Шихта для изготовления твердых электролитов

 

ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, включшощая диоксид циркония и стабилизирующий оксид, отличающаяся тем, что, с целью повьшения термостойкости и снижения стоимости электролитов, шихта в качестве стабилизирующего оксида , содержит оксид иттрия, и дополнительно диоксид кремния при следукяцем. соотношении компонентов, мас.%: Оксид иттрия 0,6-19,8 Диоксид кремния 0,33-31,35 Диоксид циркония Остальное (Л о QD 00 со оо онностью (время установления сигнала измеряемой характеристики), обусловленную низкой скоростью переноса ионов в электролите, а также плохими стабильностью и воспроизводимостью электрических свойств, обусловленных наличием окисла с переменной валентностью (ТЮг). Известен также твердый .электролит состава диоксид циркония 10 мол.%

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„997393 (51) 5 С 04 В 35/48

« 7.». ф з

1 1 =(; %

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЬП ИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

f (21) 8283032/33 (22) 28.04.81 (46) 23.08.91. Бюп. Р 31 (71) Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промьпапенности (72) Д.С.Рутман, В.С.Попова, 1О.С.Торопов, В.И.Прилатова, Н.А.Иофис, А.Г.Табанаков, В.П.Лузгин, И.В.Зинковский, А.А.Иванов, В.В.Покидышев и П.И.!дгoB (53) 666.764.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 398526, кл. С 04 В 35/10, 1970.

Алексеенко Л.С.."Исследование и разработка технологии изготовления твердых электролитов, предназначенных для непрерывного замера окисленности стали", отсчет Б 54770?, Сб. реА.

НИР и ОКР, "Металлургия", 1977. Авторское свидетельство СССР

У 739039, кл. С 04 В 35/48, 19?8.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано в электрохимических устройствах для измерения концентрации кислорода в расплавах металлов, в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания и.др.

Известны твердые электролиты на

1 основе оксида алюминия, содержащего добавки диоксидов титана и циркония.

Однако эти твердые электролиты, имея удовлетворительную термостойкость, обладают. недостаточной долей ионной проводимости, высокой инерци2 (54) (57) ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, включающая диоксид циркония и стабилизирующий оксид, отличающаяся тем, что, с целью повышения термостойкости и снижения стоимости электролитов, ших-та в качестве стабилизирующего оксида, содержит оксид иттрия, и дополнительно диоксид кремния -при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Оксид иттрия О, 6-19,8

Диоксид кремния 0,33-31 35

Диоксид циркония Остальное онностью (время установления сигнала измеряемой характеристики), обусловленную низкой скоростью переноса ионов в электролите, а также плохими стабильностью и воспроизводимостью электрических свойств, обусловленных наличием окисла с переменной валентностью (TiO@).

Известен также твердый электролит состава диоксид циркоиия 10 мол.Х (17 мас.й) оксида иттрия, имеющий высокую электропроводность, высокую долю ионной проводимости, не меняющий."

997393 свои электрические свойства при вы1 держке в расплаве стали.

Недостатком таких твердых электролитов является их низкая термостой5 кость (они не выдерживают резких перепадов температур от 20 до 1700ОС) вследствие их низкой теплопроводности и высокого коэффициента термического расширения, 10

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является шихта для изготовления твердых электролитов, включающая компонентов, мас.Ж: стабилизи- 15 рованный (например оксидом скандия) диоксид циркония 97,0-99,4 и циркон

0,6-3,0, Однако известные марки цирконового концентрата (силиката циркония) (ГОСТ 20

48-82-74), используемые в известной шихте для изготовления твердого электролита, содержат большое количество примесей, снижающих электрофизические

Ф свойства твердых электролитов. Синтез 25 же силиката циркония, как известно, является очень трудоемким процессом и выход продукта не превышает 70%.

