8 mol yttria-stabiliserad YSZ-syrgensensor av zirkoniakeramikrör av ZrO₂ med ena änden sluten hylsa

Ittria-stabiliserad zirkonia (YSZ) är ett viktigt keramiskt material. Det består främst av zirkoniumoxid ( ZrO₂ ) och ittriumoxid ( Y₂O₃ ). Genom att tillsätta en lämplig mängd ittriumoxid till zirkoniumoxid kan zirkonia bilda stabila kubiska och tetragonala kristallfaser vid rumstemperatur. YSZ med 8 mol% Y₂O₃  kan bilda en helt kubisk kristallfas vid rumstemperatur. Kubisk zirkonia har god ledningsförmåga för syrojoner, vilket gör den viktig inom områden som fasta oxidbränsleceller och sygensorer, och möjliggör snabb migration av syrojoner inom materialet för effektiv kraftgenerering i bränsleceller eller exakt detektering av syreinnehåll av sensorer. Rent zirkoniumoxid genomgår fasövergångar vid olika temperaturer, men efter tillsats av yttriumoxid är jonradien för yttrium liknande den för zirkonium, vilket gör att yttrium kan tränga in i zirkonialatticet, stabilisera latticestructuren och undertrycka fasövergångar vid svalning, vilket därmed förhindrar volymförändringar och sprickbildning i materialet orsakade av dessa fasövergångar.

• Råmaterialberedning: 8YSZ-pulver bereds med hjälp av den kemiska koprecipitationsmetoden, följt av spraytorkning för granulering för att säkerställa pulverns flödesegenskaper och enhetlig partikelstorlek.
• Formningsprocess: Använder främst kall isostatisk pressning (tryck 200–300 MPa), med vissa precisionsprodukter tillverkade genom injektering för att säkerställa en enhetlig grönkropps densitet ( ≥5,8 g/cm 3 ).
• Sinterbehandling: Sinteras vid en hög temperatur på 1550–1650 ℃, med en hålltid på 2–4 timmar och en kontrollerad uppvärmningshastighet på 5 ℃/min för att säkerställa tillräcklig kornväxt utan överdriven sintering.
• Efterbearbetning och inspektion: Slipning och polering utförs för att garantera målexaktighet och ytyta. Innan produkterna lämnar fabriken måste de genomgå täthetsprov ( läckhastighet ≤1×10⁻⁶ Pa·m³/s ), prov av jonledningsförmåga ( ≥0,01 S/cm vid 850 ℃), samt termiska chockprov (cykler från –20 ℃ till 1100 ℃ fem gånger utan sprickbildning).
• Rörsstruktur: Den vanligaste designen använder en "rörsstruktur med ena änden försluten" ( liknande ett provrör ), där den förslutna änden utgör området för jonledning och den öppna änden används för att föra ut elektroden och ansluta referensgaskanalen; vissa specialiserade sensorer använder en dubbelrör- eller flerrörsdesign för att möta behovet av övervakning av flera gaser.

Material egenskaper:

• Flammbeständig, hög värmeledningsförmåga.
• Låg expansionskoefficient.
• Hög termisk stabilitet.
• Lång livslängd, särskilt lämplig för snabb kylning och uppvärmning.
• Snabb värmeledning, låg energiförbrukning och minskad energiförbrukning.
• Inre vägglampa, icke-klibbande pulver, minskar mängden sällsynta jordartsmetaller för polering.

Nyckelfördelar med prestanda:

1. Stabil driftförmåga inom ett brett temperaturområde: Tack vare den utmärkta termiska stabiliteten hos 8 mol YSZ kan zirkoniasensorn ge stabila mätvärden inom temperaturområdet 400–1100 °°C och bibehålla sin strukturella integritet även vid kortvariga högtemperaturstötar upp till 1200 °°C, vilket långt överstiger vanliga sygensensorer (övre gräns för normal drifttemperatur är 800 °C).

°C), även om dess jonledningsförmåga är lägre än hos 3 mol YSZ inom det låga temperaturområdet (400–600 °°C), kan den ändå uppfylla kraven för detektering i medel- och lågtemperaturscenarier och anpassas till fler industriella förhållanden genom optimering av elektrostrukturen (t.ex. porösa platinelektroder).

2. Extremt lång cykellivslängd och pålitlighet: Den höga sprödhetsmotståndet och fasövergångsmotståndet hos zirkoniumoxidrör av 8 mol YSZ gör att sensorn avsevärt förbättrar cykelstabiliteten vid upprepad uppvärmning och nedkylning (t.ex. vid start och stopp av industriella förbränningsanläggningar) – efter tester visade det sig att noggrannheten i syrekoncentrationsmätningen minskade med mindre än 10 % efter 150 högtemperaturcykler, medan en 3 mol YSZ-sensor minskade med mer än 25 % under samma period; I sensordesignen med skumstruktur kan den cykliska stabiliteten (OEC) för syrebäraren baserad på 8 mol YSZ uppnå mer än 90 %, vilket långt överstiger den för traditionella partikelsensorer.

3. Motstånd mot störningar och exakt detektering: 8 mol YSZ-keramikrör är kemiskt inerta, vilket gör att de kan motstå erosion från starka syror, baser, sulfider och smält damm i industriella avgaser och undvika minskad känslighet orsakad av elektrolyt-föroreningar; Samtidigt kan den släta ytan på zirkoniumoxid-keramikrören (Ra ≤0.8μ m) minska adsorptionen av föroreningar, så att sensorns svarstid blir lika snabb som 0,1–0,5 s, detekteringsnoggrannheten kan uppnå ±0,1 vol%, och den lägsta spåroxygenhalten som kan detekteras ligger under 1 vol%, vilket uppfyller de strikta kraven inom miljöövervakning och precisionsindustriell styrning.

4. Låg energiförbrukning och anpassningsoptimering: Den låga värmeledningsförmågan ( 2,0 W/(m ·K) ) hos 8 mol YSZ-röret minskar energiförbrukningen i sensorns uppvärmningsmodul, och tack vare den flerskiktiga heterogena strukturdesignen (t.ex. komposit med SndC/AO) kan sensorns driftstemperatur sänkas med mer än 200 °C , vilket ytterligare minskar driftkostnaderna samtidigt som det säkerställer detekteringsnoggrannheten.

Uppgifter: