ムライト固体電解質による成分センサーの開発

• 研究課題/領域番号: 05555197
• 研究種目: 試験研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 金属生産工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 水渡 英昭 東北大学, 素材工学研究所, 教授 (70030054)
• 研究分担者: 藤原 龍二 山里エレクトロナイト株式会社, 企画開発室, 室長 ; 高橋 純一 東北大学, 素材工学研究所, 助手 (20261472) ; 井上 亮 東北大学, 素材工学研究所, 助教授 (70111309) ; 藤原 龍次 山里エレクトロナイト株式会社, 企画室, 室長 ; 田辺 潤 東北大学, 素材工学研究所, 助手 (70236660) ; 工藤 節子 東北大学, 素材工学研究所, 助手 (20195457)
• 研究期間 (年度): 1993 – 1995
• 研究課題ステータス: 完了 (1995年度)
• 配分額: 11,800千円 (直接経費: 11,800千円); 1995年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 1994年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 1993年度: 8,500千円 (直接経費: 8,500千円)
• キーワード: ムライト / 成分センサー / 固体電解質 / 溶鉄 / アルミニウム活量 / シリコン活量 / 酸素活量 / 起電力 / シリコンセンサー / Fe-Si合金 / 炭素飽和溶鉄 / 酸素センサー / アルミニウムセンサー / センサー / 溶鋼 / シリコン

研究概要

1.3Al_2O_3・2SiO_2組成のムライトタブレットを用いて酸化物(FeO, CoO, NiO)の標準生成自由エネルギー差を測定することによりムライトを固体電解質として使用できることを確認した。
2.3Al_2O_3・2SiO_2組成のムライトチューブ,およびジルコニア(ZrO_2-9mol%MgO)チューブを用いた電子伝導性パラメータ,P_ ,の測定において,それぞれlog(P_ /atm)=54.32-137000/T, log(P_ /atm)=27.16-75500/Tの値を得た。ムライトでのP_ 値はジルコニア電解質に比べて無視できる程小さく,低酸素濃度域までP_ 値による補正を必要としないことがわかった。
3.Al脱酸における溶鉄中の平衡酸素濃度をムライトチューブ,ジルコニアチューブ,およびジルコニアプラグタイプのセンサーを用いて測定した。ムライトでは電気化学的酸素透過が少なく低酸素濃度域まで実測酸素濃度と一致した。肉厚の薄いジルコニアチューブタイプでは電気化学的酸素透過が生じることがわかった。
4.Al脱酸における溶鉄中の過飽和酸素濃度をムライトチューブ,ジルコニアチューブ,および,ジルコニアプラグタイプのセンサーを用いて測定することにより,過飽和現象を電気化学的に実証した。ムライト電解質では電解質-溶鉄界面において2Al+3O=Al_2O_3 in mulliteの反応により酸素ポテンシャルが規定されることが明らかになった。
5.Si脱酸における溶鉄中の平衡酸素濃度をムライトチューブおよびジルコニアプラグタイプのセンサーを用いて測定した。ムライト電界質では電解質-溶鉄界面においてSi+2O=SiO_2 in mulliteの反応により酸素ポテンシャルが規定それることが明らかになった。
6.ムライト固体電解質による起電力値はバルク中の酸素活量ではなく,AlおよびSi活量に対応することから,ムライト固体電解質をAlセンサーまたはSiセンサーとして用い得ることを明らかにした。