Шихта для изготовления твердых электролитов

ООЗ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСНИ 997393 РЕСПУБЛИК 9) 5 С 04 В 35/48 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЩРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР 7 фИСАНИЕ ИЗОБРЕТ Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Восточный научно-исследоватеский и проектный институт огнеупорнойпромьшпенности(56) Авторское свидетельство СССР9 398526, кл. С 04 В 35/10, 1970.Алексеенко Л.С"Исследование иразработка технологии изготовлениятвердых электролитов, предназначенныхдля непрерывного замера окисленностистали", отсчет Б 540, Сб. ре.НИР и ОКР, "Металлургия", 1977.Авторское свидетельство СССРУ 739039, кл. С 04 В 35/48, 198.(54) (57) ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, включающая диоксид циркония и стабилизирующий оксид, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения термостойкости и снижения стоимости электролитов, шихта в качестве стабилизирующего. оксида, содержит оксид иттрия, и дополнительно диоксид кремния при следующем соотношении компонентов, мас.у.Оксид иттрия О, 6-19,8 Диоксид кремния 0,33-31,35 Диоксид циркония Остальное льВ ю Ю Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано в электрохимических устройствах для измерения концентрациикислорода в расплавах металлов, в выхлопных газах двигателей внутреннегосгорания и.др,Известны твердые электролиты наоснове оксида алюминия, содержащегодобавки диоксидов титана и циркония,Однако эти твердые электролиты,имея удовлетворительную термостойкость, обладают. недостаточной долейионной проводимости, высокой инерционностью (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 (ТдО)Известен также твердый электролит состава диоксид циркония 10 мол.Х (17 мас.й) оксида иттрия, имеющийвысокую электропроводность, высокую долю ионной проводимости, не меняющи й:"свои электрические свойства при вы 1держке в расплаве стали.Недостатком таких твердых электролитов является их низкая термостой 5кость (они не выдерживают резких перепадов температур от 20 до 1700 ОС)вследствие их низкой теплопроводности и высокого коэффициента термического расширения, 10Наиболее близкой к предложенной потехнической сущности и достигаемомурезультату является шихта для изготовления твердых электролитов, включающая компонентов, мас.%: стабилизированный (например оксидом скандия)диоксид циркония 97,0-99,4 и циркон0,6-3,0,Однако известные марки цирконовогоконцентрата (силиката циркония) (ГОСТ 2048-82-74), используемые в известнойшихте для изготовления твердого электролита, содержат большое количествопримесей, снижающих электрофизическиеФсвойства твердых электролитов. Синтез 25же силиката циркония, как известно,является очень трудоемким процессоми выход продукта не превышает 70%.В связи с этим синтетический цирконпромышленностью не выпускается. 30В процессе обжига твердых электролитов из известной шихты при нагревепроисходит частичное разложение силиката циркония и обратный его синтезпри охлаждении изделий. Примеси способствуют более интенсивному разложе 35нию циркона, снижению температуры егоразложения и образованию расплава наоснове оксида кремния. При охлажденииобратный синтез не осуществляется пол ностью и твердые электролиты нарядус цирконом и оксидом циркония содержатстеклофазу, количество которой увеличивается с температурой обжига. Наличие последней ведет к снижению плотности изделий, отрицательной усадке1 увеличению размеров и искажению формы изделий), к снижению термостойкости и электрофизических свойств изделий. Кроме того, как известно, структуры, образованные из продуктов распада являются сверхтонкими, что такжеотрицательно сказывается на термостойкости. Помимо этого оксид скандия является очень дорогим материалом и егоцена 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.%:Оксид иттрия О,б,8Диоксид кремния 0,33-31,35Диоксид циркония ОстальноеВведение 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).П р и м е р. 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 рп/и 2 ГОестобил.ТеОз . 2 г 8 0 2 гО ВаО Инерционность с Лоля ионной проУ О Отклонение от среднего значе"ния ЭДС 2 водимости, с 1 12-15 12-15 1 99 970,40 0,28 25"ЭО20 141,40 0,99 0,97- Термостойкость твердых электролитов оценивалась непосредственно при изменении ЭЛС в расплаве металла по методике ИИСиС. При этом определялось минимальное время прогрева электролита над расплавом металла необходимое для обеспечения предотвращения термического удара при вогрухении в расплав. Редактор МЛенина Техред М.Дндык Корректор М, Самборская Заказ 3440 Тирая( 440 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская набэ д. 4/5