一种测氢传感器及固体电解质的制备方法

文档序号:6124463阅读:366来源:国知局
专利名称:一种测氢传感器及固体电解质的制备方法
技术领域
本发明涉及一种测氢传感技术,是关于固或液态金属材料均可使用的测氢传感器。
背景技术
目前检测固或液态金属氢的质子导体传感器,是用CaZr0.9In0.1O3-α材料作为质子导体,固体电解质,用Ar气和H2气混合气体,作为参比电极。此种固体质子导体氢传感器,通过传感器测定铝熔体中之氢含量,实践中感到此传感器中的CaZr0.9In0.1O3-α材料在合成和烧成时,In2O3组分易挥发,使质子导电率下降,检测氢之灵敏度低,误差大,并且In2O3氧化物,价格昂贵,实为不太理想。

发明内容
本发明针对上述不足之处,提供一种测氢传感器及固体电解质的制备方法,该传感器具有适用于检测1000℃以下所有金属熔体,熔体凝固、脱氢热处理等过程中材料任一部位或周围气氛氢含量以及在线或断续检测或其它变化规律,具有精度高,造价低,携带方便,易于操作的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是以BaCeO3掺杂Y2O3作固体电解质,用钇一氢合金作参比电极,用大于108Ω的高阻数字电压表测量电池电动势,计算机显示、存储和打印,并换算出介质中氢含量,包含有参比电极的一种氢传感器,其组成是一只用于与被测介质相接触的固体电解质一端开口的管,内装有钇一氢合金粉末,插入钇一氢合金粉末中电极引线,钇一氢合金粉末上部空间装有填充料,填充料是刚玉粉或ZrO2加MgO,固体电解质管开口处用高温水泥密封,电极引线与数字电压表一接线柱相连,数字电压表另一接线柱与接触介质电极线相连,电动势信号与计算机相连。
其中钇一氢合金粉末中克原子氢克原子钇为0.7~1.3,钇纯度>99.9%,利用现有制备方法使其成为钇一氢两相混合物并作参比电极。
电极引线为不易氧化的金属丝,直径为0.5~0.8mm,该金属丝是钢丝、镍丝、镍铬丝之一种。
钇一氢合金粉末注入电解质管内高度为1~2cm。
填充料是刚玉粉或ZrO2加MgO粉末添加到电解质管内之剩余空间内;接触介质电极线是Ni丝,NiCr丝,或不锈钢丝之一种,数字电压表是内阻>108Ω,固体电解质管是BaCO3或Ba(AC)2和CeO2和Y2O3的微米级粉末,经混合、压形、烧结而成,其外径为5~7mm,内径为2~3mm,长度为12~17mm。
所说的固体电解质管之制备工艺是
1)材料选择依化学分子式选取BaCe0.95Y0.05O3-α、BaCe0.90Y0.10O3-α、BaCe0.85Y0.15O3-α、BaCe0.80Y0.20O3-α中之一种;2)材料制备用分析纯BaCO3或Ba(AC)2和CeO2和Y2O3作原料,按化学分子式配比称取BaCO3或Ba(AC)2和CeO2或Y2O3,以无水乙醇为介质,在玛瑙球磨机上以300~400rpn,混磨6~8小时,使粒度达到小于10μm,接着对混合粉合成,合成时温度为1200~1400℃,在200~250MPa压力下,压制成形,再在1450~1550℃条件下烧结,保温6~10小时,制成的固体电解质管规格是外径为5~7mm,内径为2~3mm,长度为12~17mm,产品实际密度不小于理论密度的96%。
3)过程质量控制方法①用粒度分析仪分析粒度,调整混磨时间;②用差热-差重分析仪,分析热效应和重量变化,调整热制度,证明在空气气氛下,1250℃左右即可进行合成材料;③用X射线衍射分析仪,调整合成和烧成温度,确认工艺制度;④用电子扫描电镜分析仪,观察微观相貌和气孔大小,调整成型压力和合成或烧成工艺制度;⑤用质子导电固体电解质电导率的测定方法,测定电导率即将质子导电固体电解质小片,两面涂铂,用焊有铂丝的铂片作为接触电极,在空气气氛下,于不同温度下测定电导电池的阻抗谱,计算电导率和激活能,测得300~800℃的温度范围,电导率数量级为10-4~10-2S.Cm-1,判断质子导电固体电解质化学传感器是否符合使用要求。
本发明的有益效果是精度高、造价低、体积小,携带方便,易于操作,适用于检测1000℃以下所有金属熔体,熔体凝固,脱氢处理等过程中材料任一部位或周围气氛氢的含量,以及可以实现在线或断续检测。


