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氧化锆管应用（氧化锆传感器，氧化锆分析仪）
责任编辑：凯发 人气：2025 发表时间：2020/3/25
人们早就知道，某些固体氧化物、卤化物、硫化物等具有离子导电性能，其中最著名的是1989年Nernst发现的稳定氧化锆在高温下呈现的离子导电现象。在此后的一段时期内，尽管人们对这种具有离子导电性能的物质——固体电解质进行了种种研究，但始终进展不大。
氧化锆氧量计的主要部件：氧化锆氧量计是由防尘装置、氧化锆管元件 ( 固体电解质元件 ) 、热电偶、加热器、校准气体导管、接线盒以及外壳壳体等主要部件组成。整个装置采用全封闭型结构，以增加整个装置的密封性能。材料采用耐高温、耐腐蚀的不锈钢材料制作，以提高使用寿命。7 W/ j$ a5 m3 o- d 防尘装置由防尘罩和过滤器组成，能防止烟气中的灰尘进入氧化锆锆管内部，使锆管元件免受污染，并能起到缓冲气样的作用。 ( C0 F- T8 X h& V. M J
氧化锆管元件是氧探头的核心部件，由它产生氧浓差电势信号。氧化锆管元件是陶瓷类金属氧化物，使用时必须避免剧烈震动，以免损坏锆管元件。 热电偶是为测量锅炉、窑炉烟道中被测气体的温度和加热器恒温控制之用。 加热器的作用是提供氧化锆固体电解质元件正常工作所需的温度，从而使其在低于 600 ℃ 的被测烟气环境中正常工作。
纯氧化锆(ZrO2)熔点2680℃，有单斜、四方、立方三种晶型。从1000℃高温开始发生相变，并引起体积变化，从而导致瓷体开裂，加入一定数量的稳定剂，形成立方固溶体可以改变这一性质。产品具有耐高温、耐磨、化学稳定性好、离子导电性良好和常温下不导电等特性。以含氧化锆的矿石粉为原料，加入适量的稳定剂，如氧化钙、氧化镁、二氧化铈、三氧化二钇等。如在稳定型的氧化锆中引入少量正稳氧化锆微粒经高温处理，可得相变增韧氧化锆陶瓷。其强度和韧性均有提高，但存在微裂纹，尚在改进中。可用于制作熔炼铱、铂、钯、钉、铑等高熔点贵金属的坩埚、承烧板、高温发热元件、测氧探头、高温电极材料(用于磁流体发电机组)、优质研磨体、刀具(永不生锈、耐磨、可带电作业)等。用氧化锆（zro2）做热电偶保护管就体现氧化锆耐高温气密性好这一性质。
详细技术参数
规 格：ф17.5/ф21.7/500mml
材 质：14.5wt%Y2O3+85.5wt%Zro2
晶体结构：高温为六方体、低温为四方体
熔 点：2715℃
耐温范围：0~2300℃
适用场所：铸锭炉
特 点：耐高温、耐磨性好，与传统的陶瓷管配套使用，因为陶瓷管在高温时容易和惰性气体发生化学反应而软化，而氧化锆管不会和惰性气体发生任何反应，从而避免了使陶瓷管和气体的接触，这样就更有效的提高了热偶的寿命。
1.ZrOa锆头的导电机制
ZrO2是典型的离子晶体，ZrO2中添加的二价或三价立方对称氧化物，如CaO、MgO、Y2O3和其它三价稀土氧化物时，在适当的加热和冷却条件下可以使ZrO2在600℃以上时成为氧的快离子导体，人们称它为固体电解质。这种陶瓷材料对氧具有高度的敏感性，选择性亦十分好，用它作成的氧探头（又称氧传感器）广泛应用于工业炉和环境保护。ZrO2固体电解质是离子导电体，它是通过晶格内的氧离子空位来实现导电的，锆的导价金属氧化物的加入在ZrO2 晶格中产生了大量的氧离子空位（如图1所示）。每加入二个钇离子就建立一个氧离子空位，ZrO2的缺陷浓度主要决定于添加剂的加入量，而与温度和环境气氛无关。ZrO2的离子导电就是通过ZrO2内的氧离子的迁移来实现的。
这样在两个电极间便产生了一定的电动势，氧化锆电解质、Pt电极及两侧不同氧浓度的气体组成氧探头即所谓氧化锆浓差电池。这种电池电动势产生的原动力是两侧电极上氧的化学位差。
