用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)，所述電解質(zhì)的通式為BaCe1?x?y?zInxSnyYzO3?a，其中，0.01≤x≤0.25，0<y≤0.25，0<z≤0.25。還公開了其制備方法。本發(fā)明提供的用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)，電導(dǎo)率高，化學(xué)穩(wěn)定性好。通過本發(fā)明固體電解質(zhì)制備得到的固體電解質(zhì)管具有優(yōu)良的力學(xué)性能。本發(fā)明的固體電解質(zhì)加入銦之后，提高質(zhì)子導(dǎo)電性，加入Y2O3后增加了固體電解質(zhì)材料的穩(wěn)定性及抗熱震性能，從而提高了電解質(zhì)的靈敏度，降低了誤差，擴(kuò)展了應(yīng)用范圍。本發(fā)明的制備方法，步驟簡單，易操作實現(xiàn)，反應(yīng)條件易控制，減少燒結(jié)能耗，保障了固體電解質(zhì)的性能穩(wěn)定。
【專利說明】
用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)及制備方法，具體屬于定氫探頭用電解質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]鋁及鋁合金鑄件容易產(chǎn)生氣孔、夾雜等缺陷，使其內(nèi)在質(zhì)量大幅度下降。鋁及其合金的液態(tài)質(zhì)量又直接影響到鑄件的質(zhì)量。因氫含量過高造成的廢品率約占全部鋁鑄件廢品的一半。鋁及其合金在凝固時由于含氫造成諸如力學(xué)性能、內(nèi)部質(zhì)量大為下降等許多缺陷， 氫在鋁中不但造成宏觀缺陷，而且影響組織結(jié)構(gòu)，對于強(qiáng)度、疲勞、韌性、耐腐、陽極氧化等一系列性能都有影響。因此測氫尤為重要。
[0003]目前在鋁及鋁合金熔體中定氫探頭化學(xué)傳感器中，常使用CaZr0.sIn0.1O^dl料作為固體電解質(zhì)，用氫氣混合氣體為參比電極。實際使用過程中，由于CaZr〇.9In().1〇3-a固體電解質(zhì)材料，穩(wěn)定性低，從而使靈敏度降低，誤差增加，現(xiàn)場應(yīng)用受到限制。而對于BaCe03基固體電解質(zhì)材料，電導(dǎo)率不夠高，化學(xué)穩(wěn)定性低。因此，發(fā)明一種電導(dǎo)率高、穩(wěn)定性好的適用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭的固體電解質(zhì)，顯得尤為必要。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)及制備方法，所得定氫探頭用固體電解質(zhì)具有較高的電導(dǎo)率，其制備方法步驟簡單易操作。
[0005]為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0006]用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)，所述電解質(zhì)的通式為BaCem JnxSnyYz03—a，其中，0.01彡 x彡0.25,0〈y 彡0.25,0〈z 彡0.25。
[0007]前述用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)，具體地，所述電解質(zhì)為 BaCe0.80In0.05Sn0.05Y0.1〇〇3-a 〇
[0008]前述用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟:
[0009](1)按通式中摩爾比稱取預(yù)先脫水干燥后的In2〇3和Sn〇2粉末混合均勻，隨后燒結(jié)、 粉碎得到預(yù)粉體；
[0010](2)按通式中摩爾比稱取預(yù)先脫水干燥后的BaC〇3、Ce〇2和Y2〇3,加入預(yù)粉體中混合均勻，得到混合粉體，再進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后即得。
[0011]前述用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)的制備方法，步驟(1)中，In2〇3和 Sn02粉末混合采用機(jī)械混合均勻，預(yù)粉體顆粒中徑粒度小于50微米。
[0012]前述用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)的制備方法，步驟(1)中，以:TC ?10°C/min的升溫速率加熱至600?1000°C下進(jìn)行燒結(jié)3h?5h。
[0013]前述用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)的制備方法，步驟(2)中，混合采用機(jī)械混合，所得混合粉體顆粒中徑粒度為10?25微米。粒度適中保障了成分均勻，易于充分反應(yīng)，同時粒度易控制，不會造成操作成本的增加。
[0014]前述用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)的制備方法，步驟(2)中，以5°C ?8 °C /min的升溫速率加熱至1300?1500 °C下進(jìn)行燒結(jié)2h?4h。減少了燒結(jié)能耗，同時保障所得固體電解質(zhì)符合定氫探頭使用要求。
