（无机化学专业论文）钢水定氧传感器mgo部分稳定zro2固体电解质的制备及其表征.pdf

2 0 11 sm a s t e rt h e s i s i n s t i t u t i o nc o d e ：1 0 2 6 9 s t u d e n ti d ：51 0 8 0 6 0 6 0 2 2 t l l l ep r e p r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no fm a g n e s i a - p a n i a ys t a b i l i z e dz i r c o n i a s o l i de l e c t r o l y t ei nm o l t e ns t e e lo x y g e ns e n s o r f a c u l t y ： m a j o r ： 旦曼p 丛! 堡曼旦! q g h 曼堡i 墨! ! y ! 塾q ! g 鱼n i 堡h 曼坐i 墨! ! y r e s e a r c hf i e l d ： ! 塾q 磐垒塾i 堡垒堕鱼! 星d 墨! 墨 s u p e r v i s o r ：呈! q 堡苎墨q ! q i 垒旦gl i s t u d e n t ： b 曼墨曼垒! 堡塾至曼! ! q 盟坠垒n y 坠曼鱼堕g c o m p l e t e di na p r i l2 0 1 1 吣83帅0洲30m 9iiiii_舢y p 刷少彩 生v鹰觳够 q秀墨骏府霞叱懂堡 雁矽蚺凇屯例时眵 4秀筵 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈 是在华东师范大学攻读 丈机械化学法合成纳米功能材料及性能研究， 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已 经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期：伽i f 年j 月；毋日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 钢水定氧传感器m g o 部分稳定z r 0 2 固体电解质的制备及其表征系本人 在华东师范大学攻读学位期间在导师指导下完成的额王博士( 请勾选) 学位论文， v 本论文的研究成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留 和使用此学位论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送 交学位论文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被 查阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进 行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复 制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部 或“涉密”学位论文幸， 于，年 月同解密，解密后适用上述授权。 ( u2 不保密卜适用上述授权。 导师签名毖兰至 本人签名 洲年s 月3 d 日 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学 位论文( 需附获批的华东师范大学研究牛申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上 述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用 上述授权) 。 夏全坚硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 戽挝 毅撮辱乐体蓖大冶主席 、 融级励娥年东解彪大善 毛鹂 别数报年糸，件龟大囊 一， 目录 ， 摘要i v a b s t r a c t v i 第一章绪论1 1 1 氧传感器简介1 1 1 1 氧传感器的使用领域1 1 1 2 氧传感器的市场前景3 1 2 氧化锆型氧传感器4 1 2 1 氧化锆型氧传感器的研究现状4 1 2 2 氧化锆型氧传感器的种类4 1 2 3 氧传感器关键部件氧化锆固体电解质6 1 3 钢液快速定氧传感器结构、分类、用途及关键部件制备工艺8 1 3 1 钢液快速定氧传感器结构及分类9 1 3 2 钢液快速定氧传感器的用途9 1 3 3 钢液快速定氧传感器关键部件制备工艺1 0 1 3 4m g o 部分稳定稳定z r 0 ：体系1 1 1 4 钢液快速定氧传感器目前存在的问题及改进措施1 2 1 4 1 钢液快速定氧传感器目前存在的问题1 2 1 4 2 钢液快速定氧传感器目前存在的问题的改进措施1 2 1 5 研究背景、研究目的、研究进展与研究内容1 4 参考文献：1 5 第二章样品性能的表征方法1 7 2 1x 射线衍射( x 射线衍射( x r d ) ) 1 7 2 2 扫描电子显微镜( s e m ) 1 8 2 3 光学显微镜1 8 2 4 密度1 8 2 5 抗弯强度( ，) 1 9 2 6 硬度1 9 2 7 断裂韧性( k 。) 