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JP6380987B2 - Method for producing integrated reference electrode and integrated reference electrode - Google Patents
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JP6380987B2 - Method for producing integrated reference electrode and integrated reference electrode - Google Patents

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Description

本発明は一体型参照電極の作製方法および一体型参照電極に関し、特に軽水炉構造材料等の腐食電位(ECP)測定の際に適用して有用なものである。   The present invention relates to a method for producing an integrated reference electrode and an integrated reference electrode, and is particularly useful when applied to the measurement of corrosion potential (ECP) of a light water reactor structural material or the like.

軽水炉構造材料の腐食電位(ECP)の測定は炉内環境モニタリングに最も適した技術である。炉内ECP測定には長期間安定に動作する参照電極が必要であるが、放射線照射下で簡便に利用できる電極は存在しない。そこで、この種の用途に、セラミックス管を酸素伝導体として用いる金属/酸化物電極が提案されている。かかる金属/酸化物電極は、化学的に安定で、酸化還元系から影響を受けない。そのため炉内用参照電極としての適用が期待できる(例えば、非特許文献1および非特許文献2参照)。   Measurement of corrosion potential (ECP) of light water reactor structural materials is the most suitable technique for monitoring the environment in the reactor. In-furnace ECP measurement requires a reference electrode that operates stably for a long period of time, but there is no electrode that can be easily used under irradiation. Therefore, a metal / oxide electrode using a ceramic tube as an oxygen conductor has been proposed for this type of application. Such metal / oxide electrodes are chemically stable and unaffected by the redox system. Therefore, application as a reference electrode for a furnace can be expected (for example, see Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).

この種の金属/酸化物電極は、セラミックス管中に、金属/金属酸化物の混合物で形成するM/O電極を固体電解質として封入したものである。ここで、セラミックス管は、例えばイットリア安定化ジルコニア(YSZ)で形成され、M/O電極は、例えばNi/NiOで形成される。また、セラミックス管はその上端部で構造材としての金属ケースにロウ付けにより固着された状態で、例えば原子炉内等の所定の計測部位に設置される。M/O電極には導線の先端を当接させてあり、M/O電極の電位を外部で計測し得るように構成してある。   In this type of metal / oxide electrode, an M / O electrode formed of a metal / metal oxide mixture is enclosed as a solid electrolyte in a ceramic tube. Here, the ceramic tube is made of, for example, yttria stabilized zirconia (YSZ), and the M / O electrode is made of, for example, Ni / NiO. In addition, the ceramic tube is installed at a predetermined measurement site such as in a nuclear reactor in a state where the ceramic tube is fixed to a metal case as a structural material by brazing at its upper end. The tip of the conducting wire is brought into contact with the M / O electrode so that the potential of the M / O electrode can be measured externally.

ただ、この種の金属/酸化物電極を放射線照射下に設置すると、M/O電極を封入しているセラミックス管と金属ケースとの接合部で腐食が生じ、この部分が破損する場合がある。破損した場合には、環境の溶液がセラミックス管内に流入し、またはセラミックス管からM/O電極を形成する粉末状の金属/金属酸化物が環境の溶液内に流出して、これを汚損する虞がある。   However, when this type of metal / oxide electrode is placed under irradiation, corrosion may occur at the joint between the ceramic tube enclosing the M / O electrode and the metal case, and this portion may be damaged. In the case of breakage, the environmental solution may flow into the ceramic tube, or the powdered metal / metal oxide forming the M / O electrode may flow out of the ceramic tube into the environmental solution and contaminate it. There is.

かかる問題を解決する金属/酸化物電極として、本発明等は特許文献1に記載する一体型参照電極を提案した。かかる一体型参照電極を図5に示す。同図に示すように、一体型参照電極IIは、金属基板02A上に金属酸化物膜02Bを形成し、さらに金属酸化物膜02Bの表面を覆うように金属酸化物膜02B上にセラミックス薄膜01を形成したものである。ここで、金属基板02Aと金属酸化物膜02BとがM/O電極02を構成している。また、セラミックス薄膜01、金属酸化物膜02Bおよび金属基板02Aは両端部を金属等の覆合部材03で覆うことで一体化してある。また、M/O電極02の電位情報は導線04を介して取り出される。   As a metal / oxide electrode for solving such a problem, the present invention proposed an integrated reference electrode described in Patent Document 1. Such an integrated reference electrode is shown in FIG. As shown in the figure, in the integrated reference electrode II, the metal oxide film 02B is formed on the metal substrate 02A, and the ceramic thin film 01 is formed on the metal oxide film 02B so as to cover the surface of the metal oxide film 02B. Is formed. Here, the metal substrate 02A and the metal oxide film 02B constitute the M / O electrode 02. The ceramic thin film 01, the metal oxide film 02B, and the metal substrate 02A are integrated by covering both ends with a covering member 03 such as a metal. Further, the potential information of the M / O electrode 02 is taken out via the conductive wire 04.

