等组成。其中采用高温镍基合金制作基座9，镍基合金基座9的一端有两个锥孔，另一端有两个通孔分别与锥孔连通；采用叶蜡石制作圆台状耐高温绝缘锥垫8和耐高温绝缘锥套5，并且圆台状耐高温绝缘垫8轴向有一个通孔；选用刚玉陶瓷制作圆台状耐高温绝缘陶瓷4，其轴心铂金电极引线3与陶瓷本体经注浆法整体烧结而成；选用YSZ陶瓷制作圆台状固体电解质陶瓷管2支座；采用铂金丝制作电极引线3 ;选用铂金浆料制作圆台状固体电解质陶瓷管2大圆面上和管内顶端以及圆台状耐高温绝缘陶瓷4大圆面上的海绵状惰性金属层1，其经涂刷-烧结工艺制作而成；采用金属铂制作惰性金属片6 ;镍基合金基座9上的两锥孔、圆台状耐高温绝缘垫8、耐高温绝缘锥套5、圆台状固体电解质陶瓷2和圆台状耐高温绝缘陶瓷4的开角均为15°。
[0024]具体前述圆台状固体电解质陶瓷管2由注浆法制作，经高温烧结而成，其制备包括以下主要步骤:
步骤一:使用YSZ陶瓷粉、阿拉伯树胶、去离子水等材料配制固含量为40%的浆料，并将浆料在球磨机上球磨2 h ;
步骤二:在模具中滴浆一定时间后倒出磨具中的流动浆料，放置10 h后脱模、修坯，得到管状YSZ陶瓷素坯；
步骤三:在硅钼棒高温炉中对管状YSZ陶瓷素坯进行烧结，烧结温度为1500°C，烧结时间为I h，得到具高机械强度的管状YSZ陶瓷；
步骤四:在磨床上将上述烧结成形的管状YSZ陶瓷加工成圆台状并用磨片机打磨圆台的大端面；
步骤五:将打磨好的圆台状YSZ陶瓷管依次在稀HC1、无水乙醇或丙酮、去离子水中超声清洗10 min，然后在120°C烘箱中烘干即可。
[0025]2、电化学控氧装置各零部件的组装。如图1所示，包括如下步骤:
步骤一:将电极引线3沿圆台状耐高温绝缘垫8的通孔穿出。
[0026]步骤二:将穿有电极引线3的圆台状耐高温绝缘垫8压入镍基合金基座9上其中一个锥孔的收敛端，其中圆台状耐高温绝缘垫8的小圆面与锥孔的小圆面之间保留一定空隙。
[0027]步骤三:在步骤二中圆台状耐高温绝缘垫8的大圆面上放置耐高温绝缘锥套5和具有适当厚度的惰性金属片6。
[0028]步骤四:用油压千斤顶将大圆面上有海绵状惰性金属铂层I和铂金电极引线3、轴心含铂金电极引线3的圆台状耐高温绝缘陶瓷4压入步骤三所述耐高温绝缘锥套5中。测量插入圆台状耐高温绝缘垫8的电极引线3-惰性金属片6-圆台状耐高温绝缘陶瓷4轴心铂金电极引线3-海绵状惰性金属层1-海绵状惰性金属层I上电极引线3之间的电阻，确认彼此接触良好。测量海绵状惰性金属层I与基座9间电阻，确认彼此绝缘良好。
[0029]步骤五:在镍基合金基座9另一个锥孔中放入耐高温绝缘锥套5，在耐高温绝缘锥套5中用油压千斤顶压入大圆面上和管内顶端有海绵状惰性金属铂层I及铂金电极引线3的圆台状固体电解质陶瓷管2，通过电阻测量确认圆台状固体电解质陶瓷管2大圆面上电极引线3、圆台状固体电解质陶瓷管2管内的铂金电极引线3与基座9间彼此绝缘良好。
[0030]步骤六:连接圆台状固体电解质陶瓷管2与圆台状耐高温绝缘陶瓷4大圆面海绵状惰性金属层I上的电极引线3，使其接触良好形成电通路。
[0031]至此，电化学控氧装置各零部件的组装完成。
[0032]3、电化学控氧装置的整体安装。通过变化镍基合金基座9的外形和尺寸，镍基合金基座9可安装到不同类型的高温压力容器上，安装完毕后本发明装置锥孔中两个海绵状惰性金属层I与高温压力容器内的高温高压水流体样品直接接触。工作过程中采用空气作为氧库气氛7，选用恒电流源作为控氧外电路，在连续不断地向圆台状固体电解质陶瓷管2内通入空气7的同时，通过改变镍基合金基座9两个通孔中两根电极引线3之间外加电流施加的方向与时间，达到对高温高压水热体系中的氧逸度或活度进行原位控制的目的。
[0033]本发明中氧库气氛7还可选用CO/空气混合气或CO/氧气混合气等。
【主权项】
1.一种用于高温高压水热体系电化学控制氧的装置，由基座(9)、圆台状耐高温绝缘锥垫(8)、耐高温绝缘锥套(5)、圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)、圆台状固体电解质陶瓷管(2)、海绵状惰性金属层(I)、惰性金属片(6)以及电极引线(3)等组成，其特征在于:所述基座(9)上设有两个锥孔，两个锥孔的收敛端分别与两个通孔连通；在其中一个锥孔内布置有耐高温绝缘锥套(5)，在该耐高温绝缘锥套(5)内设有圆台状固体电解质陶瓷管(2)，圆台状固体电解质陶瓷管(2)大圆面上和管内顶端均有海绵状惰性金属层(1)，位于圆台状固体电解质陶瓷管(2)管内顶端的海绵状惰性金属层(I)通过电极引线从下方通孔引出；在另一个锥孔的收敛端设有圆台状耐高温绝缘垫(8)，在圆台状耐高温绝缘锥垫(8)的大圆面之上有圆台状耐高温绝缘锥套(5)，以及从下到上依次安装在圆台状耐高温绝缘锥套(5)内的惰性金属片(6)和圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