В связи с этим синтетический циркон промышленностью не выпускается. 30

В процессе обжига твердых электролитов из известной шихты при нагреве происходит частичное разложение силиката циркония и обратный его синтез при охлаждении изделий. Примеси способствуют более интенсивному разложе35 нию циркона, снижению температуры его разложения и образованию расплава на основе оксида кремния. При охлаждении обратный синтез не осуществляется пол-40 ностью и твердые электролиты наряду с цирконом и оксидом циркония содержат стеклофазу, количество которой увеличивается с температурой обжига. Наличие последней ведет к снижению плот- 45 ности изделий, отрицательной усадке (увеличению размеров и искажению формы изделий), к снижению термостойкости и электрофизических свойств изделий. Кроме того, как известно, струк- 1 туры, образованные из продуктов распара являются сверхтонкими, что также отрицательно сказывается на термостойкости. Помимо этого оксид скандия является очень дорогим материалом и его цена более чем в 20 раэ превышает цену оксида иттрия и в данном случае не дает заметного улучшения свойств изделий.

Цель изобретения — повышение термостойкости и снижение стоимости электролитов.

Поставленная цель достигается тем, что шихта для изготовления твердых электролитов, включающая диоксид циркония и стабилизирующий оксид, в качестве стабилизирующего оксида содержит оксид иттрия и дополнительно диоксид кремния при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Оксид иттрия 0,6-19,8

Диоксид кремния 0,33-31 35

Диоксид циркония Остальное

Введение оксида кремния в состав электролита в известной степени снижает электропроводность материала, но повышает его термостойкость. Пределы содержания оксида кремния выбраны с учетом условий применения твердых электролитов (температур расплаВоВ и газов).

Пример. Твердые электролиты получали методами обычной технологии керамических изделий: механическое смешение компонентов, протяжка изделий из термопластичных масс, выжиг связки и обжиг изделий.

Составы твердых электролитов и их свойства в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Твердые электролиты предлагаемого состава обладают высокой термостойкостью, хорошей воспроизводимостью и стабильностью электрофизических характеристик, малой инерционностью.

Изменения электрофизических свойств электролитов в процессе службы не наблюдается.

Твердые электролиты предлагаемого состава обладают высокой долей ионной проводимости.

Применение твердых электролитов такого состава дает возможность изготовления их в виде наиболее простой формы — пробирки.

Лалее, предлагаемые твердые электролиты дешевле за счет снижения содержания дорогостоящего оксида иттрия (135 руб/кг).

Использование твердых электролитов заявляемого состава весьма перспективно для контроля, стабилизации и автоматизации металлургических процессов.

997393

Содерхание компонентов, мас,7

Показатели р п/п

ЕгОЕ старил.

YC03 .

2гз 0

8i0

Инерционность, с

Лоля ионной лро7лО

7 0

Отклоненне от среднего значе>>H>t ЭДС> водимос ти, сi

12-15

12-15

1 99

0,40

0>28

25-ЭО

1 ° 4

1,40

0,99

0,97

* - >ермостойкость твердми электролитов оценивалась непосредственно при изменении MC в расплаве металла по методике ИИСиС. llpH этом определялось минимальное время прогрева электролита над расплавом металла> необходимое для обеспечения предотвращения термического удара при яогрухении в расплав.

Редактор M.Ëåíèíà Техред М.Дндык Корректор М. Самборская

Заказ 3440 Тирая(440 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб>э д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

2

4

Известный электролит

1 О

Э О

Заявляемые твердые электролиты

87,69 11,98 0,33

79,87 19,80 0,33

68>05 О ° 60 31 ° 35

67 ° 651,00 31,35

76,24 6,06 17,7

70>08 3>37 26 ° 55

Общая удельная электро" проводность g

Ом см при

1200 С

0,39

0,37

0,30

0,013

0,01

0,99

1,0

0,98

1>0

0,99

0,98

0>65

0 72

0,90

1 ° 10

1,70

1,47

Время прогрева надрасплавом металла, с (термостойкость) 15

15 беэ прогр без прогр

5 без прогр

7-10

8-10

12-15

12-14

12-14