本书的主要内容包括：晶体缺陷及迁移性质，电极反应动力学的Butler-Volmer方程；固体电解质微观组织结构分析，电导率测量方法和电化学研究方法；稳定的ZrO2基固体电解质材料；多晶、单晶、共晶复合材料和阻抗谱型氧传感器及其应用；熔融金属硫、磷、硅、锰和铬成分传感器及其应用；极限电流型氧传感器的工作原理及应用；CO、NOx、NH3、H2和碳氢化合物混合电位型气体传感器的研究；利用氧泵控制熔融金属中的氧分压。
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《现代冶金与材料过程工程丛书》序
前言
第1章 晶体缺陷与电极反应动力学1
1.1 晶体的缺陷结构1
1.1.1 晶体缺陷的分类1
1.1.2 点缺陷的符号表示6
1.1.3 热缺陷的平衡浓度6
1.1.4 热缺陷的化学平衡8
1.1.5 固溶体中的点缺陷9
1.1.6 点缺陷与晶体扩散13
1.1.7 ZrO2(CaO)中的缺陷和电导17
1.2 固体电解质的迁移性质19
1.3 氧化物固体电解质的电子导电22
1.4 固体电解质电导率的影响因素24
1.5 电荷传递理论和多电子交换过程25
1.5.1 Butler-Volmer方程25
1.5.2 多步骤电荷传递27
1.6 双电层理论28
1.6.1 Helmholtz模型28
1.6.2 Gouy-Chapman模型29
1.6.3 Stern模型31
1.6.4 Grahame模型31
参考文献32
第2章 固体电解质实验研究方法33
2.1 X射线衍射33
2.2 扫描电子显微镜34
2.3 X射线光电子能谱35
2.4 电化学方法35
2.4.1 电化学阻抗谱35
2.4.2 稳态极化曲线测量36
2.4.3 动态极化测量38
2.4.4 传统电化学方法在固体电化学中的应用41
2.5 电导率测量方法41
2.5.1 总电导率的测量——四电极极化法41
2.5.2 离子电导率的测量——交流阻抗法42
2.5.3 固体电解质电子导电性的实验测定原理43
参考文献47
第3章 ZrO2基固体电解质材料48
3.1 ZrO2晶系转变及其稳定化48
3.2 二元系ZrO2基固体电解质51
3.2.1 ZrO2-Y2O3固体电解质51
3.2.2 ZrO2-CaO固体电解质59
3.2.3 ZrO2-MgO固体电解质62
3.2.4 ZrO2-Sc2O3固体电解质64
3.2.5 ZrO2-CeO2二元体系65
3.3 三元系ZrO2基固体电解质66
3.3.1 ZrO2-Y2O3-Al2O366
3.3.2 ZrO2-Y2O3-MOx(M=Ca、Mg、Sc或稀土金属)67
3.3.3 ZrO2-Y2O3-MOx(M=Ce、Ti或In)68
3.3.4 N掺杂的YSZ69
参考文献74
第4章 氧传感器及其应用79
4.1 第一类平衡电位型氧传感器的工作原理79
4.2 参比电极81
4.3 电极引线83
4.4 应用范围和测量误差85
4.5 在气体测氧中的应用87
4.5.1 在汽车尾气控制中的应用87
4.5.2 在热处理炉中的应用89
4.5.3 在锅炉中的应用90
4.5.4 在高炉中的应用92
4.5.5 在转炉中的应用94
4.5.6 在连铸中间包中的应用94
4.6 在熔融金属测氧中的应用96
4.6.1 在钢铁冶金中的应用96
4.6.2 在Pb和Pb-Bi熔体中的应用100
4.7 单晶ZrO2基氧传感器103
4.8 共晶复合材料ZrO2基氧传感器106
4.9 阻抗谱型氧传感器109
参考文献111
第5章 成分传感器及其应用114
5.1 定硫传感器及其在熔融金属中的应用114
5.1.1 硫化物的化学稳定性114
5.1.2 定硫传感器的设计115
5.1.3 定硫传感器的测量原理116
5.1.4 定硫传感器的研究概况119
5.2 定磷传感器及其在熔融金属中的应用123
5.3 定硅传感器及其在熔融金属中的应用125
5.3.1 以莫来石为固体电解质的硅传感器126
5.3.2 三相固体电解质硅传感器129
5.3.3 辅助电极型硅传感器131
5.4 定锰传感器及其在熔融金属中的应用133
5.5 定铬传感器及其在熔融金属中的应用135
5.6 CO2、SO2和NOx气体传感器135
参考文献137
第6章 极限电流型氧传感器142
6.1 极限电流型氧传感器的分类及工作原理142
6.1.1 体扩散143
6.1.2 Knudsen扩散144
6.1.3 致密扩散障碍层极限电流型氧传感器测氧理论方程145
6.1.4 I-V表达式146
6.2 应用范围和测量误差146
6.2.1 泵电压146
6.2.2 氧分压范围147
6.3 应用实例148
6.3.1 电流型NOx传感器148
6.3.2 宽量程氧传感器149
6.4 致密扩散障碍层极限电流型氧传感器150
参考文献151
第7章 混合电位型气体传感器153
7.1 传感器结构153
7.2 传感机理155
7.3 CO传感器159
7.4 NOx传感器165
7.5 NH3传感器176
7.6 H2传感器182
7.7 碳氢化合物传感器190
参考文献197
第8章 利用氧泵控制熔融金属中的氧分压202
8.1 电解法脱氧202
8.1.1 薄板型氧泵202
8.1.2 圆柱型氧泵208
8.2 原电池法脱氧210
参考文献215
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