专利名称：一种氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质的制造方法
技术领域：
本发明涉及测量高温液质中氧含量的传感器制造，特别涉及氧化镁 部分稳定氧化锆固体电解质的制造。
背景技术：
氧传感器是快速测量钢水中氧含量的有效装置，通常，在氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质即MgO—PSZ管内填装Cr和0203混合粉体 作为参比电极组装成氧传感器，用于冶金工业过程中钢水中氧含量的测 量。测量时，氧传感器插入钢水，约5 10秒内传感器输出l个稳定的 电动势(emf)值，由此可以计算出钢水中的氧含量或氧活度。但是，由于 氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质承受从室温到165(TC的温度变化，容 易产生裂纹，导致测量失败。1975年Garvie及其同事发现的Zr02的相 变增韧现象，通过材料学家们的大量的研究工作，揭示出控制Zr02的 相组织结构，利用四方相到单斜相的相变的发生可以提高材料的强度和 韧性。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种氧化镁部分稳定氧化锆固 体电解质的制造方法，它所制造出的氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质 具有良好的抗热震性。为解决上述技术问题，本发明提供了一种氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质的制造方法，其包括以下步骤将工业纯ZrOCl2 8H20溶解于去离子水中，形成pH值为1 2 的溶液，在该溶液加入计算量的化学纯MgO，溶液中MgO的含量为8.71 ±0.02mol%;在搅拌的条件下，在所述溶液中缓慢滴入氨水，形成白色沉淀，调整溶液的pH值到9;将所述沉淀离心脱水，在8(TC下干燥，然后在60(TC下焙烧4小时， 然后在乙醇介质中球磨24 27小时，干燥后，在IIO(TC下焙烧4~6小时 后得平均颗粒度为0.8 l|jm的MgO—PSZ粉体，将MgO—PSZ粉体加 入到有机结合剂中，形成浆料，用注射成型方法成型为一端封闭的坯；将所述坯在120(TC下脱去有机结合剂，在168(TC下烧结5小时± 30分钟之后，直接冷却至120(TC，并保持1200。C温度1 2小时；再直 接冷却至IOOO"C，并保持IOO(TC温度6~14小时。作为优化，在上述步骤中，坯在1200。C下脱去有机结合剂，在1680 。C下烧结5小时士30分钟之后，直接冷却至1200。C，并保持1200。C温 度1-1.5小时；再直接冷却至IOO(TC，并保持1000。C温度8 10小时。最优地，在上述步骤中，坯在1200。C下脱去有机结合剂，在1680 。C下烧结5小时土30分钟之后，直接冷却至120(TC，并保持1200。C温 度l小时；再直接冷却至IOO(TC，并保持IOO(TC温度IO小时。本技术方案所根据的原理是根据MgO—PSZ相图分析，在1680°C MgO—PSZ的相变体系处于立方相和四方相的两相区，立方相和四方相 含量分别为85%和15%。这些四方相为一次四方相颗粒，其晶粒尺寸 较大。在120(TC冷却过程中，立方相基体和晶界处析出细小的四方相颗 粒；继续在IOO(TC下时效热处理时，较大的四方相将转变为单斜相，而 细小的四方相将被保留下来。的观察裂纹扩展，在裂纹尖端存在马氏体 单斜相的富集区，表明细小的四方相对裂纹扩展有阻止作用。通过TMA 下动态拉伸实验对，发现在扩展裂纹的尖端和周围存在细小单斜相颗粒 的富集区。在裂纹未扩展前，裂纹附近存在四方相颗粒，这些四方相颗 粒是在热处理过程形成并保留在室温的以亚稳定状态存在的四方相颗 粒(t-Zr02).当裂纹扩展时，亚稳四方相吸收能量产生应力诱导马氏体 相变而转变为单斜马氏体相区，伴随相变产生体积膨胀，在裂纹尖端形 成一个压应力区，这一过程不仅释放了裂纹扩展的能量，而且向裂纹施 加了一个压应力，防止了裂纹的继续扩展.通过上述方法制造的氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质，在1650。C下的钢水中测试，其无裂纹率即抗热震性由改进前的50%，提高到了 改进后的80% 100%。
具体实施方式
实施例1将工业纯ZrOCl2 8H20溶解于去离子水中，形成pH值为1的溶 液，在该溶液加入计算量的化学纯MgO，溶液中MgO的含量为8.69mol %， 在搅拌的条件下，在所述溶液中缓慢滴入氨水，形成白色沉淀，调 整溶液的pH值到9;将所述沉淀离心脱水，在8(TC下干燥，然后在600 。C下焙烧4小时，然后在乙醇介质中球磨24小时，干燥后，在1100。C 下焙烧4小时后得平均颗粒度为0.8fjm的MgO—PSZ粉体，将MgO— PSZ粉体加入到有机结合剂中，形成浆料，用注射成型方法成型为一端 封闭的坯；将所述坯在120(TC下脱去有机结合剂，在168(TC下烧结4.5 小时之后，直接冷却至1200°C，并保持120(TC温度1小时；再直接冷 却至IOOO'C，并保持IOO(TC温度6小时。所制得到的氧化镁部分稳定 氧化锆固体电解质在165(TC下的钢水测试，其无裂纹率为80%。 