2 0 2 8 粉体的激光粒度分析2 0 2 9 粉体的比表面积2 l 参考文献：2 2 第三章共沉淀法制备氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质2 3 3 1 引言2 3 3 2m g 0 部分稳定z r 0 2 纳米粉体的制各一2 3 3 2 1 实验仪器及试剂2 3 3 2 2 制备工艺2 5 3 3 表征方法2 6 3 4 结果与讨论2 6 3 4 1 共沉淀过程对沉淀产物的影响2 6 3 4 2 前躯体粉末热处理过程相组成研究2 8 3 4 3 粉末的电子扫描电镜( s e m ) 2 9 3 4 4 粉体破碎方式和粉术颗粒尺寸之间的关系3 0 3 5m g o 部分稳定z r o ：纳米粉体的烧结3 1 3 5 1 试样的制备3 1 3 5 2 结果与讨论3 l 3 6 本章总结3 6 参考文献：3 7 第四章水热法制备氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质3 8 4 1 引言3 8 4 2m g 0 部分稳定z r 0 。纳米粉体的制备3 8 4 2 1 实验仪器及试剂3 8 4 2 2 制备工艺4 0 4 2 3 表征4 1 4 2 4 结果与讨论4 1 4 3m g o 部分稳定z r o n 纳米粉体的烧结4 9 4 3 1 试样的制备4 9 4 3 2 结果与讨论4 9 4 4 本章总结5 2 参考文献：5 3 第五章m g o p s z 纳米粉体中m g o 固溶度的测定5 5 5 1 实验方法5 5 5 2 表征5 6 5 3 结果与讨论5 6 5 3 1 浸滤时间对不同温度煅烧的m g o ( 7 8 m 0 1 ) 一z r o 。粉末中可滤出的中的m g o 相对含量的影响5 6 5 3 2 酸浸滤对粉体晶相的影响5 7 5 4 本章总结5 9 参考文献：6 1 第六章论文总结6 2 论文情况6 3 发表论文6 3 发明专利6 3 致谢6 4 摘要 目i j 氧传感器及其智能化仪表及其作为其他仪器的辅助配件等产品，在人们的 社会生活中扮演着非常重要的角色，现已在国防科研、医疗环保、交通运输、冶金 化工、食品酿造、民用家电等诸多领域得到应用。氧传感器技术是当今世界发展迅 猛的高新技术之一，它与通信技术、计算机技术共同构成信息产业的三大支柱，而 氧传感器产业以其技术含量高、经济效益好、渗透能力强、适用范围大、市场前景 广等特点为世人瞩目。 z r 0 2 是一种新型的陶瓷材料，也是应用得最早的固体电解质材料之一，为了克 服纯z r 0 2 的种种不足，人们将z r 0 2 与m g o 、c a o 、y 2 0 3 、舢2 0 3 、c e 0 2 、s c 2 0 3 等稳定剂中的一种或者几种混合可以制备出晶相稳定的氧化锆粉体。将这种稳定的 氧化锆粉体进行烧结，可以得到优于纯z r 0 2 的具有较好的机械性能和离子导电性 能的烧结体。特别是近年来，随着人们对z r 0 2 固体电解质结构和离子导电特性研 究的深入，其中氧化锆固体电解质应用发展相当迅速，人们利用z r 0 2 固体电解质 各项特性已成功丌发了许多新的功能器件和新的用途，例如氧传感器、高温燃料电 池温度传感器、高温湿度传感器以及在国防科研、交通运输、冶金化工、医疗环保 食品酿造、民用家电等领域的应用的各种传感器。其中氧传感器的研究和利用更呈 现出非常活跃的趋势，在人们日常生活中用于各个方面。 钢水快速定氧传感器是伴随炼钢精炼技术发展起来的一项检测技术。由于氧在 钢中是有害元素，钢中的氧含量在钢中与其它元素化合生成氧化物夹杂，直接影响 钢的质量。因此，快速检测钢中的氧含量是钢水精炼重要任务之一。采用电化学方 法快速测量钢中的氧含量，目前没有任何方法替代。我国许多研究单位早在上世纪 8 0 年代就开展研究钢水中氧含量检测技术，受关键部件氧化锆质量的制约，这项工 作始终处于徘徊中。 由于氧化镁部分稳定氧化锆固体电解质( m 9 0 p s z ) 由于具有良好的高温力学 性能、抗热震性和高温下具有较高的氧离子导电性，因而被作为商品高温氧传感器 固体电解质材料加以开发利用。在m g o z r 0 2 体系中，稳定的立方型固溶体只有在 1 4 0 0 以上才存在，当固体电解质烧成后，立方相在室温下仍能稳定地存在。m g o 部分稳定的z r 0 2 比氧化钙稳定的氧化锆有更好的抗热震性和更低的高温低氧分压 下的n 型电子导电性。所以在钢液快速定氧过程中，m 9 0 p s z 管被广泛应用。 论文首先综述了氧传感器，特别是氧化锆型氧传感器的研究进展，详细说明了 i v 钢水定氧传感器的制备方法。 论文的实验工作主要研究了用共沉淀法制备满足钢水定氧传感器用的氧化镁 部分稳定氧化锆粉体及其陶瓷块体。为了能适应工业生产，我们采取反滴定法( 即 将一定浓度的混合溶液滴入到一定浓度的稀氨水中，形成共沉淀混合物) 制备镁稳 定氧化锆粉体。在沉淀的过程中，为了保证共沉淀混合物能最大限度的沉淀，必须 保证沉淀剂的p h 值在9 1 1 之间；在洗涤的过程中，为了减少氢氧化镁的损失和减 轻粉体的团聚，先用稀氨水洗涤沉淀，除去c l 。，然后用无水乙醇洗涤，减少硬团聚。 共沉淀的m g o p s z 粉末在6 5 0 煅烧后，因为团聚严重，小颗粒都团聚在一起， 严重影响粉末的相组成。为了得到满足钢水测氧探头所需要的物相，因此必须对在 在6 5 0 煅烧后的粉体进行处理，通过球磨或者砂磨的方式可以将团聚较严重的粉 末破碎，得到颗粒比较细，满足特殊要的m g o p s z 粉末。8 m o l m g o z r 0 2 陶瓷块 体在1 5 5 0 煅烧2 h 后比较致密，x 射线衍射图也说明了此时氧化锆是部分稳定的， 其扫面电镜能够看出晶体生长良好；1 2 m o l m g o z r 0 2 陶瓷块体在1 5 0 0 煅烧2 h 后比较致密，x 射线衍射图也说明了此时氧化锆是部分稳定的，其扫面电镜能够看 出晶体生长良好；其基本符合钢水定氧传感器氧敏感元件的特殊需求。 论文工作还研究了用水热法制备满足钢水定氧传感器用的氧化镁部分稳定氧 化锆粉体及其陶瓷块体。在1 8 0 水热4 8 h 时，能够制备出单分散的，晶形完整， 比表面积大的8 m o l m g o p s z 纳米粉体和1 2 m o l m g o p s z 纳米粉体，其中位粒 径为在0 1 5u m 左右。通过在1 5 0 0 烧结陶瓷块体能得到晶形完整、致密度高且晶 相满足钢水定氧传感器特殊要求的陶瓷块体。 关键词：氧化锆；固体电解质；氧传感器；共沉淀；固溶度 v a b s t r a c t o x y g e ns e n s o r sa r ew i d e l yu s e dt oi n t e l l i g e n ti n s t r u m e n t sa n dt h es e c o n d a r yp a n s o fo t h e ri n s t r u m e n t s c u r r e n t l y ，t h e s ep r o d u c t sp l a yav e r yi m p o r t a n tr o l ei np e o p l e s s o c i a l l i f e t 1 l e ya r ea p p l i e di nm a n yk i n d so ff i e l d s ，s u c ha sn a t i o n a ld e f e n s es c i e n t i f i c r e s e a r c h ，m e d i c a le n v i r o n m e n t a l ，t r a n s p o n a t i o n ，m e t a l l u 喀y ，f o o da n db r e w i n ga n dh o m e a p p l i a n c e s 0 x y g e ns e n s o rt e c h n o l o g yi so n eo ft h er a p i dd e v e l o p m e n t so fh i g h - t e c hi n t h ew o r l dt o d a y 0 x y g e ns e n s o rt e c h n o l o g y ，c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dc o m p u t e r t e c h n o l o g ya r e 雒t h et h r e ep i l l a r so ft h ei n f o 咖a t i o ni n d u s t r y a n d0 x y g e ns e n s o r i n d u s t r yg e t st h ew o r l d f sa t t e n t i o n ，f o r i t sh i 曲t e c h n o l o g i c a lc o n t e n t ，9 0 0 de c o n o m i c r e t u m s ，s t r o n gp e n e t r a t i o na b i l i t y ，l a r g es c o p eo fa p p l i c a t i o n ，b r o a dm a r k e tp r o s p e c t sa n d s 00 n z r 0 2i san e wt y p eo fc e r a m i cm a t e r i a l ，a n di so n e0 ft h es o l i de l e c t r o l y t em a t e r i a l s w h i c ha r eu s e da tt h ee a r l i e s t i i l0 r d e rt o0 v e r c o m ev 撕o u sd e f i c i e n c i e s0 fp u r ez r 0 2 ，t h e s t a b l ec r y s t a l l i n ep h a s e s0 fz i r c o n i ap o w d e ri sp r e p a r e dt h r o u g ham e t h o dt h a tz f 0 2a r e d o p e dw i t ho n eo rs e v e r a lk i n d so fc h e m i c a l sw h i c hi n c l u d e sm g o ，c a 0 ，y 2 0 3 ，a l l 2 0 3 ， c e 0 2a n ds c 2 0 3 s i n t e r i n gt h i sk i n d o fs t a b i l i z e dz i r c o n i ap o w d e r s ，w ec a ng e tt h e s i n t e r e db o d yw i t hg o o dm e c h a n i c a lp r o p e n i e sa n di o n i cc o n d u c t i v i t y ，w h i c hi sb e t t e r t h a nt h a to ft h ep u r ez r 0 2 h lf e c e n ty e a r s ，w i t ht h ed e p t h0 fr e s e a r c ha b o u tz r 0 2s o l i d e l e c t r o l y t es t m c t u r ea n di o n i cc o n d u c t i v i t yp r o p e r t i e s ，t h ea p p l i c a t i o n0 fz i r c o n i as o l i d e l e c t r o l y t ed e v e l o p sv e 巧q u i c l ( 1 y u s i n gv a r i o u sf e a t u r e so fz r 0 2s o l i de l e c t r o l y t e ， p e o p l eh a ss u c c e s s f u l l yd e v e l o p e dm a n yn e wf u n c t i o n a ld e v i c e sa n dn e wu s e s ，s u c ha s o x y g e ns e n s o r s ，h i 曲t e m p e r a t u r ef u e l c e l lt e m p e r a t u r es e n s o r ，h i 曲t e m p e r a t u r ea n d h u m i d i t y s e n s o r sa sw e l la s a p p l i c a t i o n s i nn a t i o n a ld e f e n s es c i e n t i f i cr e s e a r c h ， t r a n s p o n a t i o n ，m e t a l l u f g y ，m e d i c a le n v i r o n m e n t a l ，f o o d 锄db r e w i n g ，h o m ea p p l i a n c e s a n do t h e rf i e l d s r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fo x y g e ns e n s o r sa r es h o w i n gav e r ya c t i v et r e n d a n do x y g e n s e n s o r sa r eu s e df b ra l la s p e c t so fd a i l yl i f e t i l l e 怠；n s o r o f q u i c ks e t t i n g s t e e l o x y g e n i sad e t e c t i o nt e c h n o l o g yw h i c h d e v e l o p p e dw i t hs t e e lr e f i n i n gt e c h n o l o g y b e c a u s eo x y g e ni sh a n n f h le l e m e n t si nt h e s t e e l ，t h eo x y g e na n do t h e re l e m e n t sc o m b i n et of 0 加o x i d ei n c l u s i o n si nt h es t e e l ， d i r e c t l ya f f e c t i n gt h eq u a l i t yo fs t e e l n e r e f o r e ，r a p i dd e t e c t i o no ft h eo x y g e nc o n t e n ti n s t e e li so n eo ft h ei m p o r t a n tt a s k so fr e f i n i n gm o l t e ns t e e l r a p i d l ym e a s u r i n gt h eo x y g e n c o n t e n ti ns t e e lb ye l e c t r o c h e m i c a lm e t h o dc a n n o tb er e p l a c e db yo t h e rt e c h n o l o g yi na n y w a y e a r l y8 0 so fl a s tc e n t u r y ，m a n yr e s e a r c hi n s t i t u t e si nc h i n ar e s e a r c h e dt h ed e t e c t i o n t e c h n 0 1 0 9 ya b o u tt h eo x y g e nc o n t e n to fm o l t e ns t e e l t l l i sw o r ki s c o n d i t i o n e db yt h e q u a l i t yo f z i r c o n i aw h i c hi st h ek e yc o m p o n e n t ，i sa l w a y ss t a n d i n gs t i l l m a g l l e s i ap a n i a l l ys t a b i l i z e dz i 瑚n i ai s a ss o l i de l e c t r o l y t e ( m g o - p s z ) ，w h i c hh a s g o o dh i 曲t e m p e r a t u r em e c h a n i c a lp r o p e n i e s ，t h e 咖a is h o c kr e s i s t a