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磷在钢中属于有害元素,它显著降低了钢材质量,高质量钢材必须严格控制磷含量。传统的光谱测磷方法需要取样、冷却,时间长,不利于及时地根据钢液中的磷含量加入适量的脱磷剂,为了达到低磷钢生产的要求,就要求采用在线定磷技术。基于氧化锆固体电解质良好的导电性和抗热震性,以及氧化锆定氧传感器在炼钢工业上的成熟应用,所以定磷传感器以氧化锆固体电解质为基体,基本原理类似于定氧传感器的浓差电池,根据能斯特方程计算钢液中的有效磷含量。鉴于稀土磷酸盐的高熔点并能与氧化锆形成复相陶瓷,本文采用沉淀反应法制备稀土磷酸盐,经过煅烧得到结晶磷酸盐。将稀土磷酸盐与MgO作为稳定剂的氧化锆进行复合,采用固相反应法制备了稀土磷酸盐复合氧化锆固体电解质。通过XRD、SEM及交流阻抗分析等测试手段和技术对制备的样品进行了结构表征和性能测试,重点讨论了磷酸镧复合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测试结果表明磷酸钇、磷酸铈和磷酸镧与氧化锆复合都能改变氧化锆物相组成,实验结果表明,只有磷酸镧与氧化锆复合才满足测磷固体电解质抗热振要求。SEM测试结果表明随着磷酸镧复合量的增加,固体电解质中的颗粒尺寸大小不均,孔隙率显著增加,并产生了网格状的晶形,这种网格状晶形也随着磷酸镧复合量增加而增加,这可能是磷酸镧分解的氧化镧与氧化锆形成固熔体所致。交流阻抗测试结果表明随着磷酸镧复合量的增大,固体电解质电导率降低；随着测试温度的升高,固体电解质的电阻减小,电导率增大。根据温度与电导率的关系计算出了固体电解质电导活化能,并用外推法计算了固体电解质在实际工作温度下的电导率。用20%的磷酸镧复合氧化锆制备固体电解质管,并组装成定磷传感器,在松钢进行现场定磷测试。测试结果显示电动势达到稳定的平台时间为5～15s,整个测量时间在20s内可以完成,测试的磷含量数值低于光谱测试的磷含量,与光谱测试的误差范围为10%～20%,这符合冶金物理化学规律,证明了磷酸镧复合氧化锆固体电解质可用于钢液中磷含量的在线检测。