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钢铁以其低廉的价格、可靠的性能成为人类生产和生活中不可或缺的材料,同时人们对钢铁的质量和性能有了更高的要求。为了实时监测钢铁冶炼过程中有害杂质(如氧、硫、磷等)的含量,采用了以氧化锆固体电解质为主体的定氧探头在钢水中测定氧含量并计算其他杂质含量的方法,并取得了巨大成效,但目前国内大型钢铁厂使用的定氧探头都依赖于进口,因此快速定氧存在着极大的市场及发展空间。氧化锆固体电解质中掺加适量的金属氧化物(如MgO、CaO等),使其具有更高的强度、热稳定性和离子电导率,从而适用于现代炼钢工艺。本文以氧化镁和氧化铁作为稳定剂,采用固相反应法制备了镁稳和铁镁共稳的氧化锆固体电解质。利用XRD、SEM及交流阻抗分析等测试技术对试样进行了结构表征和性能测试,研究了掺加氧化镁以及铁镁共掺对氧化锆固体电解质的相组成、微观结构及电性能的影响规律。XRD测试结果表明烧结温度、掺入氧化镁、铁镁共掺均能改变氧化锆固体电解质的物相组成,氧化铁对不同镁掺量的氧化锆固体电解质的物相组成影响也不同,因此为了获得预期相组成的固体电解质,必须综合考虑氧化铁、氧化镁掺入量与烧结温度。SEM测试结果表明固体电解质中出现了网状晶形结构,且生成量与烧结温度、掺加剂组分及含量有关。氧化铁的掺加能提高固体电解质的致密度。在一定的掺加剂组分下,烧结温度的提高能增大晶粒尺寸,提高致密度。利用交流阻抗谱技术研究了不同组分、不同烧结温度下系列样品的电导特性,发现适当的烧结温度和镁铁掺加能提高固体电解质的电导率,电导率与电导活化能并没有对应关系,引入氧化铁会增加固体电解质的电导活化能而在高温时镁铁共掺固体电解质会有很大的电导率。在综合考虑了固体电解质相组成以及高温下电导率的情况下,选用掺加2.0%氧化镁和0.5%氧化铁的氧化锆固体电解质,烧结温度为1600℃。固体电解质的物相组成直接影响着电解质的电导性能,微观形貌能间接的体现出电解质的电导特性。自制钢液快速定氧传感器在鞍山钢铁和华西钢铁进行现场测试,发现自制钢液快速定氧传感器的测量准确率高、重现性好、测成率高、响应时间短,达到贺利氏产品的综合性能指标,能够应用于实际生产中。