一種能實現高溫高壓水電化學測試的陶瓷薄膜電極的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高溫高壓水溶液體系電化學測試領域，具體為一種能實現高溫高壓水溶液體系中電化學測試的氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)陶瓷薄膜電極。
【背景技術】
[0002]我國商用核電站主要以壓水堆為主，其關鍵設備的服役環境為高溫高壓水(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行構成潛在威脅，同時核電關鍵設備材料的國產化也當前亟待解決的主要問題之一。
[0003]電化學測量技術可以原位測試金屬材料在水溶液體系中的腐蝕過程，是進行腐蝕損傷在線原位監檢測的首選途徑之一。但進行高溫高壓水溶液體系中的電化學測量首先要有穩定可靠的高溫參比電極。與目前高溫電化學測量采用較多的外置或內置Ag/AgCl參比電極相比，YSZ陶瓷薄膜電極由于電位穩定、不需要參比溶液、不受環境中氧化還原物質影響、耐高溫等優點，更適合核電站高溫高壓水環境的長期、原位、在線監檢測等方面的應用。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，國外只有少數公司能制造這種電極，但是價格極其昂貴，且結構復雜，維修和維護都很不方便和經濟，國內相關廠家尚沒有制造該類電極的經驗和能力。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種能實現高溫高壓水溶液體系電化學測試的氧化釔穩定氧化鋯陶瓷薄膜電極，解決現有技術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、在線電化學監檢測的應用提供設備基礎。
[0006]本發明的技術方案是:
[0007]一種能實現高溫高壓水電化學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，具體結構如下:
[0008]電極主體包括轉接頭與電極外殼，轉接頭下部與高壓釜釜蓋螺紋連接，轉接頭的下端面為環形凸臺，通過所述環形凸臺壓設于高壓釜釜蓋的電極孔處，通過旋緊螺紋使轉接頭下端面與高壓釜釜蓋之間產生壓力，實現金屬硬密封；轉接頭上部與電極外殼螺紋連接，轉接頭的上端面為環形凸臺，通過所述環形凸臺與電極外殼的內臺階面相抵，通過旋緊螺紋使轉接頭上端面與電極外殼的內臺階面之間產生壓力，實現金屬硬密封；轉接頭中心開有變徑通孔，所述變徑通孔為縮徑段、變徑段、擴徑段自下而上連成一體結構；
[0009]電極主體內部為密封部件，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、保護墊片，錐面密封件的中心通孔內穿入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的上部側面環形凹槽處安裝O型密封圈，壓帽II與YSZ陶瓷管頂端接觸位置處放置保護墊片；
[0010]傳感部件包括YSZ陶瓷管、電極導線、金屬/金屬氧化物及玻璃纖維，YSZ管內填充金屬/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；電極導線一端伸入金屬/金屬氧化物中，電極導線另一端依次穿過保護墊片、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，將電信號導出。
[0011]所述的能實現高溫高壓水電化學測試的陶瓷薄膜電極，YSZ陶瓷管一端封閉，其長度應保證陶瓷管底端浸入被測溶液中，與被測材料位置平齊。
[0012]所述的能實現高溫高壓水電化學測試的陶瓷薄膜電極，轉接頭中心通孔的縮徑段直徑大于YSZ陶瓷管外徑。
[0013]所述的能實現高溫高壓水電化學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徑小0.2mm，壓帽II的上部側面開有環形凹槽；壓帽II下部直徑比轉接頭中心通孔的擴徑段小；壓帽II中心開有變徑通孔，所述變徑通孔為縮徑段、擴徑段、變徑段自上而下連成一體結構，縮徑段直徑大于電極導線的直徑，擴徑段直徑大于YSZ陶瓷管的外徑。
[0014]所述的能實現高溫高壓水電化學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]所述的能實現高溫高壓水電化學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徑，使用數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]所述的能實現高溫高壓水電化學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徑，壓帽I下部直徑小于電極外殼內徑。