实施例2将工业纯ZrOCl2 8H20溶解于去离子水中，形成pH值为2的溶 液，在该溶液加入计算量的化学纯MgO，溶液中MgO的含量为8.73mol %;在搅拌的条件下，在所述溶液中缓慢滴入氨水，形成白色沉淀，调 整溶液的pH值到9;将所述沉淀离心脱水，在8(TC下干燥，然后在600 "C下焙烧4小时，然后在乙醇介质中球磨27小时，干燥后，在110(TC 下焙烧6小时后得平均颗粒度为l|Jm的MgO—PSZ粉体，将MgO—PSZ 粉体加入到有机结合剂中，形成浆料，用注射成型方法成型为一端封闭 的坯；将所述坯在120(TC下脱去有机结合剂，在168(TC下烧结5.5小时 之后，直接冷却至120(TC，并保持120(TC温度2小时；再直接冷却至 IOO(TC，并保持IOO(TC温度14小时。所制得到的氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质在1650℃下的钢水测试，其无裂纹率为80%。将工业纯ZrOCl2 8H20溶解于去离子水中，形成pH值为1.5的 溶液，在该溶液加入计算量的化学纯MgO，溶液中MgO的含量为 8.71mo1%在搅拌的条件下，在所述溶液中缓慢滴入氨水，形成白色沉 淀，调整溶液的pH值到9;将所述沉淀离心脱水，在80℃下干燥，然 后在600℃下焙烧4小时，然后在乙醇介质中球磨25小时，干燥后，在 1100℃下焙烧5小时后得平均颗粒度为0.9um的MgO—PSZ粉体，将 MgO—PSZ粉体加入到有机结合剂中，形成浆料，用注射成型方法成型 为一端封闭的坯；将所述坯在1200℃下脱去有机结合剂，在1680℃下 烧结5小时之后，直接冷却至1200℃，并保持1200℃温度1.5小时；再 直接冷却至1000℃，并保持1000℃温度8小时。所制得到的氧化镁部 分稳定氧化锆固体电解质在1650℃下的钢水测试，其无裂纹率为90%。实施例4将工业纯ZrOCl2 8H20溶解于去离子水中，形成pH值为1.5的 溶液，在该溶液加入计算量的化学纯MgO，溶液中MgO的含量为 8.71mol%;在搅拌的条件下，在所述溶液中缓慢滴入氨水，形成白色沉 淀，调整溶液的pH值到9;将所述沉淀离心脱水，在80℃下干燥，然 后在600℃下焙烧4小时，然后在乙醇介质中球磨24小时，干燥后，在 1100℃下焙烧4小时后得平均颗粒度为0.8um的MgO—PSZ粉体，将 MgO—PSZ粉体加入到有机结合剂中，形成浆料，用注射成型方法成型 为一端封闭的坯；将所述坯在1200℃下脱去有机结合剂，在1680℃下 烧结5小时之后，直接冷却至1200℃，并保持1200℃温度1小时；再 直接冷却至1000℃并保持1000℃温度1O小时。所制得到的氧化镁部 分稳定氧化锆固体电解质在1650℃下的钢水测试，其无裂纹率为100%。
权利要求
1、一种氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质的制造方法，其特征在于包括以下步骤将工业纯ZrOCl2·8H2O溶解于去离子水中，形成pH值为1～2的溶液，在该溶液加入计算量的化学纯MgO，溶液中MgO的含量为8.71±0.02mol％；在搅拌的条件下，在所述溶液中缓慢滴入氨水，形成白色沉淀，调整溶液的pH值到9；将所述沉淀离心脱水，在80℃下干燥，然后在600℃下焙烧4小时，然后在乙醇介质中球磨24～27小时，干燥后，在1100℃下焙烧4～6小时后得平均颗粒度为0.8～1μm的MgO-PSZ粉体，将MgO-PSZ粉体加入到有机结合剂中，形成浆料，用注射成型方法成型为一端封闭的坯；将所述坯在1200℃下脱去有机结合剂，在1680℃下烧结5小时±30分钟之后，直接冷却至1200℃，并保持1200℃温度1～2小时；再直接冷却至1000℃，并保持1000℃温度6～14小时。
2、 根据权利要求1所述的氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质的 制造方法，其特征在于所述步骤中，坯在120(TC下脱去有机结合剂， 在168(TC下烧结5小时±30分钟之后，直接冷却至1200°C，并保持 120(TC温度1~1.5小时；再直接冷却至IOOO'C，并保持IOO(TC温度 8~10小时。
3、 根据权利要求2所述的氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质的 制造方法，其特征在于所述步骤中，坯在120(TC下脱去有机结合剂， 在1680。C下烧结5小时±30分钟之后，直接冷却至1200°C，并保持 120(TC温度1小时；再直接冷却至IOOO'C，并保持IOO(TC温度10小时。
全文摘要
本发明涉及氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质的制造。它提供了一种氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质的制造方法，在现有的制造步骤，包括将制成坯在1200℃下脱去有机结合剂，在1680℃下烧结5小时±30分钟之后，直接冷却至1200℃，并保持1200℃温度1～2小时；再直接冷却至1000℃，并保持1000℃温度6～14小时。通过上述方法制造的氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质，在1650℃下的钢水中测试，其无裂纹率即抗热震性由改进前的50％，提高到了改进后的80％-100％。
文档编号G01N27/28GK101251504SQ20081004715
公开日2008年8月27日 申请日期2008年3月27日 优先权日2008年3月27日
发明者勋 何, 徐晨辉, 凡 易, 王卫平, 竹怀江 申请人:武汉钢铁(集团)公司
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