Высокопроницаемый оксидный керамический материал Советский патент 1993 года по МПК C04B35/00 

Изобретение относится к поликристаллическим оксидным керамическим материалам со смешанной проводимостью, которые могут применяться в качестве кислородных мембран в широкой области температур и парциальных давлений кислорода.

Кобальтиты РЗЭ и стронция со структурой перовскита Lni-xSrxCoi-yMy03-6 (где М Fe, N1. Мп, Си, Сг; х 0 + 1.0; у 0-0.8) являются перспективными материалами кислоррдопроница мой керамики и электродов электрохимических устройств (1-3).

Однако использование кобальтитов ограничено длительностью установления равновесия при их использовании, сильной зависимостью свойств кобальтитов от парциального давления кислорода в тазовой фазе, а также образованием с твердыми электролитами на основе ZrOa промежуточных низкопроводящих фаз.

Известен кислрродопроницаемый керамический состав со смешанной проводимостью на основе Zr02 с добавками стабилизатора и оксидами группы 5А или 6А и/или TiOzi отличающийся высокими рабочими температурами.

Известен также состав на основе окси- да висмута с добавками других оксидов, в тбм числе оксидов переходных металлов, с преимущественно ионной проводимостью. Материалы на основе оксида висмута, легированного оксидами тербия и празеодима, имеют более высокую кислороденроницае- мость, однако являются дорогими и малодо-; етупными - из-зз высокой стоимости оксидов РЗЗ..

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является керамический материал со смешанной проводимостью следующего состава. мол.%:

Оксид висмута17-50 .Оксид кобальта 15-70 Оксид лантана 13-45 Эффективность работы кислородных мембран определяется величиной кислоро- долроницабмостй используемой керамики. Цель изобретения - повышение кисло- родопроницаемости. :

Поставленная цель достигается тем, что наряду с оксидами висмута и кобальта, кис- .лородбпроницаемый керамический материал включает оксид иттрия при следующих соотношения компонентов, мол.%: Оксид висмута19.0-74,4 Оксид кобальта 18.6-76,.0 Оксид иттрия 5,0-50,0 При использовании в качестве легирующей добавки оксида иттрия вместо оксида лантана и содержании компонентов керамического материала в вышеуказанных пределах кислородопроницаемость керамики значительно возрастает.

Для получения высококислородопрони- цаемых керамических материалов проводился твердофазный синтез в 2 стадии. Сначала твердофазной реакцией из оксидов

висмута и кобальта, взятых в стехиометри- ческих соотношениях, на воздухе при температуре 870 ± 20 К в течение 30 ч были получены поликристаллические образцы с концентрацией оксида кобальта от 20 до 80

мол.%. Затем из полученных порошков и оксида иттрия твердофазной реакцией на воздухе при температуре 1020±20 К в течение 10 ч были Синтезированы указанные выше материалы. Синтезированные порошкй керамических материалов прессовались в виде таблеток под давлением 600 МПа и спеклись при температуре 1070±20 К в течение 25 ч до получения плртной керамики с закрытой пористостью. Кислородопроницаемость образцов рассчитывалась по результатам измерений удельной электропроводности и чисел переноса в интервале температур 950-1050 К по формуле:

25

J(02) (RT/16F2) te(1-te) I

где -среднее значение удельной электропроводности,

. te - электронное число переноса, Т - абсолютная температура, J(02) - киелородопроницаемость, R - универсальная газовая,постоянная; F-постоянная Фарадея. Ниже приведены конкретные примеры и полученные при этом результаты.

Пример 1. По результатам измерения электропроводности и чисел переноса были рассчитаны значения кислородопроницае- мости синтезированных керамических материалов; содержащих оксиды висмута, кобальта и лантана (прототип).

Прим.ер 2. Керамические материалы, содержащие вместо оксида лантана оксид иттрия, получены и испытаны, как в примере 1. Результаты приведены в таблице.

Из данных таблицы следует, что кисло- родопроницаемоеть предложенных материалов превосходит соответствующие характеристики прототипа.

Изобретение относится к поликристаллическим керамическим материалам со смешанной проводимостью, которые могут применяться в качестве кислородных мембран и элэментов электрохимических уст- ройствс твердыми электролитами на основе оксида висмута для получения, очистки и анализа кислорода в газовой фазе. Сущность изобретения: керамический материал содержит следующие компоненты, моя. %: оксид висмута 40,0-74,4; оксид кобальта 18.6-46,5; оксид иттрия 7,0-20,0. Материал имеет кислородопроницаемость (1,4- 7,5) 10 9 моль/с.см. 1050 К и кислородную проводимость 0,4-0,9 см/см. 1 табл. Vt Ч 4 ч со

Ф о р м,у л а и з о б р е т е н и я. Выеокопроницаемый оксидный керамический материал, содержащий оксиды висмута, кобальта и оксид редкоземельного элемента, о т л и.ч а ю щ и и с я тем, что,С целью повышения кислородопроницаемости, он содержит в качестве оксида редкоземельного элемента оксид иттрия при следующем соотношении компонентов, мол. %: Оксид висмута. 40,0-74,4 Оксид кобальта 18,6-46,5 Оксид иттрия 7,0-20,0

Кислородопроницаемость предложенных керамических материалов

и прототипа при 1050 К