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分散剂对氧化钇稳定的氧化锆微滤膜孔结构的影响

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分散剂对氧化钇稳定的氧化锆微滤膜孔结构的影响

基于磁过滤技术的热障涂层表面Al_(2)O_(3)覆盖层抗CMAS腐蚀性能

作者：伍昌年刘杏芹黄智峰孟广耀彭定坤中国科学技术大学材料科学与工程系

研究浆料和支撑体性质对氧化钇稳定的氧化锆(简称YSZ)微滤膜孔结构的影响.以可几孔径为0.8～1.0μm的19通道管状α-AlO作支撑体,采用悬浮粒子法制备YSZ浆料,并以浸渍涂敷法制备微滤膜.实验发现YSZ微滤膜的孔径及其分布与浆料中的分散剂... 详细信息

研究浆料和支撑体性质对氧化钇稳定的氧化锆(简称YSZ)微滤膜孔结构的影响.以可几孔径为0.8～1.0μm的19通道管状α-AlO作支撑体,采用悬浮粒子法制备YSZ浆料,并以浸渍涂敷法制备微滤膜.实验发现YSZ微滤膜的孔径及其分布与浆料中的分散剂有关,并从膜层表面吸附行为给以解释.

关键词：氧化钇稳定的氧化锆微滤膜分散剂悬浮粒子法

来源： cnki会议评论

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稀有金属材料与工程 2022年第11期51卷 3981-3988页

作者：刘涛何箐李丹中国农业机械化科学研究院表面工程技术研究所北京100083 北京金轮坤天特种机械有限公司北京100080

为了提高热障涂层(TBC)的抗沉积物(主要成分为CaO、MgO、Al_(2)O_(3)和SiO_(2),简称CMAS)腐蚀性能,采用磁过滤阴极真空电弧(FCVA)技术在TBC表面上制备了致密的Al_(2)O_(3)覆盖层,比较和分析了Al_(2)O_(3)改性TBC和沉积态TBC的润湿行为和... 详细信息

为了提高热障涂层(TBC)的抗沉积物(主要成分为CaO、MgO、Al_(2)O_(3)和SiO_(2),简称CMAS)腐蚀性能,采用磁过滤阴极真空电弧(FCVA)技术在TBC表面上制备了致密的Al_(2)O_(3)覆盖层,比较和分析了Al_(2)O_(3)改性TBC和沉积态TBC的润湿行为和抗CMAS腐蚀性能。结果表明:使用FCVA技术制备Al_(2)O_(3)覆盖层的过程对7%(质量分数)氧化钇稳定的氧化锆(7YSZ)相的结构无明显影响,且经Al_(2)O_(3)改性的TBC综合性能均优于沉积态TBC。在1250℃、CMAS腐蚀条件下,Al_(2)O_(3)覆盖层有效地限制了熔融CMAS在TBC表面上的扩散行为。同时,Al_(2)O_(3)填充了7YSZ柱状晶之间的间隔并且阻碍了熔融CMAS的渗透,证明了FCVA可作为一种制备Al_(2)O_(3)涂层的新方法以提高TBC的抗CMAS腐蚀性能,且Al_(2)O_(3)涂层及其制备过程对TBC的热震性能均无消极影响。

关键词：磁过滤真空电弧 Al_(2)O_(3)覆盖层氧化钇稳定的氧化锆 CMAS

等离子喷涂-物理气相沉积制备7YSZ纳米结构固体氧化物燃料电池电解质层（英文）

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稀有金属材料与工程 2019年第12期48卷 3835-3840页

作者：许伟张小锋周克崧牛少鹏常发刘敏邓春明邓子谦中南大学湖南长沙410083 广东省新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510650 福建工程学院福建福州350118

氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)因其高热稳定性和良好的氧离子电导率被广泛地作为电解质材料应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)。本研究采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术成功地制备了致密的纳米结构7YSZ薄电解质层,通过SEM、TEM、工业C... 详细信息

氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)因其高热稳定性和良好的氧离子电导率被广泛地作为电解质材料应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)。本研究采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术成功地制备了致密的纳米结构7YSZ薄电解质层,通过SEM、TEM、工业CT以及纳米压痕等技术测定了7YSZ电解质层的微观形貌、结构、力学性能及气体透过率,揭示了电解质层在沉积过程中的生长机制。结果表明:基体温度是影响7YSZ电解质层纳米结构形成的关键因素;当电解质层厚度为8.712.3μm时,其泄露率为2.24×10^-8~2.29×10^-8 cm^4·gf^-1·s^-1;同时,7YSZ电解质层还表现出良好的力学性能,其硬度、弹性模量和弹性回复率分别为10 GPa、140 GPa和57%。

关键词：固体氧化物燃料电池氧化钇稳定的氧化锆物理气相沉积-等离子喷涂电解质层

旋转涂覆法制备固体氧化物燃料电池电解质薄膜

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旋转涂覆法制备固体氧化物燃料电池电解质薄膜

作者：李靖宇天津大学

学位级别：硕士

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种清洁高效的能源转换装置,但是较高的操作温度限制了SOFC的实际应用。电解质薄膜化能大幅减小电池的欧姆阻抗,从而降低工作温度。旋转涂覆法是一种操作简单、可精确控制涂层厚度的薄膜制造技术,已经被广... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种清洁高效的能源转换装置,但是较高的操作温度限制了SOFC的实际应用。电解质薄膜化能大幅减小电池的欧姆阻抗,从而降低工作温度。旋转涂覆法是一种操作简单、可精确控制涂层厚度的薄膜制造技术,已经被广泛用于制备SOFC电解质薄膜。本论文通过旋转涂覆法制备固体氧化物电解质薄膜,考察了影响薄膜性质和单电池性能的关键因素,成功制备了具有高性能和高稳定性的阳极支撑型固体氧化物燃料电池。制备了用于旋涂的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)悬浮液浆料,考察了阳极功能层厚度、浆料中乙醇含量和YSZ含量对电解质薄膜性质及单电池性能的影响。阳极功能层能够降低YSZ电解质薄膜的孔隙率,但是过厚的功能层会阻碍燃料气的扩散,降低电池性能。阳极功能层厚度为6μm时,单电池的性能最高。乙醇和YSZ含量会影响浆料的粘度,低粘度的YSZ会渗入阳极功能层中,高粘度的YSZ在旋涂过程中分散不均匀,二者均会降低电解质薄膜的致密度。YSZ电解质层的厚度随浆料中YSZ含量的提升而增加,单电池的欧姆阻抗随之增大。含有35wt.%乙醇和35wt.%YSZ的浆料制成的双层YSZ致密度最高,以其为电解质的单电池在750℃时最大功率密度(P)为1136mW cm。以氧化钆掺杂的氧化铈(GDC)为中间层,通过旋转涂覆法将GDC颗粒沉积在单层YSZ上,抑制了阴极与电解质之间的化学反应,提升了单电池性能。研究了YSZ层的预烧温度对旋涂GDC成膜效果的影响。随着煅烧温度的升高,YSZ与GDC间的相互作用变弱,经过1200℃煅烧4h后的YSZ能够粘附GDC浆料且不会发生明显的化学反应,表面形成了厚度为1.4μm的YSZ/GDC复合电解质层,单电池在750℃时P为1480mW cm。使用GDC溶胶作为旋涂浆料,考察了溶胶浓度和旋涂层数对GDC薄膜的致密性和厚度及单电池性能的影响。浓度会影响GDC溶胶与YSZ电解质层之间的相互作用,低浓度的溶胶无法附着在YSZ表面,高浓度的溶胶无法进入YSZ孔隙中,与YSZ相互作用弱。浓度为1.0mol L的GDC溶胶与YSZ层粘附性最好。旋涂层数会影响GDC的厚度和表面平整度,旋涂4层获得的GDC薄膜表面平整度最高,厚度为1.4μm,具有此YSZ/GDC双层电解质的单电池在750℃时P为1627mW cm。

