在导电陶瓷中的应用

以稀土氧化物Y2O3作添加剂的钇稳定化氧化锆(YSZ)陶瓷，高温下具有良好的热稳定性和化学稳定性，是较好的氧离子导体，在离子导电陶瓷中具有突出地位。YSZ陶瓷传感器，已成功用于测量汽车尾气中的氧分压，有效控制空气/燃料比，节能效果显著，在工业锅炉、熔炼炉、焚化炉等以燃烧为主的设备中得到了广泛应用。YSZ陶瓷还可用作高温固体氧化物燃料电池(SOFC)中的电解质材料，使用较多的为Zr0.9Y0.1O1.95。因SOFC采用固体电解质，故不存在其他燃料电池所涉及的电解质处理问题，并且转换效率接近60%。此外，掺加有稀土的LaCr0.9Mg0.1O3、La0.85Sr0.15MnO3陶瓷及Ni-Zr(Y)O2-X金属陶瓷薄层，还可分别用作SOFC电池中的双极性极板、多孔阴极和多孔阳极材料。


然而，YSZ陶瓷只有在高于900℃时才表现出较高的离子导电率，故其应用仍受到一定限制。现有研究发现，在具有更高离子导电率的Bi2O3陶瓷中，掺加适量的Y2O3或Gd2O3，可使Bi2O3面心立方相稳定到室温，同时X射线衍射图谱也已表明，(Bi2O3)0.75·(Y2O3)0.25和(Bi2O3)0.65·(Gd2O3)0.35均为稳定的面心立方结构的高氧离子导电相。在这种陶瓷的侧面再镀上(ZrO2)0.92(Y2O3)0.08的保护膜后，即可制备组装成离子导电性高、稳定性好且能在中温条件下（500 ~800℃）工作的燃料电池和氧传感器，利于解决高温技术所带来的困难。