Высокоогнеупорный материал с ионной проводимостью

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК18257 04 В 35/50 . ОПИСАН ИЗ ЕНИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Институт химии силикатов им. И,В.Гребенщикова(72) П,А,Тихонов, Л.В.Морозова и В.П.Попов (56) Неуймин А.Д., Балакирева В, Б.,Пальгуев С.Ф. Электропроводность и характер проводимости окислов редкоземельных элементов. - Доклады АН СССР, 1973, т. 209, М 5, с, 1150-1154.Дубок В.А.,Лашнева В,В Райченко А,А. Приэлектродные поляризационные явления в легированных окислах иттрия и гадолиния. Сборник научных трудов Высокотемперагурное преобразование энергии, Киев, 1989.Новые материалы из оксидов и синтетических фторсиликатов /Под ред. С.Г.Тресвятского, Киев, 1982. Изобретение относится к огнеупорным материалам с ионной проводимостью, в частности к высокоогнеупорным твердым электролитам, и может быть использовано в высокотемпературной технике. металлургической и других отраслях народного хозяйства, где имеются вещества с высокой ионной проводимостью.Целью изобретения является снижение себестоимости изготовления твердых электролитов, улучшение электрических свойств за счет повышения удельной проводимости при стабильной величине ее ионной доли и стабилизация фазового состава.Поставленная цель достигается тем, что предполагаемый материал содержит два или три редкоземельнык оксида, а также оксид кальция при следующем соотношении компонентов, мас,:(54) ВЫСОКООГНЕУПОРНЫЙ МАТЕРИАС ИОННОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ(57) Использование: при получении твердых электролитов, Сущность изобретения: материал включает, мас,о(, оксид гаролиния 12- 38; оксид кальция 1-2; оксид иттрия 7-24; оксид неорима 36-78. Характеристики: удельная проводимость (1000 К) 1.3 10 1,3 10 см см, ионная доля проводимости-3 -115-44 7 ь, удельная проводимость (1600 К) 1.7 х 10 - 2,2 10 см см, ионная доля проводимости 32-56, 1 табл. У 203 7-24 ЙО.Оз 36-78 00203 12-38 СаО 1-2 Для экспериментальной проверки заявляемого материала были исследованы фаэовые соотношения в системе т 20 з-йб 20 з-бб 20 з и выявлены области существования твердых растворов кубической, моноклинной и гексагональной структуры. В результате исследования установлено, что наиболее устойчивы к гидратации влагой воздуха, а также существуют в широком концентрационном и температурном интервале кубическая и моноклинные модификации твердых растворов. На основе этих модификаций в результате легирования сложных твердых растворов оксидом альция получаются материалы, обладаюОксид гадолинияОксид кальцияОксид иттрияОксид неодима 7; Состав образцов, нас,Г0 п 3Сао Спеьтринеские свойства образцов при раввинна теьетератураи Спи КиО(ь) 600 К 1200 К 1400 К3(с сн )( с ион(,") Г(сн сн с ион(т-:)1 б(Сн сн) с ион(2) 24 1 5 83 2 7 67 5,0 10 2, 2 1 05,8 1 О 2 1, 7 1 О 2 3 210 3 4,2 10 3 1, 3 1 О 1,1 С1,3 1 С2,0 1 С2,7 10 1 О 56 44 32 3 Е 2 5 3 Е 78 4 24 36 12 2 С 3 Е 36 5 23 40 6 20 46 29 33 98 Псототип б "Оепьнзи пооапйинпть обазиз ,ион - и ннаа попа от обцей провоаиности щие значительной величиной удельной проводимости и стабильным значением ионной доли проводимости в интервале температур 700-1600 К.Согласно предварительным исследова ниям, были выбраны вышеприведенные интервалы концентраций оксидов РЗЗ, позволяющие получить материалы, обладающие кубической или моноклинной структурой. Концентрация оксида кальция в 10 интервале 1-2 мас.достаточна для получения значительной доли ионной проводимости, При концентрации СаО ниже 1 масз 70 не обеспечивается необходимая для работы твердых электролитов удельная проводи мость, а выше 2 мас. наблюдается нежелательное выделение другой фазы (СаО).Образцы были получены методом спекания смеси исходных оксидов, Рассчитанные навески оксидов с учетом потерь при 20 прокаливании перемешивали в ступке в течение 1 ч с небольшим количеством этилового спирта, высушивали, затем слегка увлажняли раствором глицерина в этиловом спирте и прессовали в таблетки (давление 25 прессования 100 кГ/см ), Отпрессованные образцы хранили в эксикаторе. Далее образцы обжигали в вольфрамовой печи СШВЛ (вакуум 5 10 мм. рт. ст,) при 2100 К в течение 2 ч. 30Удельную проводимость измеряли с помощью моста переменного тока с платиновыми электродами в интервале температур 800-1600 К, В таблице приведены электрические свойства исследованных материалов 35 (примеры 1-6) и материала прототипа, Анализ таблицы показывает, что оптимальные значения удельной проводимости наблюдаются при количественных соотношениях компонентов, укаэанных в примерах 2-4, В 40 этих же материалах достигается значительная доля ионной проводимости. По сравнению с прототипом ( бт =10 см.см при 1600-2 .К) в материалах по примерам 2-4 удельнаяпроводимость выше в несколько раз, этопозволит применить их при более низкихтемпературах,Из таблицы следует, что изменяя соотношения компонентов внутри укаэанныхвыше пределов можно варьировать как значения удельной проводимости материала,так и ионной доли проводимости. Тем самым возможно создание материала с заданными электрическими свойствами дляконкретных условий его эксплуатации.Использование заявляемого изобретения позволит создать новые высокоогнеупорнне материалы С ионнойпроводимостью (твердые электролиты), обладающие перспективными свойствами;значительно снизить стоимость изготовления твердых электролитов за счет использования менее дефицитного и более дешевогосырья (замена оксида гадолиния на оксидыиттрия и неодима).Формула изобретенияВысокоогнеупорный материал с ионнойпроводимостью, содержаОций оксид гадолиния и оксид кальция, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью снижения себестоимостиизготовления твердых электролитов, улучшения электрических сеойств за счет повыше"ния удельной проводимости при стабильнойвеличине ее ионной доли и стабилизации фазового состава, он дополнительно содержитоксиды иттрия и неодима при следующем соотношении компонентов, мас.:о