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以高温氧化锆[1]作固体电介质,在高温下若电介质两侧氧浓度不同时,便形成氧浓差电池。浓差电池产生的电势与两侧氧浓度有关,如一侧氧浓度固定,即可通过测量浓差电势来测量另一侧的氧含量。通过炉外氧P1O1和炉内氧P2O2在氧化锆两侧产生的一个氧电势,及在被测气氛的绝对温度下根据能斯特公式:E=1/NF·RT·LnP1O1/P2O2(mv)表达式。
正常的渗碳气体中,CO和H2的含量基本上是定值,如用丙烷或丁烷制备渗碳气体,其中大致含24%CO和33%H2,炉气中的CH4和O2对CO2和H2O的含量影响很大,当增加渗剂滴量或富化气体通入量,使CH4的含量增加时,CO2和H2O会迅速减少,其反应是:
CH4+H2O=CO+3H2
CH4+CO2=2CO+2H2
当O2量增加时,炉气中的CO2和H2O会迅速增多,其反应是
2H2+O2=2H2O
2CO+O2=2CO2
由此可知,只要控制炉气中的CO2、H2O、CH4和CO2中的任何一种气体的相对含量,也就能达到控制炉气成分、调整碳势的目的。根据上述原理,武汉华敏研究发现,低温状态也可以使用氧探头,金属材料在许多情况下要进行低温保护气氛热处理,在球化退火工艺中,有一种是采用氮气加丙烷,为了保持一定的炉压,要通入适量的氮气和丙烷常量,炉体上安装武汉华敏低温氧探头,并在线测量炉内气氛,精确控制炉内碳