[发明专利]一种定磷探头用固体电解质及其制备方法

说明书

本发明公开一种定磷探头用固体电解质及其制备方法，属于定磷探头制备技术领域。本发明针对现有传感器中辅助电极容易脱落等问题，提出用于金属熔体中定磷探头固体电解质，其由CaO+4CaO·P₂O₅材料组成，其中CaO含量小于60%。本发明制备的固体电解质材料，具有较好的抗热震性及理想的导电性能，可应用于各类金属熔体特别是铜及铁金属熔体中磷的检测。

技术领域

本发明涉及固体电解质电化学传感器技术领域，尤其是涉及一种定磷探头用固体电解质。

背景技术

磷在金属冶炼中是脱除元素之一，容易产生偏析，产生冷脆而影响金属的质量。在冶炼后期，还会产生回磷，对金属冶炼过程的终点控制影响极大，快速测试磷含量是冶炼重点控制的基础，也尤为重要。而当前冶炼过程中的检测方法分为化学法和光谱法，其中化学法需要取样、称量、溶解、滴定，费时较长，制约了现场指导生产；而光谱法的应用相对节约了时间，可以在几分钟内完成，但是精确度还有待提高。

目前检测金属熔体中定磷探头化学传感器还未有在生产中使用的报道，实验研究中大都采用ZrO(MgO)为固体电解质材料，外涂敷辅助电极的方法来实现定磷操作，其中辅助电解材料包括：Al₂O₃+AlPO₄或CaO+4CaO·P₂O₅，稀土磷酸盐以及Ca₃(PO₄)₂等材料。CN103196974A一种定磷传感器的制造方法，公开了在ZrO₂(CaO) 固体电解质两侧涂覆或热喷涂磷离子导电的固体电解质材料，其中磷离子导电的固体电解质成分质量百分比含量是：CaO为0-40％、4CaO·P₂O₅为100-60％。而在实际使用过程中，由于辅助电极材料易脱落，其现场应用受到限制。

Fisher（FISCHER W A，JANKE D． Metallurgische Electrochemie，Stahleisen，Düsseldorf［M］． Berlin: Springer-Verlag，1975: 321-344．）报道了65%CaO + 35%4CaO∙P₂O₅固体电解质材料用于磷传感器来测金属熔体中的磷，但是其相关的稳定性和抗热震性的影响不适合用于定磷探头固体电解质。

发明内容

为克服现有技术存在的不足之处，本发明目的在于提供一种定磷探头固体电解质，具有足够的力学性能、稳定性和抗热震性，且具有较合适的电导特性，可用于金属熔体特别是铜、铁熔体中磷的检测；本发明的另一目的在于提供上述一种定磷探头用固体电解质的制备方法，采用特定的工艺流程，制备而成的一种定磷探头固体电解质。

本发明通过下述技术方案实现：一种定磷探头用固体电解质，由CaO 和4CaO∙P₂O₅材料组成，其中CaO含量小于60%，化学成分组成为xCaO +（1-x）4CaO∙P₂O₅，x＜60%。

一种定磷探头用固体电解质的制备方法，其具体步骤如下。

（1）按1-5.9:1摩尔比取CaCO₃（CaO）和CaHPO₄∙2H₂O粉体，机械混合均匀，所得混合粉体的颗粒中径粒度为10～50微米。

（2）将步骤（1）中的混合粉体以3℃～10℃/min的升温速率加热至1350-1550℃，烧结时间1-5h，然后在干燥空气气氛下冷却至室温，即得一种定磷探头用固体电解质。

本发明的有益效果。