一種能實現(xiàn)高溫高壓水電化學(xué)測試的陶瓷薄膜電極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫高壓水溶液體系電化學(xué)測試領(lǐng)域，具體為一種能實現(xiàn)高溫高壓水溶液體系中電化學(xué)測試的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)陶瓷薄膜電極。
【背景技術(shù)】
[0002]我國商用核電站主要以壓水堆為主，其關(guān)鍵設(shè)備的服役環(huán)境為高溫高壓水(溫度280?325°C，壓力8?16MPa)。服役過程中材料的腐蝕問題對核電站的安全運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅，同時核電關(guān)鍵設(shè)備材料的國產(chǎn)化也當(dāng)前亟待解決的主要問題之一。
[0003]電化學(xué)測量技術(shù)可以原位測試金屬材料在水溶液體系中的腐蝕過程，是進(jìn)行腐蝕損傷在線原位監(jiān)檢測的首選途徑之一。但進(jìn)行高溫高壓水溶液體系中的電化學(xué)測量首先要有穩(wěn)定可靠的高溫參比電極。與目前高溫電化學(xué)測量采用較多的外置或內(nèi)置Ag/AgCl參比電極相比，YSZ陶瓷薄膜電極由于電位穩(wěn)定、不需要參比溶液、不受環(huán)境中氧化還原物質(zhì)影響、耐高溫等優(yōu)點，更適合核電站高溫高壓水環(huán)境的長期、原位、在線監(jiān)檢測等方面的應(yīng)用。但陶瓷材料不易加工溝槽、不能塑性變形，且由于服役溫度高，常規(guī)的密封方法不能滿足電極的密封要求。因此，電極的密封性，尤其是陶瓷管與金屬主體之間的密封是制備該類電極的難點。
[0004]目前，國外只有少數(shù)公司能制造這種電極，但是價格極其昂貴，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修和維護(hù)都很不方便和經(jīng)濟(jì)，國內(nèi)相關(guān)廠家尚沒有制造該類電極的經(jīng)驗和能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能實現(xiàn)高溫高壓水溶液體系電化學(xué)測試的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷薄膜電極，解決現(xiàn)有技術(shù)中該類電極的密封難題，為高溫高壓水溶液體系中腐蝕損傷長期、原位、在線電化學(xué)監(jiān)檢測的應(yīng)用提供設(shè)備基礎(chǔ)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]一種能實現(xiàn)高溫高壓水電化學(xué)測試的陶瓷薄膜電極，該電極包括電極主體、密封部件、傳感部件三部分，具體結(jié)構(gòu)如下:
[0008]電極主體包括轉(zhuǎn)接頭與電極外殼，轉(zhuǎn)接頭下部與高壓釜釜蓋螺紋連接，轉(zhuǎn)接頭的下端面為環(huán)形凸臺，通過所述環(huán)形凸臺壓設(shè)于高壓釜釜蓋的電極孔處，通過旋緊螺紋使轉(zhuǎn)接頭下端面與高壓釜釜蓋之間產(chǎn)生壓力，實現(xiàn)金屬硬密封；轉(zhuǎn)接頭上部與電極外殼螺紋連接，轉(zhuǎn)接頭的上端面為環(huán)形凸臺，通過所述環(huán)形凸臺與電極外殼的內(nèi)臺階面相抵，通過旋緊螺紋使轉(zhuǎn)接頭上端面與電極外殼的內(nèi)臺階面之間產(chǎn)生壓力，實現(xiàn)金屬硬密封；轉(zhuǎn)接頭中心開有變徑通孔，所述變徑通孔為縮徑段、變徑段、擴(kuò)徑段自下而上連成一體結(jié)構(gòu)；
[0009]電極主體內(nèi)部為密封部件，密封部件包括錐面密封件、壓帽1、碟形彈簧、壓帽I1、壓緊螺帽、O型密封圈、保護(hù)墊片，錐面密封件的中心通孔內(nèi)穿入YSZ陶瓷管，錐面密封件的上、下兩錐面分別與壓帽II中心通孔的變徑段、轉(zhuǎn)接頭中心通孔的變徑段接觸；壓帽II上面依次放置碟形彈簧、壓帽1、壓緊螺帽，壓緊螺帽與電極外殼螺紋連接；壓帽II的上部側(cè)面環(huán)形凹槽處安裝O型密封圈，壓帽II與YSZ陶瓷管頂端接觸位置處放置保護(hù)墊片；
