Высокоогнеупорный материал с ионной проводимостью

 

Использование: при получении твердых электролитов. Сущность изобретения: материал включает, мас.%: оксид гаролиния 12- 38; оксид кальция 1-2; оксид иттрия 7-24; оксид неорима 36-78 Характеристики: удельная проводимость (1000 К) 1,3 - 1,3 10 см см , ионная доля проводимости 15-44%, удельная проводимость (1600 К) 1,7 2,2 см , ионная доля проводимости 32-56%, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 04 В 35/50ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4901396/33 (22) 09.01,91 (46) 07.07.93. Бюл. N. 25 (71) Институт химии силикатов им. И,В.Гребенщикова (72) П.А.Тихонов, Л.В.Морозова и В.П.Попов (56) Неуймин А.Д., Балакирева В.Б.,Пальгуев

С.Ф. Электропроводность и характер проводимости окислов редкоземельных элементов. — Доклады АН СССР, 1973, т. 209, М

5, с. 1150-1154.

Дубок B.A.,ËàøíåBà В.В.. Райченко А.А.

Приэлектродные поляризационные явления в легированных окислах иттрия и гадолиния.

Сборник научных трудов Высокотемперагурное преобразование энергии, Киев, 1989.

Новые материалы из оксидов и синтетических фторсиликатов /Под ред. С.Г.Тресвятского, Киев, 1982.

Изобретение относится к огнеупорным материалам с ионной проводимостью, в частности к высокоогнеупорным твердым электролитам, и может быть использовано в высокотемпературной технике. металлургической и других отраслях народного хозяйства, где имеются вещества с высокой ионной проводимостью.

Целью изобретения является снижение себестоимости изготовления твердых электролитов, улучшение электрических свойств за счет повышения удельной проводимости при стабильной величине ее ионной доли и стабилизация фазового состава.

Поставленная цель достигается тем, что . предполагаемый материал содержит два или три редкоземельнык оксида, а также оксид кальция при следующем соотношении компонентов. мас, :,, Ы,, 1825767 А1 (54) ВЫСОКООГНЕУПОРНЫЙ МАТЕРИАЛ

С ИОННОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ. (57) Использование: при получении твердых электролитов, Сущность изобретения: материал включает, мас. : оксид гаролиния 1238; оксид кальция 1-2; оксид иттрия 7-24; оксид неорима 36-78. Характеристики: удельная проводимость (1000 К) 1.3 10

1,3 10 см см, ионная доля проводимости

-3

15-447(, удельная проводимость (1600 К) 1.7 х10 - 2,2 10 см см ионная доля прово-1 димости 32-56, 1 табл.

У203 7-24

Nd.Оз 36-78 в

6020з 12-38 (р

СаО 1-2

Для экспериментальной проверки заявляемого материала были исследованы фаэовые соотношения в системе

У20з-йбгОз-бб20з и выявлены области су- О ществования твердых растворов кубиче- 4 ской, моноклинной и гексагональной структуры. В результате исследования уста-, ° вй новлено, что наиболее устойчивы к гидратации влагой воздуха, а также существуют в широком концентрационном и температурном интервале кубическая и моноклинные модификации твердых растворов. На основе этих модификаций в результате легирования сложных твердых растворов оксидом

«альция получаются материалы, обладаю1825767

12-38

1-2

7-24

36-78

Оксид гадолиния

Оксид кальция

Оксид иттрия

Оксид неодима

К; Состав образцов, мас.

Г

00<0 (СаО спаьтрииесиие свойства образцов при разпииние температураи

1ССС К с иои(ь) 1600 К и

1200 К 1400 К

<7(С" см- )(t ион(ь) в(См см ) t ион( т с 103 16 1,6 10ь 20

8,7 10" 48 2 !.10 50

6 С 1С! 20 2,1 10 а 24

6610" 34 4,0 t0 34

73 ° lса 16 t I t05 19

Е,г 1С " Ie 1,6 !С

I,0 10

Ъ З 0! о 403 (1

1 7(С-. "- 1 4-)! б(См см ) с ион(2)

I24

1 5 83

2 7 67

5,О 10

2,2 10

5,8 10 l

1,7 102

32 ° 103

4,2 1Ое

1,3 10

1,1 I C

I.j tC

1 1 I C

2,0 IС

2,7 10

56

24

32

3Е

I 5

Е 78

4 24 36

2С

3Е

I3

5 23 40

6 20 46

29! ь

980

П оз т о т и и

0 - ytcльнзе пооаайинпсть о савва, ион - и > иве доле от обцей проаоаиностм щие значительной величиной удельной проводимости и стабильным значением ионной доли проводимости в интервале температур

700-1600 К.

Согласно предварительным исследованиям, были выбраны вышеприведенные интервалы концентраций оксидов Р33, позволяющие получить материалы, обладающие кубической или моноклинной структурой. Концентрация оксида кальция в интервале 1-2 мас. достаточна для получения значительной доли ионной проводимости, При концентрации СаО ниже 1 мас. не обеспечивается необходимая для работы твердых электролитов удельная проводимость, а выше 2 мас.$ наблюдается нежелательное выделение другой фазы (СаО).

Образцы были получены методом спекания смеси исходных оксидов, Рассчитанные навески оксидов с учетом потерь при 20 прокаливании перемешивали в ступке в течение 1 ч с небольшим количеством этилового спирта, высушивали, затем слегка увлажняли раствором глицерина в этиловом спирте и прессовали в таблетки (давление 25 прессования 100 кГ/см ). Отпрессованные образцы хранили в эксикаторе. Далее образцы обжигали в вольфрамовой печи

СШВЛ (вакуум 5 10 мм. рт. ст.) при 2100

К в течение 2ч. 30

Удельную проводимость измеряли с помощью моста переменного тока с платиновыми электродами в интервале температур

800-1600 К, 8 таблице приведены электрические свойства исследованных материалов 35 (примеры 1-6) и материала прототипа. Анализ таблицы показывает, что оптимальные значения удельной проводимости наблюдаются при количественных соотношениях компонентов, укаэанных в примерах 2-4. В 40 этих же материалах достигается значительная доля ионной проводимости. По сравнению с прототипом (a =10 см.см при 1600

-z

К) в материалах по примерам 2-4 удельная проводимость выше в несколько раз, это позволит применить их при более низких температурах, Из таблицы следует, что изменяя соотношения компонентов внутри укаэанных выше пределов можно варьировать как значения удельной проводимости материала, так и ионной доли проводимости. Тем самым возможно создание материала с заданными электрическими свойствами для конкретных условий его эксплуатации.

Использование заявляемого изобретения позволит создать новые высокоогнеупорные материалы С ионной проводимостью (твердые электролиты), обладающие перспективными свойствами; значительно снизить стоимость изготовления твердых электролитов за счет использования менее дефицитного и более деиевого сырья (замена оксида гадолиния на оксиды иттрия и неодима).

Формула изобретения аысокоогнеупормый материал с ионной проводимостью, содержащий оксид гадолиния и оксид кальция, о т л и ч в ю шийся тем, что, с целью снижения себестоимости изготовления твердых электролитов, улучшения электрических сэойств за счет повыше" ния удельной проводимости при стабильной величине ее ионной доли и стабилизации фазового состава, он дополнительно содержит оксиды иттрия и иеодима при следующем соотношении компонентов, мас. ф,: о