)，圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)大端面上有海绵状惰性金属层(1)，位于该锥孔下方通孔内的电极引线(3)穿过圆台状耐高温绝缘锥垫(8)、借助惰性金属片(6)和位于圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)中的电极引线(3)实现与圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)大端面上的海绵状惰性金属层(I)的电连通；并且圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)大端面上的海绵状惰性金属层(I)通过电极引线(3)实现与圆台状固体电解质陶瓷管(2 )大端面上的海绵状惰性金属层(I)的电连通。2.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系电化学控制氧的装置，其特征在于:所述圆台状耐高温绝缘垫(8)和耐高温绝缘锥套(5)的材料为叶蜡石、云母或氮化硼。3.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系电化学控制氧的装置，其特征在于:所述圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)的材料为刚玉陶瓷，其轴心含与圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)一同烧结成的电极引线(3)。4.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系电化学控制氧的装置，其特征在于:所述惰性金属片(6)为铂金或黄金片。5.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系电化学控制氧的装置，其特征在于:所述海绵状惰性金属层(I)材料为Pt。6.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系电化学控制氧的装置，其特征在于:所述电极引线(3)均为铂丝。7.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系电化学控制氧的装置，其特征在于:所述基座(9)上的锥孔，以及安装于锥孔中的圆台状耐高温绝缘垫(8)、耐高温绝缘锥套(5)、圆台状固体电解质陶瓷管(2)和圆台状耐高温绝缘陶瓷(4)具有相同的锥角，为10-20°，彼此共同形成锥形自紧式密封机构。8.根据权利要求1所述的用于高温高压水热体系电化学控制氧的装置，其特征在于:所述基座(9 )的制备材料为镍基合金或钛合金或不锈钢。9.如权利要求1所述的用于高温高压水热体系电化学控制氧的装置，其特征在于:所述圆台状固体电解质陶瓷管(2)的材料为YSZ陶瓷，由注浆法制作，经高温烧结而成，其制备包括以下主要步骤: 步骤一:使用YSZ陶瓷粉、阿拉伯树胶、去离子水等材料配制固含量为30-70%的浆料，并将浆料在球磨机上球磨1-5 h ; 步骤二:在模具中滴浆一定时间后倒出磨具中的流动浆料，放置5-20 h后脱模、修坯，得到管状YSZ陶瓷素坯； 步骤三:在硅钼棒高温炉中对管状YSZ陶瓷素坯进行烧结，烧结温度为1300-1600°c，烧结时间为1-6 h，得到具高机械强度的管状YSZ陶瓷； 步骤四:在磨床上将上述烧结成形的管状YSZ陶瓷加工成圆台状并用磨片机打磨圆台的大端面； 步骤五:将打磨好的圆台状YSZ陶瓷管依次在稀HC1、无水乙醇或丙酮、去离子水中超声清洗10-20 min，然后在100_150°C烘箱中烘干即可。
【专利摘要】本发明公开了一种用于高压水热体系的电化学控氧装置及其制备方法，其由基座、圆台状耐高温绝缘锥垫、耐高温绝缘锥套、圆台状耐高温绝缘陶瓷、圆台状固体电解质陶瓷管、海绵状惰性金属层、惰性金属片以及电极引线等组成，各零部件组合形成锥形自紧式密封机构，由此构成的电化学控氧装置与现有用于高温高压水热体系的各类直接或间接控氧装置相比，响应速度快，性能稳定可靠，重复使用率高，可广泛用于更宽温压范围（250-700℃、常压-100MPa）的水热体系。
【IPC分类】G05D21/00
【公开号】CN105159343
【申请号】CN201510491675
【发明人】李和平, 张磊, 徐丽萍, 杨美琪, 徐惠刚
【申请人】中国科学院地球化学研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月12日