8 mol Yttria ile Stabilize Edilmiş YSZ Oksijen Sensörü Zirkonya Seramik Borusu ZrO2, Bir Ucu Kapalı Kılıf

Yttria-stabilize edilmiş zirkonya (YSZ), önemli bir seramik malzemedir. Ana bileşenleri zirkonyum oksit ( ZrO₂ ) ve itriyum oksittir ( Y₂O₃ ). Zirkonyum oksite uygun miktarda itriyum oksit eklenerek, zirkonya oda sıcaklığında kararlı kübik ve tetragonal kristal fazlar oluşturabilir. %8 mol YSZ Y₂O₃  oda sıcaklığında tamamen kübik kristal faz oluşturabilir. Kübik zirkonya, iyi bir oksijen iyonu iletkenliğine sahiptir; bu nedenle katı oksit yakıt hücreleri ve oksijen sensörleri gibi alanlarda önemlidir ve yakıt hücrelerinde verimli enerji üretimi veya sensörler tarafından doğru oksijen içeriği tespiti için malzeme içinde oksijen iyonlarının hızlı göç etmesini sağlar. Saf zirkonyum oksit, farklı sıcaklıklarda faz geçişleri yaşar; ancak itriyum oksit eklendikten sonra itriyumun iyonik yarıçapı zirkonyumunkine benzer olduğu için zirkonya kafesine girebilir, kafes yapısını stabilize edebilir ve soğuma sırasında faz geçişlerini bastırabilir; böylece bu faz geçişlerine bağlı hacim değişikliklerini ve malzemenin çatlamasını önler.

• Ham Madde Hazırlama: 8YSZ tozu, kimyasal eş-çöktürme yöntemiyle hazırlanır; ardından tozun akışkanlığını ve homojen partikül boyutunu sağlamak amacıyla püskürtme kurutma granülasyonu uygulanır.
• Şekillendirme Süreci: Öncelikle soğuk izostatik presleme (basınç 200-300 MPa) kullanılır; bazı hassas ürünler ise, yeşil gövde yoğunluğunun homojen olmasını sağlamak amacıyla enjeksiyon kalıplama yöntemiyle üretilir ( ≥5,8 g/cm 3 - 3 ).
• Sinterleme İşlemi: 1550-1650 ℃ sıcaklıkta yüksek sıcaklıkta sinterlenir; 2-4 saat süreyle bekletilir ve tane büyümesinin yeterli olup fazla sinterlemenin önlenmesi için ısıtma hızı 5 ℃/dk olarak kontrol edilir.
• Son İşlem ve Muayene: Boyutsal doğruluk ve yüzey pürüzsüzlüğünü sağlamak amacıyla taşlama ve parlatma işlemleri uygulanır. Ürünler fabrikadan çıkmadan önce sızdırmazlık testlerini ( sızıntı oranı ≤1×10⁻⁶ Pa·m³/s ), iyonik iletkenlik testlerini ( ≥850 ℃’de 0,01 S/cm) ve termal şok testlerini (–20 ℃ 1100'e kadar ℃ çatlama olmadan beş kez).
• Boru yapısı: Yaygın tasarım, 'bir ucu kapalı boru yapısı' kullanır ( bir deney tüpüne benzer ), kapalı uç iyon iletimi çekirdek bölgesi olarak işlev görürken, açık uç elektrotun dışarıya çıkarılması ve referans gaz kanalına bağlanması için kullanılır; bazı özel sensörler çoklu gaz izleme ihtiyaçlarını karşılamak üzere çift borulu veya çoklu borulu bir tasarım kullanır.

Malzeme özellikleri:

• Alev direnci, yüksek termal iletkenlik.
• Düşük genleşme katsayısı.
• Yüksek termal kararlılık.
• Uzun kullanım ömrü, özellikle hızlı soğutma ve ısıtmaya uygun.
• Hızlı termal iletkenlik, düşük enerji tüketimi ve enerji tüketiminde azalma.
• İç duvar lambası, yapışmaz toz kaplamalı, nadir toprak elementi cilalama miktarını azaltır.