[0010]傳感部件包括YSZ陶瓷管、電極導(dǎo)線、金屬/金屬氧化物及玻璃纖維，YSZ管內(nèi)填充金屬/金屬氧化物作為參比電極的活性元素，玻璃纖維填充在金屬/金屬氧化物上面，通過玻璃纖維固定金屬/金屬氧化物；電極導(dǎo)線一端伸入金屬/金屬氧化物中，電極導(dǎo)線另一端依次穿過保護(hù)墊片、壓帽I1、碟形彈簧、壓帽1、壓緊螺帽的中心孔，與外界測試儀器夾頭連接，將電信號導(dǎo)出。
[0011]所述的能實現(xiàn)高溫高壓水電化學(xué)測試的陶瓷薄膜電極，YSZ陶瓷管一端封閉，其長度應(yīng)保證陶瓷管底端浸入被測溶液中，與被測材料位置平齊。
[0012]所述的能實現(xiàn)高溫高壓水電化學(xué)測試的陶瓷薄膜電極，轉(zhuǎn)接頭中心通孔的縮徑段直徑大于YSZ陶瓷管外徑。
[0013]所述的能實現(xiàn)高溫高壓水電化學(xué)測試的陶瓷薄膜電極，壓帽II分為上下兩部分，壓帽II上部直徑比電極外殼內(nèi)徑小0.2mm，壓帽II的上部側(cè)面開有環(huán)形凹槽；壓帽II下部直徑比轉(zhuǎn)接頭中心通孔的擴(kuò)徑段??；壓帽II中心開有變徑通孔，所述變徑通孔為縮徑段、擴(kuò)徑段、變徑段自上而下連成一體結(jié)構(gòu)，縮徑段直徑大于電極導(dǎo)線的直徑，擴(kuò)徑段直徑大于YSZ陶瓷管的外徑。
[0014]所述的能實現(xiàn)高溫高壓水電化學(xué)測試的陶瓷薄膜電極，錐面密封件的上錐面尺寸與壓帽II中心通孔的變徑段尺寸一致，錐面密封件的下錐面尺寸與轉(zhuǎn)接頭中心通孔的變徑段尺寸一致，錐面密封件的中心開有通孔，所述通孔的直徑大于YSZ陶瓷管的外徑。
[0015]所述的能實現(xiàn)高溫高壓水電化學(xué)測試的陶瓷薄膜電極，使用碟形彈簧維持密封所需壓力，碟形彈簧的外徑小于電極外殼內(nèi)徑，使用數(shù)量取決于電極外殼高度，碟形彈簧低于電極外殼的上邊緣。
[0016]所述的能實現(xiàn)高溫高壓水電化學(xué)測試的陶瓷薄膜電極，壓帽I分上下兩部分，壓帽I上部直徑大于電極外殼的內(nèi)徑，壓帽I下部直徑小于電極外殼內(nèi)徑。
[0017]所述的能實現(xiàn)高溫高壓水電化學(xué)測試的陶瓷薄膜電極，保護(hù)墊片、壓帽1、壓緊螺帽中心均有通孔，其中保護(hù)墊片中心孔直徑與電極導(dǎo)線直徑一致，其余通孔直徑均大于電極導(dǎo)線的直徑。
[0018]所述的能實現(xiàn)高溫高壓水電化學(xué)測試的陶瓷薄膜電極，電極導(dǎo)線為金屬絲，電極導(dǎo)線外側(cè)由熱縮管包裹，電極導(dǎo)線上、下端分別裸露出Icm的長度。
[0019]所述的能實現(xiàn)高溫高壓水電化學(xué)測試的陶瓷薄膜電極，YSZ陶瓷管穿過轉(zhuǎn)接頭、錐面密封件、壓帽II的中心通孔，壓帽II上面依次放置碟形彈簧、壓帽1、壓緊螺帽；旋緊壓緊螺帽，使轉(zhuǎn)接頭與壓帽II對錐面密封件施加壓力，在壓力作用下錐面密封件變形，中心通孔與YSZ陶瓷管緊密貼合、上下錐面分別與壓帽II中心通孔的變徑段及轉(zhuǎn)接頭中心通孔的變徑段緊密貼合，實現(xiàn)YSZ陶瓷管與金屬電極主體之間的密封。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]1、本發(fā)明選用的YSZ陶瓷管，在高溫高壓水體系中性能穩(wěn)定，可通過空位躍迀實現(xiàn)電子的導(dǎo)通，使內(nèi)部填充的電極活性元素在不與被測體系直接接觸的情況下進(jìn)行電極反應(yīng)，實現(xiàn)電極電位的長期穩(wěn)定。
[0022]2、本發(fā)明的YSZ陶瓷管與金屬主體之間通過錐面密封件密封，密封結(jié)構(gòu)簡單、可
A+-.與巨O
[0023]3、本發(fā)明的密封結(jié)構(gòu)不需使用冷卻水或其他外加冷卻方式，在高溫高壓水溶液電化學(xué)測試過程中，避免了由于冷卻水中斷所造成的電極密封失效及溶液泄露的危險。
[0024]4、本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)中O型密封圈和保護(hù)墊片可以在電極密封件失效時防止高溫高壓水溶液的大量噴出，具有安全防護(hù)作用。
