一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层及其制备方法技术

本发明专利技术属于仪器分析技术领域，涉及一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层及其制备方法。制备所述保护涂层的原料包括水性溶剂和固体原料，所述固体原料按重量百分比含有30‑50％的氧化锆，5‑10％的氧化铝，20‑30％的镁铝尖晶石，5‑10％的氧化锌，10‑15％的无机粘结剂以及5‑10％的造孔剂。利用本发明专利技术的制备方法得到的氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层气孔率高、附着性强、抗热震性能良好、对氧化锆基体及铂电极电化学性能影响小。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层及其制备方法
本专利技术属于仪器分析
，涉及一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层及其制备方法。
技术介绍
氧化锆氧分析仪因灵敏度高、稳定性好、响应速度快和构造简单等优点而被广泛应用于石油化工、冶金、电力、轻工等行业。其中利用氧化锆氧分析仪，通过测定烟气中的氧含量可使锅炉处于最佳燃烧状态，从而达到提高锅炉燃烧效率和降低污染物排放的目的。铂电极在氧化锆氧分析仪中起催化和导电作用，铂电极性能的好坏直接影响到氧传感器测量的准确性和使用寿命。在氧化锆氧分析仪的实际使用过程中，锅炉烟气中含有的SO2、酸雾等酸性物质会对铂电极造成腐蚀，从而使得氧分析仪失效；粉尘等颗粒物质会堵塞铂电极多孔界面，造成氧分析仪信号输出不灵敏、响应速度减慢(电极中毒)。以上两种情况均属于电极失效，为了防止电极失效，目前可采取两种措施：一是采用新的抗中毒的电极材料，二是对电极进行防护添加保护层，其中后者是较为简便实用的方法。对铂电极添加多孔保护涂层，可起到如下作用：(1)避免由于锅炉烟气冲刷、酸性物质腐蚀造成电极失效；(2)避免粉尘等颗粒物质对铂电极多孔界面堵塞造成电极中毒。现有技术公开的氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层及其制备方法可分为两类。一类保护涂层是与电解质基体不同的体系，即镁铝尖晶石体系。例如公开号为CN103529102A的中国专利申请公开的保护涂层及其制备方法，其是利用镁铝尖晶石-氧化铝-催化剂(镧锶錳钙钛复合陶瓷)，采用丝网印刷在1400℃制备氧传感器铂电极保护涂层。镁铝尖晶石体系的优点是具有良好的耐高温性、耐腐蚀性和多孔性；缺点是因为和氧化锆基体热膨胀系数不同，从而存在附着力不强、易脱落的问题。另一类保护涂层是与电解质基体相同的体系，即氧化锆体系。例如公开号为CN104198564的中国专利申请公开的保护涂层及其制备方法，其是利用氧化锆-氧化锌-有机粘结剂(聚乙烯醇缩丁醛的乙醇溶液)-造孔剂(碳黑)，在1400-1450℃制备氧传感器铂电极保护涂层。氧化锆体系的优点是由于与基体材质相同，因此附着力强且对铂电极的电化学性能影响较小；缺点是涂层多孔性能差，同时采用有机粘结剂体系易造成涂层涂覆过厚且不均匀(采用此方法制备的保护涂层厚度较大，为1-1.5mm，会影响其透气性能，不利于气体的扩散传输，且也易影响其附着性能和抗热震性能)。此外，以上两种保护涂层的制备方法均需在高温下(≥1400℃)烧结，而高温烧结会对氧化锆基体以及铂电极产生高温时效作用，从而影响铂电极的电化学性能。因此，制备出气孔率高、附着性强、抗热震性能良好、对氧化锆基体及铂电极电化学性能影响小的铂电极保护涂层有着非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的首要目的是提供一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层，以能够气孔率高、附着性强、抗热震性能良好、对氧化锆基体及铂电极电化学性能影响小。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层，制备所述保护涂层的原料包括水性溶剂和固体原料，所述固体原料按重量百分比含有30-50％的氧化锆，5-10％的氧化铝，20-30％的镁铝尖晶石，5-10％的氧化锌，10-15％的无机粘结剂以及5-10％的造孔剂。本专利技术的保护涂层采用氧化锆-镁铝尖晶石复合体系，该体系中：(1)氧化锆与基体材质相同，热膨胀系数相近，附着力强，耐磨、耐蚀、耐热性能好，这有助于提高涂层强度及抗热震性能；(2)镁铝尖晶石具有良好的耐高温性、耐腐蚀性和多孔性，这有助于提高涂层的多孔性能而减少对电极电化学性能的影响；(3)氧化锌可以保证涂层在烧结过程中形成液相，促进烧结，并对密度产生一定影响，且当镁铝尖晶石和氧化锌的比例适当时，涂层与基体的膨胀系数相差较小，使涂层具有较好的抗热震性能。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层，其中所述的保护涂层的孔隙率为55-65％。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层，其中所述的保护涂层的厚度为200-300μm。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层，其中所述的氧化锆的平均粒度为5-10μm，所述的氧化铝的平均粒度为50-100μm，所述的镁铝尖晶石的平均粒度为50-100μm，所述的氧化锌的平均粒度为50-100μm。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层，其中所述的无机粘结剂选自磷酸铝、磷酸二氢铝、磷酸镁、磷酸锌、氧化镧、氧化铈中的任意一种或几种的组合。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层，其中所述的造孔剂选自淀粉、糊精、活性炭中的任意一种或几种的组合。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层，其中所述的氧化锆为氧化钇全稳定氧化锆(8YSZ)。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层，其中所述的水性溶剂为水。本专利技术的第二个目的是提供一种如上所述氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层的制备方法，以能够使制备得到的氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层气孔率高、附着力强、抗热震性能良好、对氧化锆基体及铂电极电化学性能影响小。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种如上所述氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：(1)将氧化锆、氧化铝、镁铝尖晶石、氧化锌、无机粘结剂、造孔剂和水性溶剂混合均匀，并静置12小时以上得到涂层浆料；(2)将所述的涂层浆料涂覆于涂有铂电极的试管状氧化锆基体内表面后静置至干燥；(3)将干燥后的涂层经升温加热处理，冷却后得到所述的保护涂层。本专利技术的制备方法中：(1)所使用的无机粘结剂可以使粉体均匀分散于水性溶剂中，使得涂覆均匀，在水分挥发的同时，涂层会很快粘附于基体表面，从而经过高温烧结形成的涂层均匀致密、抗热震性能好，这有助于提高涂层的粘结性能以及具有合适的厚度；(2)所使用的造孔剂使得涂层在烧结过程中产生气孔，并控制气孔的大小、分布及气孔率，这主要提供气体向铂电极扩散传输的通道；而且造孔剂可以降低涂层收缩而引起的应力集中，避免涂层开裂；但当造孔剂过量后，保护层会因附着力减小而脱落；(3)所采用的烧结温度为900-1000℃，因为较低的烧结温度对氧化锆基体和铂电极的电化学性能和力学性能影响都较小。利用本专利技术的制备方法制备铂电极保护涂层，经分析得知当烧结温度超过1400℃时，铂电极电性能明显受到影响。另外高温时效会使氧化锆基体晶粒长大而导致其电性能和力学性能下降，因此铂电极保护涂层在过高温度下烧结会对氧化锆基体和铂电极同时产生老化作用，影响其综合性能。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种如上所述氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层的制备方法，其中步骤(3)中，所述的升温加热处理的程序为：以2-3℃/min的升温速率升温至200℃，保温1-1.5h；以5-10℃/min的升温速率升温至500℃；以10-15℃/min的升温速率升温至900-1000℃，保温1-1.5h。本专利技术的有益效果在于，利用本专利技术的制备方法得到的氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层气孔率高、附着性强、抗热震性能良好、对氧化锆基体及铂电极电化学性能影响小。本专利技术的保护涂层采用氧化锆-镁铝尖晶石复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层，其特征在于：制备所述保护涂层的原料包括水性溶剂和固体原料，所述固体原料按重量百分比含有30‑50％的氧化锆，5‑10％的氧化铝，20‑30％的镁铝尖晶石，5‑10％的氧化锌，10‑15％的无机粘结剂以及5‑10％的造孔剂。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锆氧分析仪铂电极保护涂层，其特征在于：制备所述保护涂层的原料包括水性溶剂和固体原料，所述固体原料按重量百分比含有30-50％的氧化锆，5-10％的氧化铝，20-30％的镁铝尖晶石，5-10％的氧化锌，10-15％的无机粘结剂以及5-10％的造孔剂。2.根据权利要求1所述的保护涂层，其特征在于：所述的保护涂层的孔隙率为55-65％。3.根据权利要求1所述的保护涂层，其特征在于：所述的保护涂层的厚度为200-300μm。4.根据权利要求1所述的保护涂层，其特征在于：所述的氧化锆的平均粒度为5-10μm，所述的氧化铝的平均粒度为50-100μm，所述的镁铝尖晶石的平均粒度为50-100μm，所述的氧化锌的平均粒度为50-100μm。5.根据权利要求1所述的保护涂层，其特征在于：所述的无机粘结剂选自磷酸铝、磷酸二氢铝、磷酸镁、磷酸锌、氧化镧、氧化铈中的任意一种或几种的组合。6.根据权利要求1所述的保护涂层，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙顺萍，赵璐，向兰翔，周欣燕，李云，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11