传感器电解质材料热膨胀性能和热稳定性变化规律研究

高君华， 郑瑞伦

(1.重庆文理学院 电子信息与电气工程学院， 重庆 402160； 2. 黑龙江大学 电子工程学院， 哈尔滨 150080)

1 引 言

固体电解质氧传感器在国防军事、空间技术和汽车工业中具有非常重要的应用价值，其中氧化锆(ZrO2)固体电解质传感器可以监测和控制各种燃料气氛冶金反应等，已广泛应用于环保、材料、化工、冶金、能源、宇航等领域，是应用最为广泛的固体电解质氧传感器.氧传感器主要由铂电极和钇稳定的氧化锆固体电解质材料制成[1].由于长期工作于高温可变的环境，氧传感器的热力学性能随温度变化显著，这不仅直接影响传感器的工作温度和性能，而且电解质与电极材料等材料因热膨胀系数变化不同引起开裂、形变、脱落等，将直接影响传感器的工作寿命.因此，探讨钇稳定氧化锆固体电解质的热力学性能及热稳定性随温度和时间的变化规律，是一个亟待解决的重要问题.为此，明确氧化锆(ZrO2)的热膨胀等热力学性能及其热稳定性具有重要有意义.目前，国内外已有一些文献对ZrO2固体电解质的热学性能进行了研究.

Yang等[2]研究了尺寸效应对传统烧结法制备ZrO2/ ZrW2O8复合材料热膨胀的影响；戴建伟等[3]研究了ZrO2掺杂对La2Ce2O7力学性能以及热膨胀系数、热传导率等热物理性能的影响；Maneesha等[4]采用脉冲激光沉积技术沉积了ZrO2/ Y2O3多层膜，并对其热稳定性和热膨胀性质进行了研究；Kostanovskiy等[5]在1200 K～2700 K温度范围内，对ZrO2的线性膨胀和热系数进行了实验研究；Wang等[6]研究了非晶硅和硅酸盐稳定的ZrO2中空纤维的热导率和热稳定性；……