图1是本发明结构示意图;图中1固体电解质管,2填充料,3参比电极引线,4钇-氢合金粉末,5高温水泥密封,6数字电压表,7接触介质电极,8容器,9金属熔体。
具体实施例方式
结合附图可知,本发明测氢传感器包含用钇-氢合金作的参比电极,一端开口的固体电解质管1,内装钇-氢合金粉末4,钇-氢合金粉末4中插入一条参比电极引线3,固体电解质管1内钇-氢合金粉末4上部空间装有填充料2,填充料2是刚玉粉或ZrO2加MgO粉末,固体电解质管开口处用高温水泥密封5,参比电极引线3与数字电压表6一接线柱相连,数字电压表6另一接线柱与接触介质电极7相连,数字电压表6测得的电动势信号与计算机相连。
其中参比电极引线按表1中之一种选择

接触介质电极按表2中之一种选择

固体电解质管按表3中之一种选用

固体电解质管取用BaCO3或Ba(AC)2和Y2O3和CeO2作原料,经混合、压形、烧结和过程质量控制而制成,其工艺可是1、取BaCe0.95Y0.05O3-α合成前原材料,以无水乙醇为介质,在玛瑙球磨机上以300rpn转数,混磨6小时,使其粒度不小于10μm级粉末,粉末合成温度1200℃,在200MPa下,压制成形为表3中1号,再在1450℃条件下烧结,保温6小时,过程中,①用粒度分析仪分析粒度,调整混磨时间;②用差热-差重分析仪,分析热效应和重量变化,调整热制度,证明在空气气氛下,1250℃左右即可进行合成材料;③用X射线衍射分析仪,调整合成和烧成温度,确认工艺制度;④用电子扫描电镜分析仪,观察微观相貌和气孔大小,调整静压力;⑤用质子导电固体电解质电导率的测定方法,即将质子导电固体电解质小片,两面涂铂,用焊有铂丝的铂片作为接触电极,在空气气氛下,于不同温度下测定电导电池的阻抗谱,计算电导率和激活能,测得300~800℃的温度范围,电导率数量级为10-4~10-2S.Cm-1,判断质子导电固体电解质化学传感器是否符合应使用要求,成品密度为理论密度96%以上。
2、取BaCe0.9Y0.10O3-α合成前原材料,以无水乙醇为介质,在玛瑙球磨机上以320rpn转数,混磨6.5小时,使其粒度不小于10μm级粉末,粉末合成温度1250℃,在210MPa下,压制成形为表3中2号,再在1460℃条件下烧结,保温8小时,过程中,①用粒度分析化分析粒度,调整混磨时间;②用差热-差重分析仪,分析热效应和重量变化,调整热制度,证明在空气气氛下,1250℃左右即可进行合成材料;③用X射线衍射分析仪,调整合成和烧成温度;④用电子扫描电镜分析仪,观察微观相貌和气孔大小,调整静压力;⑤用质子导电固体电解质电导率的测定方法,即将质子导电固体电解质小片,两面涂铂,用焊有铂丝的铂片作为接触电极,在空气气氛下,于不同温度下测定电导电池的阻抗谱,计算电导率和激活能,测得300~800℃的温度范围,电导率数量级为10-4~10-2S.Cm-1,判断质子导电固体电解质化学传感器是否符合应使用要求,成品密度为理论密度96%以上。
3、取BaCe0.85Y0.15O3-α合成前原材料,以无水乙醇为介质,在玛瑙球磨机上以350rpn转数,混磨7小时,使其粒度不小于10μm级粉末,粉末合成温度1280℃,在230MPa下,压制成形为表3中3号,再在1500℃条件下烧结,保温9小时,过程中,①用粒度分析化分析粒度,调整混磨时间;②用差热-差重分析仪,分析热效应和重量变化,调整热制度,证明在空气气氛下,1250℃左右即可进行合成材料;③用X射线衍射分析仪,调整合成和烧成温度;④用电子扫描电镜分析仪,观察微观相貌和气孔大小,调整静压力;⑤用质子导电固体电解质电导率的测定方法,即将质子导电固体电解质小片,两面涂铂,用焊有铂丝的铂片作为接触电极,在空气气氛下,于不同温度下测定电导电池的阻抗谱,计算电导率和激活能,测得300~800℃的温度范围,电导率数量级为10-4~10-2S.Cm-1,判断质子导电固体电解质化学传感器是否符合应使用要求,成品密度为理论密度96%以上。
