[发明专利]一种能实现高温高压水电化学测试的陶瓷薄膜电极

说明书

技术领域

本发明涉及高温高压水溶液体系电化学测试领域，具体为一种能实现高温高压水溶液体系中电化学测试的氧化钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷薄膜电极。

背景技术

我国商用核电站主要以压水堆为主，其关键设备的服役环境为高温高压水(温度280～325℃，压力8～16MPa)。服役过程中材料的腐蚀问题对核电站的安全运行构成潜在威胁，同时核电关键设备材料的国产化也当前亟待解决的主要问题之一。

电化学测量技术可以原位测试金属材料在水溶液体系中的腐蚀过程，是进行腐蚀损伤在线原位监检测的首选途径之一。但进行高温高压水溶液体系中的电化学测量首先要有稳定可靠的高温参比电极。与目前高温电化学测量采用较多的外置或内置Ag/AgCl参比电极相比，YSZ陶瓷薄膜电极由于电位稳定、不需要参比溶液、不受环境中氧化还原物质影响、耐高温等优点，更适合核电站高温高压水环境的长期、原位、在线监检测等方面的应用。但陶瓷材料不易加工沟槽、不能塑性变形，且由于服役温度高，常规的密封方法不能满足电极的密封要求。因此，电极的密封性，尤其是陶瓷管与金属主体之间的密封是制备该类电极的难点。

目前，国外只有少数公司能制造这种电极，但是价格极其昂贵，且结构复杂，维修和维护都很不方便和经济，国内相关厂家尚没有制造该类电极的经验和能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能实现高温高压水溶液体系电化学测试的氧化钇稳定氧化锆陶瓷薄膜电极，解决现有技术中该类电极的密封难题，为高温高压水溶液体系中腐蚀损伤长期、原位、在线电化学监检测的应用提供设备基础。

本发明的技术方案是：

一种能实现高温高压水电化学测试的陶瓷薄膜电极，该电极包括电极主体、密封部件、传感部件三部分，具体结构如下：

电极主体包括转接头与电极外壳，转接头下部与高压釜釜盖螺纹连接，转接头的下端面为环形凸台，通过所述环形凸台压设于高压釜釜盖的电极孔处，通过旋紧螺纹使转接头下端面与高压釜釜盖之间产生压力，实现金属硬密封；转接头上部与电极外壳螺纹连接，转接头的上端面为环形凸台，通过所述环形凸台与电极外壳的内台阶面相抵，通过旋紧螺纹使转接头上端面与电极外壳的内台阶面之间产生压力，实现金属硬密封；转接头中心开有变径通孔，所述变径通孔为缩径段、变径段、扩径段自下而上连成一体结构；

电极主体内部为密封部件，密封部件包括锥面密封件、压帽I、碟形弹簧、压帽II、压紧螺帽、O型密封圈、保护垫片，锥面密封件的中心通孔内穿入YSZ陶瓷管，锥面密封件的上、下两锥面分别与压帽II中心通孔的变径段、转接头中心通孔的变径段接触；压帽II上面依次放置碟形弹簧、压帽I、压紧螺帽，压紧螺帽与电极外壳螺纹连接；压帽II的上部侧面环形凹槽处安装O型密封圈，压帽II与YSZ陶瓷管顶端接触位置处放置保护垫片；

传感部件包括YSZ陶瓷管、电极导线、金属/金属氧化物及玻璃纤维，YSZ管内填充金属/金属氧化物作为参比电极的活性元素，玻璃纤维填充在金属/金属氧化物上面，通过玻璃纤维固定金属/金属氧化物；电极导线一端伸入金属/金属氧化物中，电极导线另一端依次穿过保护垫片、压帽II、碟形弹簧、压帽I、压紧螺帽的中心孔，与外界测试仪器夹头连接，将电信号导出。

所述的能实现高温高压水电化学测试的陶瓷薄膜电极，YSZ陶瓷管一端封闭，其长度应保证陶瓷管底端浸入被测溶液中，与被测材料位置平齐。

所述的能实现高温高压水电化学测试的陶瓷薄膜电极，转接头中心通孔的缩径段直径大于YSZ陶瓷管外径。

所述的能实现高温高压水电化学测试的陶瓷薄膜电极，压帽II分为上下两部分，压帽II上部直径比电极外壳内径小0.2mm，压帽II的上部侧面开有环形凹槽；压帽II下部直径比转接头中心通孔的扩径段小；压帽II中心开有变径通孔，所述变径通孔为缩径段、扩径段、变径段自上而下连成一体结构，缩径段直径大于电极导线的直径，扩径段直径大于YSZ陶瓷管的外径。

所述的能实现高温高压水电化学测试的陶瓷薄膜电极，锥面密封件的上锥面尺寸与压帽II中心通孔的变径段尺寸一致，锥面密封件的下锥面尺寸与转接头中心通孔的变径段尺寸一致，锥面密封件的中心开有通孔，所述通孔的直径大于YSZ陶瓷管的外径。

所述的能实现高温高压水电化学测试的陶瓷薄膜电极，使用碟形弹簧维持密封所需压力，碟形弹簧的外径小于电极外壳内径，使用数量取决于电极外壳高度，碟形弹簧低于电极外壳的上边缘。