[0017]所述的能實現高溫高壓水電化學測試的陶瓷薄膜電極，保護墊片、壓帽1、壓緊螺帽中心均有通孔，其中保護墊片中心孔直徑與電極導線直徑一致，其余通孔直徑均大于電極導線的直徑。
[0018]所述的能實現高溫高壓水電化學測試的陶瓷薄膜電極，電極導線為金屬絲，電極導線外側由熱縮管包裹，電極導線上、下端分別裸露出Icm的長度。
[0019]所述的能實現高溫高壓水電化學測試的陶瓷薄膜電極，YSZ陶瓷管穿過轉接頭、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接頭中心通孔的變徑段緊密貼合，實現YSZ陶瓷管與金屬電極主體之間的密封。
[0020]本發明的有益效果是:
[0021]1、本發明選用的YSZ陶瓷管，在高溫高壓水體系中性能穩定，可通過空位躍迀實現電子的導通，使內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行電極反應，實現電極電位的長期穩定。
[0022]2、本發明的YSZ陶瓷管與金屬主體之間通過錐面密封件密封，密封結構簡單、可
A+-.與巨O
[0023]3、本發明的密封結構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、本發明的電極結構中O型密封圈和保護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，具有安全防護作用。
[0025]5、本發明的壓帽I和碟形彈簧一方面在使用過程中維持錐面密封件實現電極密封所需的壓力，另一方面起到保護作用，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為本發明YSZ陶瓷薄膜電極整體結構示意圖。
[0027]圖2為本發明YSZ陶瓷薄膜電極中轉接頭的結構示意圖。其中，(a)圖為俯視圖；(b)圖為剖面圖。
[0028]圖3為本發明YSZ陶瓷薄膜電極中壓帽II的結構示意圖。其中，(a)圖為俯視圖；(b)圖為剖面圖。
[0029]圖4為本發明實驗測得的阻抗譜。圖中，橫坐標代表阻抗的實部，縱坐標代表阻抗虛部的相反數。
[0030]圖5為本發明實驗測得的極化曲線。圖中，橫坐標代表電流，縱坐標代表電位。
[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_保護墊片；8_錐面密封件；9_轉接頭；10-YSZ陶瓷管；11_電極導線；12_玻璃纖維；13_金屬/金屬氧化物；14_環形凸臺I ;15_環形凸臺II ；16-縮徑段I ;17_變徑段I ;18_擴徑段I ;19_縮徑段II ;20_擴徑段II ;21_變徑段II ;22_環形凹槽。
【具體實施方式】
[0032]如圖1?圖3所示，本發明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、保護墊片7、錐面密封件8、轉接頭9、YSZ陶瓷管10、電極導線11、玻璃纖維12、金屬/金屬氧化物13等，具體結構如下:
[0033]電極主體包括轉接頭9與電極外殼3，轉接頭9下部與高壓釜釜蓋螺紋連接，轉接頭9的下端面為環形凸臺1115，通過環形凸臺1115壓設于高壓釜釜蓋的電極孔處，通過旋緊螺紋使環形凸臺1115與高壓釜之間產生壓力，實現金屬硬密封。轉接頭9上部與電極外殼3螺紋連接，轉接頭9的上端面為環形凸臺114，通過環形凸臺114與電極外殼3的內臺階面相抵，通過旋緊螺紋使環形凸臺114與電極外殼3內臺階面之間產生壓力，實現金屬硬密封。如圖2所示，轉接頭9中心開有變徑通孔，所述變徑通孔為縮徑段116、變徑段117、擴徑段118自下而上連成一體結構，其中縮徑段116直徑大于YSZ陶瓷管10的外徑。
[0034]電極主體內部為密封部件，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的內徑小0.2mm，壓帽116的上部側面開有環形凹槽；壓帽116下部直徑比轉接頭9中心通孔的擴徑段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、擴徑段1120、變徑段1121自上而下連成一體結構，縮徑段1119直徑大于電極導線11的直徑，擴徑段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