabilizeze structura rețelei și să suprime tranzițiile de fază în timpul răcirii, prevenind astfel modificările de volum și fisurarea materialului cauzate de aceste tranziții de fază.

• Pregătirea materiei prime: Pulberea 8YSZ este obținută prin metoda chimică de co-precepitare, urmată de granulare prin uscare prin pulverizare, pentru a asigura curgerea pulberii și uniformitatea dimensiunii particulelor.
• Procesul de formare: Se utilizează în principal presarea izostatică la rece (presiune de 200–300 MPa), iar unele produse de precizie sunt realizate prin injecție pentru a asigura o densitate uniformă a corpului verde ( ≥5,8 g/cm 3. ).
• Tratamentul de sinterizare: Sinterizare la temperatură înaltă de 1550–1650 ℃°C, cu menținerea timp de 2–4 ore și o viteză controlată de încălzire de 5 ℃°C/min, pentru a asigura o creștere suficientă a granulelor, fără sinterizare excesivă.
• Prelucrarea ulterioară și inspecția: Se efectuează rectificare și polizare pentru a garanta precizia dimensională și calitatea finisajului superficial. Înainte de părăsirea fabricii, produsele trebuie să treacă testele de etanșeitate ( rată de scurgere ≤1×10⁻⁶ Pa·m³/s ), teste de conductivitate ionică ( ≥0,01 S/cm la 850 ℃°C), precum și teste de șoc termic (cicluri de la –20 ℃ până la 1100 ℃ de cinci ori fără fisurare).
• Structură tubulară: Designul principal adoptă o „structură tubulară cu un capăt închis” ( asemănătoare unui tub de încercare ), cu capătul închis care servește ca zonă centrală de conducție a ionilor, iar capătul deschis fiind utilizat pentru extragerea electrozilor și conectarea canalului de gaz de referință; unele senzori specializați folosesc un design cu dublu tub sau cu mai multe tuburi pentru a satisface nevoile de monitorizare a mai multor gaze.

Caracteristici ale materialelor:

• Rezistență la flacără, conductivitate termică ridicată.
• Coeficient scăzut de dilatare.
• Stabilitate termică ridicată.
• Durată lungă de funcționare, în special potrivită pentru încălzirea și răcirea rapide.
• Conductivitate termică rapidă, consum redus de energie și reducere a consumului de energie.
• Lumină pentru peretele interior, pudră antiaderentă, reducerea cantității de lustruire cu metale pământuri rare.

Avantaje cheie de performanță:

1. Capacitate de funcționare stabilă într-un domeniu larg de temperaturi: Datorită excelentei stabilități termice a YSZ cu 8 mol, senzorul de zirconiu poate emite în mod stabil date în intervalul 400–1100 °°C și își poate menține integritatea structurală chiar și în condiții de șoc termic pe termen scurt la 1200 °°C, depășind în mod semnificativ senzorii obișnuiți de oxigen (limita superioară a temperaturii normale de funcționare este de 800 °C).

°C), deși conductivitatea sa ionică este mai mică decât cea a YSZ cu 3 mol în domeniul de temperaturi joase (400–600 °°C), acesta poate satisface nevoile de detectare în scenarii de temperatură medie și joasă și se poate adapta la o gamă mai largă de condiții industriale prin optimizarea structurii electrozilor (de exemplu, electrozi de platină poroși).

2. Durată de viață în ciclu ultra-lungă și fiabilitate: Tenacitatea la rupere ridicată și rezistența la tranziția de fază ale tuburilor de zirconiu 8mol YSZ determină o îmbunătățire semnificativă a stabilității în ciclu a senzorului în cadrul ciclurilor repetitive de creștere și scădere a temperaturii (de exemplu, pornirea și oprirea echipamentelor industriale de ardere) – după testare, după 150 de cicluri la temperatură ridicată, acuratețea detectării concentrației de oxigen se atenuează cu mai puțin de 10%, în timp ce senzorul din YSZ 3mol se atenuează cu peste 25% în aceeași perioadă; În concepția senzorului cu structură de spumă, stabilitatea ciclică (OEC) a purtătorului de oxigen pe bază de YSZ 8mol poate atinge peste 90%, depășind în mod semnificativ cea a senzorilor tradiționali pe bază de particule.

3. Anti-interferență și detecție precisă: Tuburile ceramice YSZ cu 8 mol sunt chimic inerte, rezistând astfel eroziunii exercitate de acizi puternici, baze, sulfuri și praf topit din gazele de eșapament industriale, evitând în același timp reducerea sensibilității cauzată de poluarea electrolitului; În același timp, netezimea suprafeței tuburilor ceramice din zirconiu (Ra ≤0.8μ m) reduce adsorbția impurităților, astfel încât viteza de răspuns a senzorului este de doar 0,1–0,5 s, iar precizia de detecție poate atinge ±0,1 vol%, iar conținutul minim de oxigen în urme poate fi detectat sub 1 vol%, îndeplinind cerințele stricte ale monitorizării mediului și ale controlului industrial de precizie.

4. Consum redus de energie și optimizare a adaptabilității: Conductivitatea termică scăzută ( 2,0 W/(m ··K) ) a tubului YSZ cu 8 mol permite reducerea consumului de energie al modulului de încălzire al senzorului, iar datorită designului cu structură eterogenă în mai multe straturi (de exemplu, compozit cu SndC/AO), temperatura de funcționare a senzorului poate fi redusă cu peste 200 °C , reducând în continuare costul de exploatare, în timp ce se asigură acuratețea detectării.

Datele: