8mol%钇稳定氧化锆薄膜的高温氧化行为研究

采用电沉积-烧结方法在H13钢表面制得均匀致密的8mol%钇稳定氧化锆(YSZ)薄膜,采用差热分析法探测其最佳烧结温度,采用称重法、X射线衍射法、扫描电镜法研究H13钢电沉积前后在700℃下的等温氧化过程及其产物。结果表明,电沉积对Y元素产生偏析作用,电沉积YSZ薄膜晶粒细小,晶粒尺寸约为6.5nm。表面施加8mol%YSZ薄膜后,显著提高了H13钢氧化膜的粘附性及其抗氧化性能。并对YSZ薄膜的作用机制进行了探讨。

纳米ZnO掺杂对ZrO_2(8mol%Y_2O_3稳定)电性能的影响研究

采用纳米粉料 ,在单轴成型 ,无压烧结条件下 ,用交流阻抗谱技术对掺不同质量百分比ZnO的ZrO2 (8mol%Y2 O3稳定 )烧结体的电性能进行了研究。研究发现ZnO掺杂对ZrO2 (8mol%Y2 O3稳定 )的离子导电性能具有优化作用。

两种8YSZ作为SOFC电解质的比较

从粒径分布、电导率、活化能、致密性及制备的模拟电池的放电性能等方面，对8mol％Y2O3稳定的ZrO2（8YSZ）（TOSOH8YSZ和JC8YSZ）作为固体氧化物燃料电池（SOFC）电解质进行了比较。结果表明：TOSOH8YSZ的平均粒径比JC8YSZ小1．20μm；TOSOH子8YSZ在1500℃下烧结的活化能比JC8YSZ低2．68kJ／mol，在800℃时的电导率高0．0032S／cm。以TOSOH8YSZ为电解质的模拟电池，在800℃时的最大功率密度比JC8YSZ为电解质的高45．45％。SEM测试表明．在1450～1500℃下烧结制备的TOSOH8YSZ的电解质膜更致密．

掺纳米Al_2O_3的纳米8YSZ相变及电导率

掺 8mol %Y2 O3的纳米ZrO2 粉体中加入 0— 5wt%纳米Al2 O3,在 110 0℃、12 0 0℃、130 0℃不同温度下烧结 2h .烧结样品在烧结温度达 12 0 0℃以上 ,掺 1wt %以上的纳米Al2 O3的四方相完全转变为立方相。初步探讨掺纳米Al2 O3的 8YSZ陶瓷烧结体相变机理及纳米Al2 O3对8YSZ烧结体的晶格参数和电导率影响。

球磨方式对8YSZ离子电导率的影响

实验采用机械球磨制备8YSZ(8mol%氧化钇稳定氧化锆)粉末,球磨过程中使用了有3YSZ陶瓷内衬及无内衬的尼龙球磨罐(记为PMZ和PMN),分别采用X-射线衍射研究了不同球磨过程下得到的8YSZ粉体,离心沉降法测量了得到的不同8YSZ粉体的粒径,阿基米德悬浮法以及电化学阻抗谱研究了不同球磨过程得到的8YSZ的气孔率以及离子电导率。结果表明:8YSZ表观粒径在PMZ和PMN过程中分别达到饱和值0.42μm和0.89μm;8YSZ的离子电导率随着8YSZ粉体的表观粒径(1.43-0.42μm)减小而提高;为了弥补球磨过程中由于3YSZ混入导致的氧化钇摩尔比偏离,PMZ球磨48 h的8YSZ在增补0.44 mol%的氧化钇后离子电导率提高了10%,达到0.0283 S·cm^(-1)。

改进注浆法制备(ZrO_2)_(0.92)(Y_2O_3)_(0.08)电解质薄管的电学性能及应用

用改进注浆法制备出长度为 2 2 6～ 2 6 6mm ,厚度为 0 4～ 0 9mm ,相对密度为 96 7%的 (ZrO2 ) 0 .92 (Y2 O3 ) 0 .0 8电解质薄管 ,用SEM和交流阻抗谱研究了样品的微结构和电学性能 ,分析了烧结密度、晶粒和晶界对样品电学性能的影响 ,考察了用该电解质薄管组装的固体氧化物燃料电池的性能。结果表明 :样品的致密度随烧结温度的升高而逐渐增大 ,样品的微结构对其电学性能有强烈的影响 ,样品的电学性能随烧结密度的增加而增大 ,晶粒电导率和晶界电导率也随烧结温度升高而得以改善 ,16 5 0℃烧结的样品具有较好的烧结性能。单电池的最大开路电压和短路电流分别为 0 946V和 1 84A ,85 0℃时最大输出功率为 0 46W。

ZrO_2-8 mol% Y_2O_3纳米晶的碱性水热法合成及其烧结体的电性能研究

以湿化学法制得Zr(OH) 4 和Y(OH) 3 的共沉淀为前驱体 ,在碱性介质中用水热法合成了ZrO2 8mol %Y2 O3 立方相纳米晶 .研究发现 ,不同水热反应温度、时间及pH值均对立方相纳米晶晶粒大小有较显著影响 .将ZrO2 8mol%Y2 O3 纳米晶在较低温度 (14 0 0℃ )下烧结制得了致密的固体电解质陶瓷样品 ,比通常高温固相反应法采用的烧结温度 (>15 5 0℃ )降低了 15 0℃以上 .测定了陶瓷样品 60 0～ 10 0 0℃下的氧浓差电池电动势及氧泵 (氧的电化学透过 )性能 .结果表明 ,用本研究方法制得的烧结体在高于 80 0℃时的氧离子迁移数为 1,具有优良的氧离子导电性能 .

8%Y_2O_3-ZrO_2水基料浆的流变性质研究

详细研究了固含量、球磨时间、分散剂用量和pH值对8％摩尔分数Y_2O_3稳定ZrO_2水基料浆流变性质的影响。结果表明:料浆均表现出剪切变稀行为,且为假塑性流体。确定了最佳实验参数,当pH=10,分散剂用量为2％体积分数,球磨24 h的ZrO_z水基料浆,稳定性好,适合于成型薄片ZrO_2固体电解质材料,并最终制备出体积分数为56％,适合浇注的ZrO_2陶瓷料浆。

甘氨酸法制备YSZ粉体及其在中温固体氧化物燃料电池中的应用

用甘氨酸法制备了堆积密度小于0．35％的疏松（Y2O3）0.08（ZrO2）0.02（YSZ）陶瓷粉体．研究了预烧温度对初级粉体的晶体结构、晶粒大小、比表面积、粉体形貌和烧结性能的影响，进一步研究预烧温度对YSZ烧结体电导率的影响．随着预烧温度的升高，粉体的晶粒尺寸增加，比表面积减小，烧结体的相对密度减小，粉体的多孔疏松程度降低．700℃预烧粉体的生坯最易致密化，得到的YSZ烧结样品具有最高电导率，其值在800℃时为0．029S·cm^-1．同时以700℃预烧的粉体为原材料，用共压共烧工艺，制备阳极支撑的厚度为10-20μm的YSZ电解质薄膜．以YSZ薄膜为基础的单电池在700℃下的最大功率密度达到470mW／cm^2．