[0015]用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)在定氫裝置中的應(yīng)用。有效提升了定氫裝置的靈敏度，擴(kuò)大了測氫的檢測范圍。
[0016]在鋁及鋁合金熔體中進(jìn)行測氫時，對定氫探頭要求較高。而定氫探頭中重要的組成部分為固體電解質(zhì)管。固體電解質(zhì)管的首要條件是高的致密度。而影響固體電解質(zhì)管致密度的影響因素包括:固體電解質(zhì)粉末特性，燒結(jié)溫度，升溫速率，成型壓力等。采用本發(fā)明中的固體電解質(zhì)，在粉體粒徑分布均勻基礎(chǔ)上，經(jīng)過高溫致密化燒結(jié)，可消除粉體引起的密度差異，降低孔隙率，提升固體電解質(zhì)管的致密度。在同等燒結(jié)條件下，與傳統(tǒng)固體電解質(zhì)相比，采用本發(fā)明的固體電解質(zhì)，所得固體電解質(zhì)管的致密度有明顯提升，孔隙率可降低 20 %?25%，機(jī)械性能提升約25 %?30 %。
[0017]本發(fā)明的固體電解質(zhì)是一種具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性、抗熱震性能和較高的電導(dǎo)特性的復(fù)合材料。采用的五原料體系，合理改變原料的混合比例，從而得到具有較高的電導(dǎo)率的電解質(zhì)。本發(fā)明的固體電解質(zhì)加入銦之后，提高質(zhì)子導(dǎo)電性，與傳統(tǒng)固體電解質(zhì)相比，本發(fā)明的電解質(zhì)電導(dǎo)率提升15%?20%。
[0018]此外，本發(fā)明的用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭用固體電解質(zhì)中，由于添加了 Y203,穩(wěn)定性及抗熱震性能都得以提升，在測試溫度范圍內(nèi)可提高使用壽命一倍以上次數(shù)。
[0019]本發(fā)明的有益之處在于:本發(fā)明提供的用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)，電導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗熱震性能好。通過本發(fā)明固體電解質(zhì)制備得到的固體電解質(zhì)管具有優(yōu)良的力學(xué)性能。本發(fā)明的固體電解質(zhì)加入銦之后，提高質(zhì)子導(dǎo)電性，加入Y2〇3后增加了固體電解質(zhì)材料的穩(wěn)定性及抗熱震性能，從而提高了電解質(zhì)的靈敏度，降低了誤差， 擴(kuò)展了應(yīng)用范圍。本發(fā)明的制備方法，步驟簡單，易操作實現(xiàn)，反應(yīng)條件易控制，減少了燒結(jié)能耗，保障了固體電解質(zhì)的性能穩(wěn)定?！揪唧w實施方式】
[0020]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的介紹。
[0021]實施例1
[0022]用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)，所述電解質(zhì)的通式為BaCem-zInxSnyYz〇3-a，其中，x = 0.05，y = 0.05，z = 0.1。
[0023]用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟:[〇〇24] (1)按通式中摩爾比稱取預(yù)先脫水干燥后的In2〇3和Sn02粉末采用混合均勻，隨后以10°C/min的升溫速率加熱至600°C下進(jìn)行燒結(jié)3h，粉碎得到預(yù)粉體;預(yù)粉體顆粒中徑粒度小于50微米；[〇〇25] (2)按通式中摩爾比稱取預(yù)先脫水干燥后的BaC03、Ce02和Y203,加入預(yù)粉體中混合均勻，得到混合粉體，混合粉體顆粒中徑粒度為10微米;再以8°C/min的升溫速率加熱至 1500 °C下進(jìn)行燒結(jié)2h，冷卻后即得。
[0026] 實施例2
[0027]用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)，所述電解質(zhì)的通式為BaCem-zInxSnyYz〇3-a，其中，x = 0.25，y = 0.25，z = 0.25〇
[0028]用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟:[〇〇29](1)按通式中摩爾比稱取預(yù)先脫水干燥后的In2〇3和Sn02粉末采用機(jī)械混合混合均勻，隨后以:TC/min的升溫速率加熱至1000°C下進(jìn)行燒結(jié)5h，粉碎得到預(yù)粉體;預(yù)粉體顆粒中徑粒度小于50微米；
[0030](2)按通式中摩爾比稱取預(yù)先脫水干燥后的BaC〇3、Ce〇2和Y2〇3,加入預(yù)粉體中采用機(jī)械混合均勻，得到混合粉體，混合粉體顆粒中徑粒度為25微米;再以5°C/min的升溫速率加熱至1300 °C下進(jìn)行燒結(jié)4h，冷卻后即得。[〇〇31] 實施例3[〇〇32]用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)，所述電解質(zhì)的通式為BaCei—xt zInxSnyYz〇3-a，其中，x = 0.01，y = 0.1，z = 0.1。