n c ea n dh i g l lo x y g e n i o n c o n d u c t i v i t yu n d e rh i 曲t e m p e r a t u r c s om 9 0 - p s zi sa sac o m m o d i t yt ob e d e v e l o p m e n t a n d u t i l i z a t i o n ， w h i c hi s h i g h - t e m p e r a t u r eo x y g e n s e n s o ro fs o l i d e l e c t r o l y t em a t e r i a l s i nt h em g o z r 0 2s y s t e m ，t h es t a b l ec u b i cs o l i ds o l u t i o ne x i s t sa t t e m p e r a t u r ea b o v e1 4 0 0 a f t e rf i r i n go ft h es o l i de l e c t r o l y t e ，t h ec u b i cp h a s e s t a b l e s t i l le x i s t sa tr o o mt e m p e r a t u r e z r 0 2w h i c hi sp a n i a l l ys t a b i l i z e db ym g oh a sb e t t e r t h e 啪a ls h o c kr e s i s t a n c ea n dl o w e rn t y p ee l e c t r o n i cc o n d u c t i v i t yu n d e rh i g l lt e m p e r a t u f e a n d1 0 wp a n i a lp r e s s u r eo fo x y g e nt h a np u r ez r 0 2 t h e r e f o r e ，d u r i n gr a p i d l ys e t t i n gt h e 0 x y g e nc o n t e n ti nm o l t e ns t e e l ，m g o - p s zt u b e s a r ew i d e l yu s e d t h ef i r s tc h 印t e rr e v i e w st h e0 x y g e ns e n s o r ，i np a n i c u l a rt h er e s e a r c hp r o g r e s so f z i r c o n i ao x y g e ns e n s o r ，a n dg i v ead e t a i l e dd e s c r i p t i o n0 ft h ep r e p a r a t i o no ft h es e n s o r a b o u ts e t t i n gt h eo x y g e nc o n t e n ti nt h em o l t e ns t e e l t h ef e l l o wc h a p t e r sm a i n l ys t u d i e st h a tp r e p a r e dt h ep o w d e ra n dc e r a m i cb l o c kb y c o - p r e c i p i t a t i o nw h i c hm e e tt h es e n s o r sr e q u i r e m e n ta b o u ts e t t i n gt h e0 x y g e nc o n t e n ti n t h em o l t e ns t e e l i i lo r d e rt oa d a p tt 0i n d u s t r i a lp r o d u c t i o n ，w ee m p l o y e dt h ei n v e r s e t i t r a t i o nm e t h o d ( i ti st h a tac e r t a i nc o n c e n t r a t i o no fm i 】【e ds o l u t i o nd r o p st oac e n a i n c o n c e n t r a t i o no fd i l u t ea m m o n i at of o 眦ap r e c i p i t a t i o nm i x t u r e ) t op r e p a r ep o w d e r so f m a g i l e s i ap a n i a l l ys t a b i l i z e dz i r c o n i a i nt h ep r e c i p i t a t i o np r o c e s s ，w em u s te n s u r et h a t t h ep hv a l u eo fp r e c i p i t a t i o na g e n ti sb e t w e e n9a n d1 1s ot h a tc o p r e c i p i t a t i o nm i x t u r e nb ep r e c i p i t a t e di nt h em a x i m u me x t e n t w ew a n tt or e d u c et h e1 0 s s0 fm a g n e s i u m h y d r o y i ea n dt h ea g 百o m e r a t i o no fp o w d e r si nt h ew a s h i n gp r o c e s s f i r s t l y ，w ew a s ht h e p r e c i p i t a t i o nw i t hd i l u t ea m m o n i a s o l u t i o nt oe x c e p tc l 。