关键词：固体氧化物燃料电池旋转涂覆电解质薄膜氧化钇稳定的氧化锆氧化钆掺杂的氧化铈

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水热法制备高透明氧化锆溶胶及其性能研究

水热法制备高透明氧化锆溶胶及其性能研究

作者：孙瑀瞳华中科技大学

学位级别：硕士

氧化锆溶胶是氧化锆纳米粒子均匀分散在水中的胶体溶液,因其具有高折射率、低导热率等特点,被广泛应用于光学涂层和口腔医学等领域,但国内外水热法成功制备锆溶胶的研究报道较少。本论文采用三种水热体系合成了粒子直径小于10 nm的锆溶... 详细信息

氧化锆溶胶是氧化锆纳米粒子均匀分散在水中的胶体溶液,因其具有高折射率、低导热率等特点,被广泛应用于光学涂层和口腔医学等领域,但国内外水热法成功制备锆溶胶的研究报道较少。本论文采用三种水热体系合成了粒子直径小于10 nm的锆溶胶,使用了X射线衍射分析、透射电镜、光度计、拉曼光谱、Zeta电位等测试手段,研究了水热时间、水热温度、pH值、螯合剂、表面活性剂、前驱体浓度、稳定剂等因素对锆溶胶合成的影响,优选出了高透明、自稳定锆溶胶水热合成方案。以氧氯化锆为前驱体,以pH值为12.0的四甲基氢氧化铵、四甲基碳酸氢铵等体积混合液为表面活性剂,同时控制前驱体浓度为0.15～0.3 mol/L、水热时间为1～6 h、水热温度为130～160℃,采用水热法合成出了单斜相锆溶胶。在上述范围内,增加水热时间会增强溶胶稳定性;添加硝酸钇时,水热时间控制在2 h是合成氧化钇稳定的氧化锆溶胶的必要条件;添加稳定剂可以增强氧化钇稳定的氧化锆溶胶稳定性、透光率,且可以使氧化锆由单斜相转变为四方相。以硝酸氧锆为前驱体,以四甲基氢氧化铵为表面活性剂,以草酸为螯合剂,同时控制前驱体浓度为0.1～0.3 mol/L、螯合剂与锆源的摩尔比为0.6:1～2:1、水热体系pH值为7.0～9.0、水热时间为4 h、水热温度为145～155℃,采用水热法合成出了单斜相锆溶胶。在上述范围内,降低pH值可以增强溶胶稳定性;添加草酸是合成锆溶胶的必要条件;添加硝酸钇时,增加稳定剂含量可以增强氧化钇稳定的氧化锆溶胶透光率,且可以使氧化锆由单斜相转变为四方相,但会更容易生成沉淀。以硝酸氧锆为前驱体,以四甲基碳酸氢铵为表面活性剂,以草酸为螯合剂,同时控制前驱体浓度为0.15～0.3 mol/L、螯合剂与锆源的摩尔比为1:1、水热体系pH值为6.5～7.0、水热时间为6 h、水热温度为140～150℃,采用水热法合成出了单斜相锆溶胶。在上述范围内,增加水热温度会降低溶胶稳定性,但会增强透光率;增加前驱体浓度会降低透光率,但会增强溶胶稳定性;降低pH值会增强溶胶稳定性、透光率。

关键词：水热法氧化锆溶胶单斜相四方相氧化钇稳定的氧化锆

水热法制备元素掺杂YSZ电解质的离子导电性研究

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水热法制备元素掺杂YSZ电解质的离子导电性研究

作者：宋建辉北京有色金属研究总院

学位级别：硕士

当前汽车尾气污染是影响人们生活的一大突出问题,而汽车氧传感器是检测汽车尾气中氧含量进而调节空燃比使得汽车燃烧过程更充分从而降低污染的一个重要部件,决定汽车氧传感器性能的关键元件是其中的氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）固体电解质... 详细信息

当前汽车尾气污染是影响人们生活的一大突出问题,而汽车氧传感器是检测汽车尾气中氧含量进而调节空燃比使得汽车燃烧过程更充分从而降低污染的一个重要部件,决定汽车氧传感器性能的关键元件是其中的氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）固体电解质,而降低氧传感器响应时间的关键是提高YSZ的离子电导率,因此,开展高性能YSZ粉体及陶瓷的合成机理及改性手段的研究从而提高其导电性能十分重要。本论文采用水热结晶方法制备YSZ电解质,通过优化制备工艺参数、研究其制备过程的晶体生长机理及组分设计调控三个手段对提高YSZ电解质的离子电导率进行了系统的研究。主要研究结果如下:（1）系统研究了水热制备温度对YSZ相结构、微观形貌及电学性能的影响。结果表明YSZ电解质的结晶性和分散性可通过升高水热温度来提高,最终提高电学性能,水热温度在240℃时具有的能量即可超过YSZ晶体活化能,使其结晶生长。（2）在以上研究的基础上,通过对不同配位结构和混合状态的前驱体的水热过程进行分析可知,水热合成YSZ电解质晶体的生长机理与前驱体的结构有关。其中,碱性条件下制备的带负电荷的前驱体的水热结晶过程由溶解—结晶机制主导,而酸性条件下制备的带正电荷的前驱体的水热结晶过程由原位结晶机制主导。由于在溶解—结晶机制下,前驱体的混合状态对YSZ电解质的影响较小,故YSZ的改性可在此条件下进行考察,采用此条件下均匀混合的前驱体制备所得的YSZ电解质具有最高的离子电导率,在850℃可达34.09 mS/cm,且其活化能最低,仅为0.93 eV。（3）在上述优化后的工艺条件及晶体生长机理的理论支撑下,分别采用具有不同离子半径和不同电负性的四种元素La、Lu、Al和Yb进行YSZ共掺以研究组分调控的规律。结果表明,共掺元素的离子半径和电负性对YSZ的离子电导率有协同的影响作用,其中,离子半径与Zr差异最小且电负性小的元素Yb共掺后可以同时提高晶粒电导率和晶界电导率,进而提高总电导率,掺杂2 mol%该元素所得的YSZ电解质在390℃时的晶粒电导率为34.05 mS/cm、晶界电导率为23.48 mS/cm、总电导率为13.9 mS/cm,而不掺杂的YSZ电解质在390℃时的晶粒电导率为18.94 mS/cm、晶界电导率为20.67 mS/cm、总电导率为9.88 mS/cm,对比可知,掺杂2 mol%元素Yb所得YSZ电解质的电导性能相较不掺杂的电解质在390℃时可提高40%以上,性能提升效果最明显。

关键词：氧化钇稳定的氧化锆水热结晶机理元素共掺电导性能氧传感器

等离子喷涂CeO_2/ZrO_2-Y_2O_3纳米陶瓷涂层的热震性能的研究

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陶瓷学报 2016年第5期37卷 478-481页

作者：李任伟宫文彪东北电力大学工程训练教学中心吉林吉林132012 长春工业大学先进材料重点实验室吉林长春130012

采用大气等离子喷涂技术,分别使用传统的纳米氧化钇部分稳定的氧化锆(下文简称YSZ)和在YSZ中加入25wt.%CeO_2(下文简称CSZ)在高温合金钢表面制备两种热障涂层。将两种涂层在900℃下进行热震试验,使用SEM和EDS技术分析YSZ和CSZ陶瓷涂层... 详细信息

采用大气等离子喷涂技术,分别使用传统的纳米氧化钇部分稳定的氧化锆(下文简称YSZ)和在YSZ中加入25wt.%CeO_2(下文简称CSZ)在高温合金钢表面制备两种热障涂层。将两种涂层在900℃下进行热震试验,使用SEM和EDS技术分析YSZ和CSZ陶瓷涂层的抗热震性能。结果表明,CSZ在热循环第63次时失效,而YSZ在第21次失效,新型的CSZ涂层抗热震性能明显优于YSZ。CeO_2可以提高Y_2O_3部分稳定ZrO_2的抗热震性能。