4、取BaCe0.8Y0.20O3-α合成前原材料,以无水乙醇为介质,在玛瑙球磨机上以400rpn转数,混磨8小时,使其粒度不小于10μm级粉末,粉末合成温度1400℃,在250MPa下,压制成形为表3中3号,再在1550℃条件下烧结,保温10小时,过程中,①用粒度分析化分析粒度,调整混磨时间;②用差热-差重分析仪,分析热效应和重量变化,调整热制度,证明在空气气氛下,1250℃左右即可进行合成材料;③用X射线衍射分析仪,调整合成和烧成温度;④用电子扫描电镜分析仪,观察微观相貌和气孔大小,调整静压力;⑤用质子导电固体电解质电导率的测定方法,即将质子导电固体电解质小片,两面涂铂,用焊有铂丝的铂片作为接触电极,在空气气氛下,于不同温度下测定电导电池的阻抗谱,计算电导率和激活能,测得300~800℃的温度范围,电导率数量级为10-4~10-2S.Cm-1,判断质子导电固体电解质化学传感器是否符合应使用要求,成品密度为理论密度96%以上。
权利要求
1.一种测氢传感器,包含用钇-氢合金作的参比电极,其特征是-端开口的固体电解质管,内装钆-氢合金粉末,钇-氢合金粉末中插入一条电极引线,固体电解质管内钇-氢合金粉末上部空间装有填充料,填充料是刚玉粉或ZrO2加MgO粉末,固体电解质管开口处,用高温水泥密封,电极引线与数字电压表一接线柱相连,数字电压表另一接线柱与接触介质电极相连,数字电压表测得的电动势信号与计算机相连。
2.根据权利要求1所述的一种测氢传感器,其特征在于所说的参比电极引线,为不易氧化的金属丝,直径为0.5~0.8mm,该金属丝是钢丝、Ni丝、NiCr丝中之一种。
3.根据权利要求1所述的一种测氢传感器,其特征在于所说的接触介质电极,其直径为0.5~0.8mm,接触介质电极材料是Ni丝、NiCr丝、不锈钢丝中之一种。
4.根据权利要求1所述的一种测氢传感器,其特征在于所说的数字电压表内阻>108Ω。
5.权利要求1中固体电解质管的制备方法,其特征是用分析纯BaCO3或Ba(AC)2和CeO2和Y2O3作原料,依化学式BaCe0.95Y0.05O3-α、BaCe0.90Y0.10O3-α、BaCe0.85Y0.15O3-α、BaCe0.80Y0.20O3-α中之一种的配比量称取作为制备固体电解质管材料,再以无水乙醇为介质,在玛瑙球磨机上以300~400rpn转数混磨6~8小时,使粒度小于10μm级粉末,对混合粉合成,合成温度为1200~1400℃,该合成微粉在200~250MPa下,压制成形,其外径为5~7mm,内径为2~3mm,长度为12~17mm,再在1450~1550℃条件下烧结,保温6~12小时,制成产品的实际密度为理论密度的96%以上,并对过程中实行质量控制。
6.根据权利要求5所述的固体电解质管的制备方法,其特征在于所说的对过程中实行质量控制的方法是①用粒度分析仪分析粒度,调整混磨时间;②用差热-差重分析仪,分析热效应和重量变化,调整热制度,证明在空气气氛下,1250℃左右即可进行合成材料;③用X射线衍射分析仪,调整合成和烧成温度,确认工艺制度;④用电子扫描电镜分析仪,观察微观相貌和气孔大小,调整等静压;⑤用质子导电固体电解质电导率的测定方法,即将质子导电固体电解质小片,两面涂铂,用焊有铂丝的铂片作为接触电极,在空气气氛下,于不同温度下测定电导电池的阻抗谱,计算电导率和激活能,测得300~800℃的温度范围,电导率数量级为10-4~10-2S.Cm-1,判断质子导电固体电解质化学传感器是否符合应使用要求。
全文摘要
一种测氢传感器及固体电解质的制备方法,涉及测氢传感技术,针对现有传感器In
文档编号G01N27/30GK101071119SQ20071001171
公开日2007年11月14日 申请日期2007年6月15日 优先权日2007年6月15日
发明者王常珍, 厉英 申请人:东北大学
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