放电等离子烧结法制备CeO2 基无孔致密扩散障碍层型极限电流氧传感器的研究

本项目以中低温范围内具有较高氧离子导电率的CeO2 电解质为敏感材质,以可快速致密烧结的放电等离子烧结（SPS）法为制备手段，以无孔致密扩散障碍/氧泵层复合陶瓷结构极限电流型氧传感器的研发为研究目标,开展：（1）极限电流氧传感器在无孔致密扩散障碍层型结构下的测氧理论;（2）混合导体材料中氧离子固态跃迁扩散的机制;（3）放电等离子烧结法制备多层致密复合陶瓷的基础工艺;（4）CeO2基无孔致密扩散障碍层型极限电流氧传感器制备中的基础问题等研究内容。通过本项目研究，力争为研制高性能、低成本极限电流型氧传感器提供科学有效的基础理论和一种新型的制备技术。

本项目在国内外研究基础上，采用了一种新型结构的致密扩散障型极限电流氧传感器并且引进了放电等离子烧结技术(SPS)并将其应用于致密扩散障型氧传感器敏感陶瓷体的制备中。选用8mol%钇稳定氧化锆(8YSZ)粉体与La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3(LSCM)、La0.8Sr0.2MnO3(LSM)、Cu基金属陶瓷粉体、Ni基金属陶瓷粉体分别进行多层SPS共烧，对烧结情况进行了分析。将烧结良好的复合陶瓷体制备成致密扩散障型氧传感器，并测试了其测氧性性能。为了寻求一种与8YSZ匹配更好的致密扩散障材料，通过混合LSCM与3YSZ粉体制备了一系列离子-电子混合导体。使用wagner直流极化法、XRD、SEM等测试方法对离子电子混合导体进行了研究，选取合适的混合导体制备成极限电流氧传感器并测试了其性能。又以Gd掺杂CeO2（Ce0.8Gd0.2O1.9，简称CGO）作为固体电解质材料，采用干压法成型，SPS烧结法、常规烧结成型后，对烧结样品的线收缩率、相对密度、物相、微观形貌等物理特性进行分析，采用交流阻抗谱法测定了样品的电导率。同时为了使致密扩散障层和敏感层获得更好的匹配性，采用同种材料制备了一种特殊结构的致密扩散障型极限电流氧传感器，并测试了氧敏感特性，发现其在高氧浓度范围内出现较好的极限电流平台。通过对该传感器工作原理的分析，建立了相关的理论模型，较好的解释了极限电流和氧浓度的关系。通过上述研究，共发表文章16篇（其中EI检索4篇）,申请发明专利3项，培养研究生4名，完成了项目预定的各项任务。