Temel performans faydaları:

1. Geniş sıcaklık aralığında kararlı çalışma yeteneği: 8 mol YSZ’nin üstün termal kararlılığına dayanarak, zirkonyum oksit sensör 400–1100 °C aralığında kararlı veri çıkışı sağlayabilir °Ve 1200 °C’lik kısa süreli yüksek sıcaklık şokuna bile maruz kaldığında yapısal bütünlüğünü koruyabilir; °Bu, sıradan oksijen sensörlerini (normal çalışma sıcaklığının üst sınırı 800 °C) çok açık şekilde geride bırakır. °C).

Düşük sıcaklık aralığında (400–600 °C) iyon iletim kapasitesi 3 mol YSZ’den daha düşük olsa da °Elektrot yapısının optimize edilmesiyle (örneğin gözenekli platin elektrotlar) orta ve düşük sıcaklık senaryolarındaki tespit gereksinimlerini karşılayabilir ve daha fazla endüstriyel koşula uyum sağlayabilir.

2. Ultra uzun ömür ve güvenilirlik: %8 mol YSZ zirkonya tüplerinin yüksek kırılma tokluğu ve faz geçişine direnci, sensörün endüstriyel yanma ekipmanlarının çalıştırılması ve durdurulması gibi tekrarlayan sıcaklık artışları ve azalmaları döngülerinde çevrim kararlılığını önemli ölçüde artırır. Test sonuçlarına göre, 150 adet yüksek sıcaklık döngüsünden sonra oksijen konsantrasyonu ölçüm doğruluğu %10’dan az azalırken, aynı süre içinde %3 mol YSZ sensöründe bu azalma %25’ten fazladır; Köpük yapılı sensör tasarımı kapsamında %8 mol YSZ bazlı oksijen taşıyıcısının çevrim kararlılığı (OEC), geleneksel tanecikli sensörlere kıyasla çok daha yüksek olup %90’ı aşmaktadır.

3. Parazit engelleme ve doğru algılama: %8 mol YSZ seramik tüpler kimyasal olarak inerttir; bu nedenle endüstriyel baca gazlarındaki güçlü asitler, alkali maddeler, sülfür bileşikleri ve erimiş tozlar tarafından meydana gelen aşınmaya dayanabilir ve elektrolit kirliliğine bağlı olarak hassasiyet kaybını önler; Aynı zamanda zirkonyum oksit seramik tüplerin yüzey pürüzlülüğü (Ra ≤0.8μ μm), safsızlık adsorpsiyonunu azaltarak sensörün yanıt hızını 0,1–0,5 saniye aralığına kadar yükseltir; ölçüm doğruluğu %0,1 hacimce (vol%) seviyesine ulaşabilir ve en düşük iz oksijen içeriği %1 hacimce (vol%) altına düşebilir; bu da çevre izleme ve yüksek hassasiyetli endüstriyel kontrol uygulamalarının katı gereksinimlerini karşılar. ±0,1 vol%, ve en düşük iz oksijen içeriği %1 vol% altına düşebilir; bu da çevre izleme ve yüksek hassasiyetli endüstriyel kontrol uygulamalarının katı gereksinimlerini karşılar.

4. Düşük enerji tüketimi ve uyumluluk optimizasyonu: %8 mol YSZ tüpün düşük ısı iletkenliği ( 2,0 W/(m ··K) ) sensör ısıtma modülünün enerji tüketimini azaltır; ayrıca çok katmanlı heterojen yapı tasarımı (örneğin SndC/AO ile birleştirilmesi) sayesinde sensörün çalışma sıcaklığı 200 °C’den fazla düşürülebilir. °C işletim maliyetini daha da azaltırken, tespit doğruluğunu sağlar.

Veriler: