（MgO，YO）-PSZ型钢水定氧探头锆管材料的研究

摘要

钢水定氧探头是一种可以瞬时检测钢水中氧含量的新型测氧装置，具有快速、及时、精确等特点，是生产优质钢材的关键。 本文为了开发能够用于低氧测量的氧探头，主要研究了(MgO，Y2O3)-PSZ 氧探头材料。 从炼钢现场采集了国内外若干个钢水定氧探头，用XRD、SEM 方法分析了氧化锆管材料的显微组织，发现这些锆管在室温下主要是单斜相，国外锆管的单斜相含量大约为85.5％～86.6％，国产锆管单斜相的含量高于国外产品5～8％，室温组织中合适的单斜相和四方相的相对含量可以使材料有良好的抗热震性，但具体的相对比例尚不清楚。 用溶剂干燥法制备了Y2O3含量不同的(MgO，Y2O3)-PSZ均匀细粉，颗粒分布集中。 研究了(MgO，Y2O3)-PSZ 材料的成型和烧结工艺，在1600℃左右烧结，相对密度可以达到97％，能够满足氧化锆材料对密度的要求。对(MgO，Y2O3)-PSZ 陶瓷进行了热震实验，发现Y2O3 含量为2.0mol％的(MgO，Y2O3)-PSZ 陶瓷经1600℃烧结具有最优的弯曲强度和抗热震性。 通过自制的热膨胀仪，研究了(MgO，Y2O3)-PSZ 材料的热膨胀系数，发现随着氧化钇含量的增加，由于室温下四方相含量增加，其热膨胀系数逐渐增加。室温组织中的单斜相在升高到一定温度时会发生向四方相的转变同时伴随体积的收缩，与常规热膨胀抵消，于是热膨胀系数在1100℃左右开始减小，并有几十度的为0 显现。 利用ANSYS 分析软件对定氧探头氧化锆管的温度场和应力场进行了模拟，发现氧探头工作时，ZrO2 管与Al2O3 管接触处上有较大的温度梯度和应力分布，在ZrO2管的底部内侧有次大的应力分布，即传感器工作时最危险的地方是在两种材料的接触处，次危险的地方在ZrO2 管的内侧底部。