[發(fā)明專利]一種測(cè)氫用固體電解質(zhì)管的制備與成形方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410488165.8
• 申請(qǐng)日: 2014-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN104291813A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳樹森;陳建勛;張鋒;呂書林;毛有武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/48
• 分類號(hào): C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種鋁、鎂合金熔液測(cè)氫傳感器技術(shù)，具體涉及其中固體電解質(zhì)管的制備與成形方法。

背景技術(shù)

在鋁合金、鎂合金熔煉的過程中，熔體易與爐氣及爐膛耐火材料中的水分反應(yīng)而吸氫。在鋁、鎂合金熔體凝固時(shí)，大量氫以分子形式析出，使鑄件產(chǎn)生針孔、顯微縮松等缺陷。隨著鋁、鎂合金的用量及應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大，人們對(duì)于合金熔體含氫量的測(cè)量方法越來越關(guān)注，希望實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁、鎂合金熔體氫含量的準(zhǔn)確測(cè)定以指導(dǎo)生產(chǎn)。目前實(shí)際大量應(yīng)用到生產(chǎn)上的測(cè)氫方法(如第一氣泡法、Telegas法等)都有檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、無法實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)測(cè)量等缺點(diǎn)。濃差電池法作為一種新的測(cè)氫方法，極大地克服了這些缺點(diǎn)，這種測(cè)氫方法幾乎能在瞬時(shí)測(cè)定熔體的氫含量，因此可實(shí)現(xiàn)在線的、連續(xù)精密測(cè)定。

濃差電池法是利用固體電解質(zhì)將待測(cè)鋁液與具有恒定氫分壓的物質(zhì)組成濃差電池，測(cè)得電池的電動(dòng)勢(shì)和溫度，由Nernst(能斯特)方程求得鋁液中的含氫量。固體電解質(zhì)是濃差電池法的關(guān)鍵部分，它的電導(dǎo)率、離子遷移數(shù)對(duì)濃差電池的質(zhì)量有重要影響。目前固體電解質(zhì)有片狀、圓柱狀及管狀三種結(jié)構(gòu)，其中管狀結(jié)構(gòu)的固體電解質(zhì)是目前比較成熟的一種，其性能優(yōu)良且穩(wěn)定。

目前國(guó)內(nèi)在濃差電池法測(cè)氫傳感器方面的發(fā)明主要有，中國(guó)專利文獻(xiàn)“一種氫傳感器參比電極及其制備方法”(公開號(hào)CN?1097508A)發(fā)明了一種采用釔-氫系合金作為氫傳感參比電極的固體電解質(zhì)。該傳感器相對(duì)于日本采用1％氫氣標(biāo)準(zhǔn)氣體作為參比電極的傳感器攜帶、更換更加方便，成本更低。中國(guó)專利“一種測(cè)定固態(tài)鋼中氫壓力的方法及裝置”(公告號(hào)CN101661016A)發(fā)明了一種以BaCe_0.85～0.9Y_0.1～0.15O_3-ɑ或Ba₃Ca_1.18Nb_1.82O_9-δ或ZrO₂中摻雜Y₂O₃作為固體電解質(zhì)，采用1％標(biāo)準(zhǔn)氫作為參比電極的傳感器。該傳感器相比于傳統(tǒng)的取鋼樣真空熔化測(cè)氫方法具有價(jià)格便宜，易使用的特點(diǎn)。中國(guó)專利“一種測(cè)氫傳感器及固體電解質(zhì)的制備方法”(公告號(hào)CN101071119A)發(fā)明了一種以BaCeO₃摻雜Y₂O₃作為固體電解質(zhì)，用釔-氫合金作參比電極的一種測(cè)氫傳感器。該傳感器具有精度高，造價(jià)低，攜帶方便，易于操作的特點(diǎn)。

近年來濃差電池氫傳感器的研究取得了巨大的進(jìn)展，但目前應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境中的卻很少。國(guó)內(nèi)在濃差電池氫傳感器方面已經(jīng)開始研制SrCeO₃基和BaCeO₃基的質(zhì)子導(dǎo)體以及CaZrO₃基和BaZrO₃基的質(zhì)子導(dǎo)體為固體電解質(zhì)的氫傳感器，雖然其中SrCeO₃基和BaCeO₃基的質(zhì)子導(dǎo)體相對(duì)于CaZrO₃基和BaZrO₃基的質(zhì)子導(dǎo)體的電導(dǎo)率高點(diǎn)，但化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度較低，故實(shí)際生產(chǎn)用CaZrO₃基和BaZrO₃基的質(zhì)子導(dǎo)體作為固體電解質(zhì)的氫傳感器更好。目前應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)中的CaZrO₃基和BaZrO₃基的電解質(zhì)管都不能實(shí)現(xiàn)在變溫環(huán)境下進(jìn)行連續(xù)的測(cè)定，且許多并未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，急需優(yōu)化固體電解質(zhì)管材料的制備方法，以及將電解質(zhì)材料成形為零件用于制造傳感器，以用于在變溫下進(jìn)行熔體含氫量的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)狀，旨在提供一種容易合成、便于成形的固體電解質(zhì)管的制備方法及成形方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括固體電解質(zhì)材料的制備和固體電解質(zhì)管的成形二部分；

所述固體電解質(zhì)材料的制備方法包括下述步驟：

(1.1)混料：

將CaCO₃、ZrO₂和In₂O₃按照摩爾配比為：CaCO₃：ZrO₂：In₂O₃＝1：0.8～0.95：0.025～0.1進(jìn)行濕法球磨，以200～300r/min的速度正反轉(zhuǎn)間歇交替球磨8～24小時(shí)，球磨后烘干，再將烘干后的粉末過篩，獲得粒度小于5μm的混合粉體；

(1.2)固相合成：