[0033]用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)，包括以下步驟:[〇〇34](1)按通式中摩爾比稱取預(yù)先脫水干燥后的In2〇3和Sn02粉末采用機(jī)械混合混合均勻，隨后以9 °C/min的升溫速率加熱至700°C下進(jìn)行燒結(jié)4.5h，粉碎得到預(yù)粉體;預(yù)粉體顆粒中徑粒度小于50微米；[〇〇35](2)按通式中摩爾比稱取預(yù)先脫水干燥后的BaC03、Ce02和Y203,加入預(yù)粉體中采用機(jī)械混合均勻，得到混合粉體，混合粉體顆粒中徑粒度為22微米;再以6°C/min的升溫速率加熱至1450 °C下進(jìn)行燒結(jié)3.5h，冷卻后即得。
[0036] 實施例4[〇〇37]用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)，所述電解質(zhì)的通式為BaCei—xt zInxSnyYz〇3-a，其中，x = 0.08，y = 0.12，z = 0.23。
[0038]用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟:[〇〇39](1)按通式中摩爾比稱取預(yù)先脫水干燥后的In2〇3和Sn02粉末采用機(jī)械混合混合均勻，隨后以6°C/min的升溫速率加熱至800°C下進(jìn)行燒結(jié)4h，粉碎得到預(yù)粉體;預(yù)粉體顆粒中徑粒度小于50微米；
[0040](2)按通式中摩爾比稱取預(yù)先脫水干燥后的BaC〇3、Ce〇2和Y2〇3,加入預(yù)粉體中采用機(jī)械混合均勻，得到混合粉體，混合粉體顆粒中徑粒度為15微米;再以7°C/min的升溫速率加熱至1400 °C下進(jìn)行燒結(jié)3h，冷卻后即得。[0041 ] 實施例5[〇〇42]用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)，所述電解質(zhì)的通式為BaCem-zInxSnyYz〇3-a，其中，x = 0.20，y = 0.21，z = 0.17。
[0043]用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟:[〇〇44](1)按通式中摩爾比稱取預(yù)先脫水干燥后的In2〇3和Sn02粉末采用機(jī)械混合混合均勻，隨后以5 °C/min的升溫速率加熱至900°C下進(jìn)行燒結(jié)3.5h，粉碎得到預(yù)粉體;預(yù)粉體顆粒中徑粒度小于50微米；[〇〇45](2)按通式中摩爾比稱取預(yù)先脫水干燥后的BaC03、Ce02和Y203,加入預(yù)粉體中采用機(jī)械混合均勻，得到混合粉體，混合粉體顆粒中徑粒度為20微米;再以8°C/min的升溫速率加熱至1350 °C下進(jìn)行燒結(jié)2.2h，冷卻后即得。
[0046]實施例1?5中的定氫探頭用固體電解質(zhì)可應(yīng)用于定氫裝置中。
【主權(quán)項】
1.用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)，其特征在于:所述電解質(zhì)的通式為 BaCe1-x-y-JnxSnyYz〇3-a，其中，0 ? 01 彡 x彡0 ? 25，0〈y 彡0 ? 25，0〈z 彡0 ? 25 〇2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)，其特征在于:所 述電解質(zhì)為 BaCe〇.8〇In().()5Sn().()5Y().1()〇3-a。3.如權(quán)利要求1或2所述的用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)的制備方法，其 特征在于:包括以下步驟:(1)按通式中摩爾比稱取預(yù)先脫水干燥后的In2〇3和Sn02粉末混合均勻，隨后燒結(jié)、粉碎 得到預(yù)粉體；(2)按通式中摩爾比稱取預(yù)先脫水干燥后的BaC03、Ce02和Y2〇3,加入預(yù)粉體中混合均勻， 得到混合粉體，再進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后即得。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)的制備方法，其 特征在于:所述步驟(1)中，In2〇3和Sn〇2粉末混合采用機(jī)械混合均勾，預(yù)粉體顆粒中徑粒度 小于50微米。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)的制備方法，其 特征在于:所述步驟(1)中，以3°C?10°C/min的升溫速率加熱至600?1000°C下進(jìn)行燒結(jié)3h?5h〇6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)的制備方法，其 特征在于:所述步驟(2)中，混合采用機(jī)械混合，所得混合粉體顆粒中徑粒度為10?25微米。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)的制備方法，其 特征在于:所述步驟(2)中，以5 °C?8 °C /min的升溫速率加熱至1300?1500 °C下進(jìn)行燒結(jié)2h?4h〇8.如權(quán)利要求1或2所述的用于鋁及鋁合金熔體中定氫探頭固體電解質(zhì)在定氫裝置中 的應(yīng)用。
【文檔編號】C04B35/622GK106007714SQ201610327103
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】康雪, 侯劍峰, 王常珍
【申請人】東北大學(xué)