改进注浆法制备YSZ电解质薄管的烧结和电性能

用改进注浆法制备出８ｍｏｌ％钇稳定化氧化锆（ＹＳＺ）电解质长薄管，研究了ＹＳＺ电解质长薄管的烧结工艺，分析了烧结过程和Ａｌ２Ｏ３掺入量对其致密性的影响，确定了相应的烧结制度，并对所获得的ＹＳＺ电解质薄管的电性能进行了研究。研究结果表明：升温速度对ＹＳＺ 长薄管的性能有着重要影响，坯体中阿拉伯树胶在６００℃时被完全烧尽，１４００～１５５０℃的温度范围是烧结的重要阶段，这期间气孔率显著下降，致密性明显提高。加入适量的Ａｌ２Ｏ３有助于提高ＹＳＺ长薄管的致密性。样品的氧离子电导率随烧结密度的增大而提高。利用改进注浆法和上述烧结工艺在１６５０℃已烧制出相对密度为９６．７％、长度为２６６ｍｍ、厚度为０．４～０．９ｍｍ的ＹＳＺ电解质长薄管。

素坯高压成型对纳米4YSZ烧结的影响

在纳米 4YSZ粉中加入少量纳米Al2 O3 粉 ,素坯两次 40 0MPa加压成型后在 4GPa高压下再成型 ,素坯相对密度达 72 4 %,降低了烧结致密温度。超密实坯体在 110 0℃常压下烧结 2小时 ,陶瓷体致密度达 99 2 %。烧结样品的晶胞四方度atc- 1t 为 1 0 12 ,晶胞体积V为 0 132nm3 。 110 0℃常压煅烧 ,烧结体晶粒大小在 40～ 70nm。烧结体研磨成粉后含有 12～ 14%的单斜相。

低成本YSZ电解质膜管的制备和性能研究

用真空注浆法制备出膜厚为０．２ｍｍ的８ｍｏｌ％ＹＳＺ电解质膜管，用排水法、ＳＥＭ和复阻抗等分析手段研究了ＹＳＺ电解质膜管烧结密度、表面形貌及其电导性能，确定了可使ＹＳＺ电解质膜管获得最佳烧结性能的烧结温度。研究结果表明，真空注浆法是一种制备高烧结性能ＹＳＺ电解质膜管的简单方法。用这一方法已制备出相对密度为９８．１％、长度为２５４ｍｍ的致密ＹＳＺ电解质膜管，其烧结温度范围比传统注浆法制备ＹＳＺ电解质管降低了１９０～２００℃。研究还表明，随烧结温度升高，样品致密度增大，导电性能也逐渐提高。经１６００℃烧结２ｈ样品的烧结密度和导电性能均达到最佳值；进一步提高烧结温度，样品的致密度和电学性能均有所下降。

Pt/YSZ电极结构老化特性研究

借助于I-V极化曲线、交流阻抗测试及电子扫描电镜等技术和设备,对以Y2O3稳定ZrO2多晶固体氧离子导体(YSZ)为基体的Pt/YSZ电极结构电学性能和电极形貌随时间的老化变化特性进行了研究;为定量表述电极形貌的变化特性,作者提出了一种有关Pt/YSZ电极结构电极界面的形貌模型,采用此模型对不同老化时间下的电极Pt/空气/YSz三相界面的长度进行了定量计算.实验测试、理论模型计算等结果都表明:Pt/YSZ电极结构的电学性能和电极形貌均随老化时间出现了明显的变化.

高孔隙率YSZ多孔陶瓷管的湿法制备及性能表征

以钇稳定化氧化锆 (YSZ)为骨料 ,优选出玉米粉为成孔剂 ,阿拉伯树胶为分散剂和粘结剂 ,采用注浆法制备出孔隙率为 49.0 %～ 6 4.1%的 YSZ多孔陶瓷管 .结果表明 ,以玉米粉为成孔剂 ,可制备出孔隙率较高、孔径分布均匀的 YSZ多孔陶瓷管 .升温速度对 YSZ多孔陶瓷管的性能有着重要影响 .在 2 2 0～ 440℃的温度范围内 ,阿拉伯树胶和玉米粉明显分解 ,并分别在 5 2 0℃后被完全烧尽 ,因此在此温度范围内升温速度不宜过快 .

Pt/YSZ电极结构老化特性的复阻抗研究

借助于交流复阻抗测试技术和电子扫描电镜设备,对以Y2O3稳定ZrO2固体氧离子导体(YSZ)为基体的Pt/YSZ电极结构电学性能和电极形貌随时间的老化变化特性进行了研究;根据作者提出了一种有关Pt/YSZ电极结构电极界面的形貌模型,对不同老化时间下的电极Pt/空气/YSZ三相界面的长度进行了定量计算。实验测试和模型计算等结果都表明:Pt/YSZ电极结构的电学性能和电极形貌均随老化时间出现了明显的变化。

Pt/YSZ电极结构形貌的表征

根据YSZ型氧传感器中O在电极表面的吸附、扩散以及Pt/YSZ界面O(Pt电极中)/O2(YSZ中)的传递的机理,提出了一种对Pt /YSZ电极界面进行定量表征的模型。用此模型对不同烧结温度下的电极形貌Pt/空气/ YSZ三相界面长度进行了定量表征,同时,采用复阻抗测试技术和氧传感器响应测试技术对表征结果的合理性进行了验证。理论推算和试验结果都表明:采用1 000℃,1 h烧结的电极形貌具有最佳的电化学性能。

激光选区熔化成形YSZ/7075铝合金的显微组织与力学性能

以7075铝合金粉末为原料,采用SLM技术制备了7075铝合金和YSZ/7075复合材料试样,并研究了SLM工艺参数及钇稳定氧化锆(YSZ)添加含量对7075铝合金试样微观组织结构和力学性能的影响.试验结果表明:SLM成形7075铝合金试样的相对密度,随着激光能量密度的增加呈先增大后减小的趋势;SLM成形试样沿晶界分布着网状裂纹,添加钇稳定氧化锆(YSZ)纳米粉体能明显抑制SLM成形7075铝合金的裂纹;当YSZ添加量为2%、激光功率为270 W、扫描速度为800 mm/s时,试样相对密度为96.62%,平均晶粒尺寸由20.4μm细化至4.26μm,显微硬度为120 HV,试样的抗拉强度及屈服强度分别为209MPa和196 MPa,是未添加YSZ试样的5.5倍和2倍,延伸率为4%.

流延共烧法极限电流氧传感器研究

采用固相法合成La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3(LSM)粉体,利用干压法制备自合成LSM粉体和商业化8钇稳定氧化锆(8YSZ)粉体的条样;利用流延法以及多层高温共烧工艺制备以LSM致密层为扩散障的8YSZ基极限电流氧传感器;利用四端子测电阻法对LSM和8YSZ条样在干燥空气和氦气中进行电导率的剥离测试,结果发现:在700℃时,LSM和8YSZ电子电导率分别占总电导率的99.7%和0.03%。进一步对传感器进行测试,发现传感器均具有一定的饱和平台,且随着致密扩散障厚度的增加极限电流减小。

不同Y_(2)O_(3)含量的YSZ块体材料在模拟海洋环境下的腐蚀行为研究

针对钇稳定氧化锆(YSZ)材料在海洋环境中易腐蚀的问题,使用放电等离子烧结技术分别制备了5%和12%(质量分数) Y2O_(3)稳定的YSZ块体材料,并对块体材料在高低温交替的水蒸气环境中进行腐蚀实验,模拟其作为热障涂层面层材料在海洋环境下使用时的腐蚀情况。分析了YSZ在低温水蒸气老化和高温烧结的交替腐蚀过程中,力学性能的变化以及裂纹的形成和扩展行为。结果表明:对于5%Y_(2)O_(3)含量的5YSZ在模拟海洋环境下抗弯强度损失严重,14 d的腐蚀实验使得抗弯强度下降了91.4%。然而对于高Y2O_(3)含量的12YSZ材料,其在相同环境下腐蚀相同时间,抗弯强度未有明显变化。Y2O_(3)含量高的YSZ具有更强的稳定性,更适合在海洋环境使用。