氧化锆氧量计的主要部件：氧化锆氧量计是由防尘装置、氧化锆管元件 ( 固体电解质元件 ) 、热电偶、加热器、校准气体导管、接线盒以及外壳壳体等主要部件组成。整个装置采用全封闭型结构，以增加整个装置的密封性能。材料采用耐高温、耐腐蚀的不锈钢材料制作，以提高使用寿命。7 W/ j$ a5 m3 o- d 防尘装置由防尘罩和过滤器组成，能防止烟气中的灰尘进入氧化锆锆管内部，使锆管元件免受污染，并能起到缓冲气样的作用。 ( C0 F- T8 X h& V. M J
氧化锆管元件是氧探头的核心部件，由它产生氧浓差电势信号。氧化锆管元件是陶瓷类金属氧化物，使用时必须避免剧烈震动，以免损坏锆管元件。 热电偶是为测量锅炉、窑炉烟道中被测气体的温度和加热器恒温控制之用。 加热器的作用是提供氧化锆固体电解质元件正常工作所需的温度，从而使其在低于 600 ℃ 的被测烟气环境中正常工作。
纯氧化锆(ZrO2)熔点2680℃，有单斜、四方、立方三种晶型。从1000℃高温开始发生相变，并引起体积变化，从而导致瓷体开裂，加入一定数量的稳定剂，形成立方固溶体可以改变这一性质。产品具有耐高温、耐磨、化学稳定性好、离子导电性良好和常温下不导电等特性。以含氧化锆的矿石粉为原料，加入适量的稳定剂，如氧化钙、氧化镁、二氧化铈、三氧化二钇等。如在稳定型的氧化锆中引入少量正稳氧化锆微粒经高温处理，可得相变增韧氧化锆陶瓷。其强度和韧性均有提高，但存在微裂纹，尚在改进中。可用于制作熔炼铱、铂、钯、钉、铑等高熔点贵金属的坩埚、承烧板、高温发热元件、测氧探头、高温电极材料(用于磁流体发电机组)、优质研磨体、刀具(永不生锈、耐磨、可带电作业)等。用氧化锆（zro2）做热电偶保护管就体现氧化锆耐高温气密性好这一性质。
详细技术参数
规 格：ф17.5/ф21.7/500mml
材 质：14.5wt%Y2O3+85.5wt%Zro2
晶体结构：高温为六方体、低温为四方体
熔 点：2715℃
耐温范围：0~2300℃
适用场所：铸锭炉
特 点：耐高温、耐磨性好，与传统的陶瓷管配套使用，因为陶瓷管在高温时容易和惰性气体发生化学反应而软化，而氧化锆管不会和惰性气体发生任何反应，从而避免了使陶瓷管和气体的接触，这样就更有效的提高了热偶的寿命。
氧传感器测氧原理
1.ZrOa锆头的导电机制
ZrO2是典型的离子晶体，ZrO2中添加的二价或三价立方对称氧化物，如CaO、MgO、Y2O3和其它三价稀土氧化物时，在适当的加热和冷却条件下可以使ZrO2在600℃以上时成为氧的快离子导体，人们称它为固体电解质。这种陶瓷材料对氧具有高度的敏感性，选择性亦十分好，用它作成的氧探头（又称氧传感器）广泛应用于工业炉和环境保护。ZrO2固体电解质是离子导电体，它是通过晶格内的氧离子空位来实现导电的，锆的导价金属氧化物的加入在ZrO2 晶格中产生了大量的氧离子空位（如图1所示）。每加入二个钇离子就建立一个氧离子空位，ZrO2的缺陷浓度主要决定于添加剂的加入量，而与温度和环境气氛无关。ZrO2的离子导电就是通过ZrO2内的氧离子的迁移来实现的。
2.氧传感器的测氧原理：
在氧化锆电解质(ZrO2管)的两侧面分别烧结上多孔铂（Pt）电极，在一定温度下，当电解质两侧氧浓度不同时，高浓度侧(II侧Pref)的氧分子被吸附在铂电极上与电子（4e）结合形成氧离子O2-，使该电极带正电，O2-离子通过电解质中的氧离子空位迁移到低氧浓度侧（I侧Po2）的Pt电极上放出电子，转化成氧分子，使该电极带负电。这样在两个电极间便产生了一定的电动势，氧化锆电解质、Pt电极及两侧不同氧浓度的气体组成氧探头即所谓氧化锆浓差电池。这种电池电动势产生的原动力是两侧电极上氧的化学位差。
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