[0025]5、本發(fā)明的壓帽I和碟形彈簧一方面在使用過程中維持錐面密封件實現(xiàn)電極密封所需的壓力，另一方面起到保護(hù)作用，避免在電極制備過程中施加壓力過大而造成YSZ陶瓷管的破損。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明YSZ陶瓷薄膜電極整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為本發(fā)明YSZ陶瓷薄膜電極中轉(zhuǎn)接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，(a)圖為俯視圖；(b)圖為剖面圖。
[0028]圖3為本發(fā)明YSZ陶瓷薄膜電極中壓帽II的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，(a)圖為俯視圖；(b)圖為剖面圖。
[0029]圖4為本發(fā)明實驗測得的阻抗譜。圖中，橫坐標(biāo)代表阻抗的實部，縱坐標(biāo)代表阻抗虛部的相反數(shù)。
[0030]圖5為本發(fā)明實驗測得的極化曲線。圖中，橫坐標(biāo)代表電流，縱坐標(biāo)代表電位。
[0031]圖1至圖3中，1-壓緊螺帽；2-壓帽I ;3_電極外殼；4_碟形彈簧；5_0型密封圈；6-壓帽II ;7_保護(hù)墊片；8_錐面密封件；9_轉(zhuǎn)接頭；10-YSZ陶瓷管；11_電極導(dǎo)線；12_玻璃纖維；13_金屬/金屬氧化物；14_環(huán)形凸臺I ;15_環(huán)形凸臺II ；16-縮徑段I ;17_變徑段I ;18_擴(kuò)徑段I ;19_縮徑段II ;20_擴(kuò)徑段II ;21_變徑段II ;22_環(huán)形凹槽。
【具體實施方式】
[0032]如圖1?圖3所示，本發(fā)明YSZ陶瓷薄膜電極由電極主體、密封部件和傳感部件三部分構(gòu)成，主要包括壓緊螺帽1、壓帽12、電極外殼3、碟形彈簧4、O型密封圈5、壓帽116、保護(hù)墊片7、錐面密封件8、轉(zhuǎn)接頭9、YSZ陶瓷管10、電極導(dǎo)線11、玻璃纖維12、金屬/金屬氧化物13等，具體結(jié)構(gòu)如下:
[0033]電極主體包括轉(zhuǎn)接頭9與電極外殼3，轉(zhuǎn)接頭9下部與高壓釜釜蓋螺紋連接，轉(zhuǎn)接頭9的下端面為環(huán)形凸臺1115，通過環(huán)形凸臺1115壓設(shè)于高壓釜釜蓋的電極孔處，通過旋緊螺紋使環(huán)形凸臺1115與高壓釜之間產(chǎn)生壓力，實現(xiàn)金屬硬密封。轉(zhuǎn)接頭9上部與電極外殼3螺紋連接，轉(zhuǎn)接頭9的上端面為環(huán)形凸臺114，通過環(huán)形凸臺114與電極外殼3的內(nèi)臺階面相抵，通過旋緊螺紋使環(huán)形凸臺114與電極外殼3內(nèi)臺階面之間產(chǎn)生壓力，實現(xiàn)金屬硬密封。如圖2所示，轉(zhuǎn)接頭9中心開有變徑通孔，所述變徑通孔為縮徑段116、變徑段117、擴(kuò)徑段118自下而上連成一體結(jié)構(gòu)，其中縮徑段116直徑大于YSZ陶瓷管10的外徑。
[0034]電極主體內(nèi)部為密封部件，密封部件包括壓緊螺帽1、壓帽12、碟形彈簧4、O型密封圈5、壓帽116、保護(hù)墊片7、錐面密封件8，壓帽116分上下兩部分，壓帽116上部直徑比電極外殼3的內(nèi)徑小0.2mm，壓帽116的上部側(cè)面開有環(huán)形凹槽；壓帽116下部直徑比轉(zhuǎn)接頭9中心通孔的擴(kuò)徑段118略小。如圖3所示，壓帽116中心開有變徑通孔，所述變徑通孔為縮徑段1119、擴(kuò)徑段1120、變徑段1121自上而下連成一體結(jié)構(gòu)，縮徑段1119直徑大于電極導(dǎo)線11的直徑，擴(kuò)徑段1120直徑略大于YSZ陶瓷管10的外徑。錐面密封件8的上錐面尺寸與壓帽Π6中心通孔的變徑段1121 —致，錐面密封件8的下錐面尺寸與轉(zhuǎn)接頭9中心通孔的變徑段117尺寸一致，錐面密封件8的中心開有通孔，所述通孔的直徑略大于YSZ陶瓷管10的外徑，以將YSZ陶瓷管10穿入時需稍用力為佳。
[0035]將YSZ陶瓷管10穿過錐面密封件8的中心通孔，將錐面密封件8的上、下兩錐面分別與壓帽Π6中心通孔的變徑段1121、轉(zhuǎn)接頭9中心通孔的變徑段117貼合。壓帽116上面依次放置碟形彈簧4、壓帽12、壓緊螺帽I。碟形彈簧4用于維持壓力、緩沖減震；壓帽12分上下兩部分，壓帽12上部直徑略大于電極外殼3的內(nèi)徑，用以限制旋緊壓緊螺帽I的力度，防止力度過大損傷YSZ陶瓷管10 ;壓緊螺帽I與電極外殼3螺紋連接。旋緊壓緊螺帽1，使轉(zhuǎn)接頭9與壓帽116對錐面密封件8施加壓力，在壓力作用下錐面密封件8變形，與YSZ陶瓷管10、壓帽1