t h e nt h ep r e c i p i t a t ew a s w a s h e db ye t h a n o lt 0r e d u c et h ea g g l o m e r a t i o n a f t e rm g o p s zp o w d e r sw e r ec a l c i n e d v a t6 5 0 ，s m a np a n i c l e s a g 舀o m e r a t e dt o g e t h e r s e r i o u sr e u n i o ni m p a c t st h ep h a s e c o m p o s i t i o no fp o w d e r s i no r d e rt oe n s u r et h ep h a s em e e t i n gt h er e q u i r e m e n t0 fs t e e l m e a s u n n go x y g e np r o b e ，t h ep o w d e r sw h i c hh a sb e e nc a l c i n e da t6 5 0 m u s tb et r e a t e d b yt h ew a yo ft h em i l l i n go rs a n d i n gt oc 1 1 l s hs e r i o u sa 蚪o m e r a t i o no ft h ep o w d e r 1 1 h e n w ec a ng e tm 9 0 - p s zp o w d e rw h i c hi s r e l a t i v e l ys m a l lp a n i c l e sa n dm e e tt h es p e c i a l r e q u i r e m e n t s 8 m o l m g o z r 0 2c e r a m i c sb l o c ki sc a l c i n e da t1 5 5 0 f o r2 h n i s m g o z r 0 2c e r a m i c sb l o c ki sr e l a t i v e l yd e n s e a n di t sx r a yd i f f r a c t i o np a t t e ms h o w s t h a tz i r c o n i ai sp a r t i a l l ys t a b i l i z e da tt h i st i m e t h es c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p ep a t t e m i n d i c a t e st h a tt h ec r y s t a l 黟o w sw e l l c e r a m i c sb l o c ki sa l s or e l a t j v e l vd e n s et h a t1 2 m o l m g o - z r 0 2c e r a m i c sb l o c ki sc a l c i n e da t1 5 0 0 f o r2 h a n di t s x r a vd i f 行a c t i o n p a t t e mp o i n to u tw h i c hi sp a n i a l l ys t a b i l i z e dz i r c o n i aa tt h i st i m e t h es c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p ep a t t e ms h o w st h ec r y s t a lg r o w sw e l lt o o t 1 l i sc e r a m i c sb l o c kb a s i c a l l y s a t i s f i e st h es p e c i a ln e e d so fo x y g e ns e n s o r s e t t i n go x y g e nc o n t e n ti nt h em o l t e ns t e e l a m o t h e rp a n e rr e s e a r c hw o r ko ft h et h e s i si s t h ep r e p a r a t i o no fz i r c o n i ap o w d e r b e i n gp a n j a u ys t a b i l i z e db ym g oa n dc e r a m i cb l o c kb yt h eh y d r o t h e 册a lm e t h o d ，w h i c h i su s e di nt h eo x y g e ns e n s o rs e t t i n go x y g e nc o n t e n ti nt h em o l t e ns t e e l w ec a ng e tt h e 8 m o l a n d1 2 m o l m g o - p s z p o w d e r st h r o u 曲h y d r o l h e 加a lm e t h o da t1 8 0 f o r4 8 h w h i c hi sm o n o d i s p e r s e ，h a v ec o m p l e t ec r y s t a la sw e l la s l a r g es u r f a c ea r e a a n di t s p a n i c l es i z ei sa b o u t0 。