关键词：氧化钇稳定的氧化锆等离子喷涂陶瓷涂层热震性能

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YSZ涂层的电泳沉积制备工艺研究

YSZ涂层的电泳沉积制备工艺研究

作者：邸士雄大连理工大学

学位级别：硕士

合金材料拥有优良的塑性、耐腐蚀性和加工延展性等优点,被广泛应用于航空航天、原子能、医学与化工领域。然而由于合金材料在使用过程中会发生磨损和腐蚀失效,导致其寿命周期降低和零件可靠性下降,而相关研究发现对合金采用表面强化技... 详细信息

合金材料拥有优良的塑性、耐腐蚀性和加工延展性等优点,被广泛应用于航空航天、原子能、医学与化工领域。然而由于合金材料在使用过程中会发生磨损和腐蚀失效,导致其寿命周期降低和零件可靠性下降,而相关研究发现对合金采用表面强化技术处理可以有效解决此类问题。本文采用电泳沉积法在片状和管状金属样品表面制备氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）涂层,在片状样品上通过设计正交试验,利用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、和X射线衍射分析（XRD）对涂层的表面和截面的微观形貌与成分进行了表征,并采用探针轮廓仪和微米划痕仪对涂层厚度和结合力进行测试,探索了沉积电压、沉积时间、极间距和热处理时间对YSZ涂层形貌和性能的影响。并根据其结果设计了管状样品电泳沉积实验,最终在管状样品内壁制备出均匀致密的涂层。研究结果表明,沉积时间小于4min,沉积电压低于120V时,可在片状样品表面制备出均匀致密的YSZ涂层,其厚度约为10~50μm,涂层厚度随极间距的增加而减小,随着沉积电压及沉积时间的增大而增加,但在微观形貌下,较长时间电泳沉积涂层的表面出现了微裂纹;涂层与基体的结合力,随沉积电压的增大而增加,但随着沉积时间的增大呈现先增大后减小的趋势,随着极间距的增加呈现先减小后增大的趋势,各因素对结合力的影响主次顺序为:沉积电压＞沉积时间＞极间距。改进了溶液流速和沉积方式后,可在管状样品内壁制备出均匀致密且覆盖完整的的YSZ涂层,但由于溶液的冲刷作用导致其结合力略有下降。

关键词：电泳沉积氧化钇稳定的氧化锆涂层正交试验结合力

浸渍涂覆法制备YSZ电解质薄膜及其致密性表征

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电源技术 2014年第3期38卷 458-460页

作者：胡大海范宝安梁文懂邱江华武汉科技大学湖北省煤转化与新型碳材料重点实验室湖北武汉430081

采用浸渍-涂覆的方法,以水热氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为原料,通过低温预烧,使8YSZ的收缩率小于阳极支撑体的收缩率,使得薄膜在烧结过程中始终受到阳极施加的压应力作用,从而避免了薄膜的开裂,经一次浸渍涂覆-干燥-烧结就制得了8YSZ电解... 详细信息

采用浸渍-涂覆的方法,以水热氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为原料,通过低温预烧,使8YSZ的收缩率小于阳极支撑体的收缩率,使得薄膜在烧结过程中始终受到阳极施加的压应力作用,从而避免了薄膜的开裂,经一次浸渍涂覆-干燥-烧结就制得了8YSZ电解质薄膜。所制备的薄膜具有良好的致密性,场发射扫描电镜(FE-SEM)观察发现薄膜表面和断面没有任何裂纹、针孔等瑕疵,薄膜不能被水透过,由薄膜构成的浓差电池两侧的开路电压接近理论电动势。

关键词：氧化钇稳定的氧化锆电解质薄膜浸渍-涂覆法致密性