Паста для изготовления электродов твердоэлектролитной ячейки

Паста для изготовления электродов твердоэлектролитной ячейки

Реферат

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано, в частности, для изготовления электродов аналитических твердоэлектролитных ячеек, применяемых в качестве чувствительных элементов анализаторов кислорода, восстановителей и других веществ.

Известна твердоэлектролитная ячейка для определения парциального давления кислорода в газах при высоких температурах (выше 600°С). Ячейка выполнена в виде трубки из твердого электролита состава диоксид циркония, стабилизированного оксидами кальция или иттрия. На внутреннюю и внешнюю поверхности трубки нанесены спиральные платиновые электроды (Патент США, кл. 204-195, №3598711, 1970 г.). Этому устройству присущи существенные недостатки: низкая надежность, инерционность и неустойчивость показаний, вызванные плохим контактом платиновых спиралей с твердым электролитом.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является паста для изготовления электродов твердоэлектролитной ячейки, содержащая порошковую платину и органическую связку (Патент Великобритании, кл. G01N, №1216024, 1966 г.). Электроды такой твердоэлектролитной ячейки весьма прочны и долговечны, однако ячейка имеет плохие динамические характеристики из-за отсутствия пор в электродах вследствие плотного спекания чистой платины.

Техническим результатом изобретения является улучшение динамических характеристик и увеличение срока службы твердоэлектролитной ячейки.

Технический результат достигается за счет того, что предлагаемая паста дополнительно содержит отожженный твердоэлектролитный шликер и имеет следующий состав (в % по массе):

- порошковая платина	81%;
- керамический твердоэлектролитный шликер	9%;
- органическая связка	10%,

причем порошковая платина имеет следующий фракционный состав (в % по массе):

- порошковая платина фракции от 0,05 до 0,16 мм	69-70%;
- порошковая платина фракции не более 0,05 мм	30-31%,

а керамический твердоэлектролитный шликер имеет следующий состав (в % по массе):

- отожженный шликер фракции не более 0,05 мм	80%;
- неотожженный шликер фракции не более 0,05 мм	20%.

Сущность изобретения. Предлагаемое изобретение имеет следующие общие с наиболее близким аналогом существенные признаки: в пасте используются порошковая платина.

Отличительными существенными признаками предлагаемого изобретения являются: во-первых, применение двух модификаций керамического твердоэлектролитного шликера - отожженного и неотожженного в соотношении: 80% и 20% от общей массы шликера. Во-вторых, используется в количестве от 69 до 70% порошковая платина фракции от 0,05 мм до 0,16 мм.

Физические явления, способствующие повышению долговечности электродов и соответственно твердоэлектролитной ячейки, заключаются в следующем. После нанесения пасты на заготовку из твердоэлектролитной керамики и просушки изделие нагревают до температуры вжигания (около 1400°С), при которой происходит удаление органической связки, закрепление электродов на твердоэлектролитной керамике и формирование газопроницаемой структуры электродов. Прочное сцепление электродов с керамикой связано с наличием в пасте отожженного шликера. Дело в том, что при отжиге шликера (при температуре выше 1650°С) и последующем его растирании образуются более мелкодисперсные частицы, которые способствуют прочному сцеплению с керамикой. Этому же способствует наличие фракции мелкодисперсной платины (менее 0,05 мм). Достаточная газопроницаемость электродов достигается благодаря наличию в пасте как мелкодисперсного отожженного шликера, так и, главным образом, более крупнодисперсного неотожженного шликера, а также порошковой платины фракции от 0,05 до 0,16 мм.

Предлагаемое изобретение реализовано в кулонометрической твердоэлектролитной ячейке, выполненной в виде пробирки из керамики состава 0,85 ZrO₂+0,15 Y₂O₃, с внутренней и внешней стороны которой нанесены газопроницаемые электроды из пасты указанного состава.

Проведенные лабораторные и промышленные испытания аналитических твердоэлектролитных ячеек с электродами, изготовленными из пасты по предлагаемому изобретению, показали, что динамические характеристики ячеек находятся на высоком уровне, а срок службы ячеек и в лабораторных и в промышленных условиях составляет не менее 10000 часов.

Паста для изготовления электродов аналитических твердоэлектролитных ячеек, содержащая порошковую платину и органическую связку, отличающаяся тем, что паста дополнительно содержит керамический твердоэлектролитный шликер и имеет следующий состав, мас.%:

порошковая платина	81
керамический твердоэлектролитный шликер	9
органическая связка	10

причем порошковая платина имеет следующий фракционный состав, мас.%:

порошковая платина фракции от 0,05 до 0,16 мм	69-70
порошковая платина фракции не более 0,05 мм	30-31

а керамический твердоэлектролитный шликер имеет следующий состав, мас.%:

отожженый шликер фракции не более 0,05 мм	80
неотожженый шликер фракции не более 0,05 мм	20