1 5u m c e r a m j c sb l o c kb ys i n t e r i n ga t1 5 0 0 h a si n t e 掣i t y c r y s t a la i l dh i 曲d e n s i t y i t sc r y s t a lp h a s es a t i s f i e st h es p e c i a lr e q u i r e m e n t so ft h es e n s o r s e t t i n gt h eo x y g e nc o n t e n ti nm o l t e ns t e e l k e y w o r d s ：z i r c o n i a ，s o l i de l e c t r o l y t e ，o x y g e ns e n s o r ，c o p r e c i p i t a t i o n ，s o l i ds o l u b i l i t y 华东师范人学2 0 1 1 年硕十学位论文 第一章绪论 1 1 氧传感器简介 1 1 1 氧传感器的使用领域 目前氧传感器及其智能化仪表以及其作为其他仪器辅助配件等产品，在人们的日 常生活中扮演着非常重要的角色，现已在国防科研、医疗环保、交通运输、冶金化工、 食品酿造、民用家电等诸多领域得到应用。其主要的应用有以下几个方面：交通运输 领域：汽车氧传感器是在国内现阶段研发最多、应用数量最广的领域之一，主要应用 方面是针对采用空燃比控制的汽车电喷系统。现阶段随着世界汽车需求量的快速增 长，随之带来的汽车排气污染也越来越严重。在城市里，汽车的废气污染已成为城市 环保的一大公害，汽车排放c o 对大气污染的分担率达到8 0 ，氮氧化物达到4 0 。 现在世界各国都在对汽车发动机燃烧过程进行技术改造来应对对越来越严重的汽车 尾气污染问题，以期降低汽车尾气的排放量。其中汽油发动机电子控制燃油喷射技术， 即汽车电喷发动机控制系统是现在被广泛采用的一种十分有效的控制汽车尾气排放 量的手段。经过使用验证，使用了汽油发动机电子控制燃油喷射技术的汽车其废气排 放量与6 0 年代汽车废气排放量相比，大概降低了近9 0 。然而在此系统中一个关键 的功能部件检测汽车尾气含量的氧传感器。目前世界发达国家为降低汽车的尾气污 染，已普遍实施汽车发动机电喷化系统。我国政府电颁布相关法规，对汽车生产企业 生产的汽车强制实施必须安装汽车发动机电喷化。以上措施扩大了氧传感器在汽车领 域的应用范围。国际市场需求预测：据2 0 0 5 年的统计数据显示，国际市场汽车年产 量已达9 0 0 0 万辆以上，再加上零部件维修市场汽车损毁量超过1 5 0 0 万辆，目i j f 全球 汽车用氧传感器的年需求量已达到1 亿只以上，这是一个广阔的前景。国内市场需求 预测：由于从2 0 0 1 年起我国开始禁止化油器车的生产与销售，并且名为规定“所有 新出厂的6 座以下轻型客车均必须安装电喷系统”，同时按国内每年1 5 的新车递增 量来算，预计到2 0 1 1 年，我国的电喷车拥有量将达到3 0 0 0 万辆以上。然而目前国内 电喷车的氧传感器几乎都是从国外进口，国内有配套能力的生产厂家几乎没有，因此 国内市场是一个崭新、容量巨大并且需求量不断增长的市场。冶金和化工领域：这也 是氧传感器在工业控制领域中应用非常广泛的两类行业，氧传感器在此领域主要用于 冶金化工人程中氧气含量的监测，达到环保、节能和优质冶炼的目的。目前国内利用 氧传感器设计的空分设备配套氧分析仪、烟道尾气氧量测定仪等产品可在许多大型自 动化生产控制企业中得到配套应用。对于目前国内大中型电厂近4 0 0 家，空分设备近 1 华东师范人学2 0 1 1 年硕十学位论文 5 万台的市场需求来说，氧传感器具有很大的市场前景。航空航天和国防科研等领域： 这属于氧传感器高端应用领域，目前此领域已呈现出极大的需求和市场前景。例如飞 行员在飞行过程中带的高空呼吸系统就需要氧传感器进行气体中氧气浓度的监测。为 各种飞机上提供配套检测氧气含量的极限电流型氧传感器，直接与国外产品竞争，打 破国外技术垄断和封锁，并且这个市场将随着国家对国防、航空等领域的加大投入而 同益扩大。食品酿造、医疗环保和家电等领域：这是与人们日常生活最接近的应用领 域。近年来，随着城市空气污染的加剧，空气质量逐年下降，以及空调的大面积的使 用，使得狭窄空间里的空气同益污浊，其已严重影响到人们的身体健康。因此健康空 调的概念已经逐步得到推广，同时对房间空气质量进行监测并自动换气的需求也日益 高涨，为此某些空调厂家已提出了氧吧空调的概念，催生了氧传感器在此领域的大量 需求。另外，医疗用的呼吸机、婴儿培养箱、细菌培养箱、生化培养箱和麻醉机等设 备，以及酿酒纺织、仓储保管等对氧气含量有特定要求的环境中的测氧仪表都对氧传 感器提出了新的需求。目前此类市场国内年需求量超过1 5 万台，其8 0 的与系统配 套的氧传感器及仪器仪表都是依赖与国外进口，同时随着人们日益重视对生态环境的 保护、注重个人健康