かかる一体型参照電極IIは、従来の金属/酸化物電極の主な破損原因となるセラミックス管およびその接合部が存在しないので、固体電解質の溶液への漏洩を回避することができるばかりでなく、セラミックス膜を用いることで簡単に薄膜化が可能となり、電極のインピーダンスを低下させることができる結果、室温での電極電位の測定が可能になる。さらに、セラミックス膜により環境の構成要素である溶液と固体電解質を隔離でき、溶液中の酸化還元雰囲気に対して電極電位が影響を受けず、一体型参照電極電位は溶液中のpHのみで決定される。これらのことより、本発明に係る一体型参照電極は溶液中のpHが既知の場合、参照電極として用いることができる等、数々の特長を備えるものとはなる。   Such an integrated reference electrode II does not have a ceramic tube and its joint which are the main cause of breakage of the conventional metal / oxide electrode, so that not only can the leakage of the solid electrolyte into the solution be avoided, By using a ceramic film, the thickness can be easily reduced, and the impedance of the electrode can be reduced. As a result, the electrode potential at room temperature can be measured. In addition, the ceramic membrane can separate the solution, which is a component of the environment, from the solid electrolyte, the electrode potential is not affected by the redox atmosphere in the solution, and the integrated reference electrode potential is determined only by the pH in the solution. The Accordingly, the integrated reference electrode according to the present invention has a number of features such as being able to be used as a reference electrode when the pH in the solution is known.

特開2014−016335号公報JP 2014-016335 A

EPRI report ,NP−7142(1991)EPRI report, NP-7142 (1991) L.W.Niedrach J.Electrochem.Soc.127,2122L. W. Niedrach J. et al. Electrochem. Soc. 127,2122

しかしながら、特許文献1に記載する一体型参照電極IIは、一体型とはいえ、セラミックス薄膜01、金属酸化物膜02Bおよび金属基板02Aの両端部を金属等の覆合部材03で覆うことで一体化したものであるので、放射線照射下の使用によりセラミックス薄膜01、金属酸化物膜02Bおよび金属基板02Aの両端部と覆合部材03との間の隙間から溶液が侵入することで破損してしまう場合がある。   However, although the integrated reference electrode II described in Patent Document 1 is an integrated type, it is integrated by covering both ends of the ceramic thin film 01, the metal oxide film 02B, and the metal substrate 02A with a covering member 03 such as a metal. As a result, the solution is damaged by the penetration of the solution from the gaps between both ends of the ceramic thin film 01, the metal oxide film 02B and the metal substrate 02A and the covering member 03 when used under radiation irradiation. There is a case.

本発明は、上記従来技術に鑑み、放射線環境でも長期に亘り安定した参照電極としての機能を維持し得る一体型参照電極の作製方法および一体型参照電極を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an integrated reference electrode manufacturing method and an integrated reference electrode that can maintain a function as a reference electrode that is stable for a long period of time even in a radiation environment.

上記目的を達成する本発明は、
筒状部材であるダイスの内部空間にセラミックス粉末を投入する第1の工程と、
中央部に凸部を有して前記内部空間に挿入可能に形成した第1のパンチを、前記ダイスの開口部を介して前記内部空間内に挿入し、かつ前記第1のパンチを下降させることにより前記セラミックス粉末を圧縮するとともに前記凸部に対応する凹部を形成する第2の工程と、
前記凹部の開口部に連通する内部空間を有する筒状部材である第2のパンチを、前記ダイスの開口部を介して前記ダイスの内部空間内に挿入し、かつ下降させることにより前記第2のパンチの前記内部空間が前記凹部に連通してその上方に位置するように設置する第3の工程と、
前記第2のパンチの開口部から金属酸化物電極の成分となる金属とその酸化物の粉末である金属粉末を投入する第4の工程と、
前記ダイスの前記開口部から、さらにセラミックス粉末を投入して前記金属粉末の上を覆う第5の工程と、
前記第5の工程で投入したセラミックス粉末を貫通して前記金属粉末に電極となる導線の下部を挿入することにより前記導線を前記金属粉末に立設する第6の工程と、
前記導線を貫通孔に挿通させた第3のパンチを、前記ダイスの開口部を介して前記ダイスの内部空間に挿入し、かつ下降させることにより前記第3のパンチで、前記第5の工程で投入したセラミックス粉末を圧縮する第7の工程と、
前記第1〜第7の工程で圧縮して一体化されたセラミックス粉末および金属粉末を前記導線の軸方向に加圧した状態で焼成して一体化する第8の工程とを有することを特徴とする一体型参照電極の作製方法にある。
The present invention for achieving the above object
A first step of introducing ceramic powder into the internal space of the die, which is a cylindrical member;
A first punch having a convex portion at the center and formed to be insertable into the internal space is inserted into the internal space through the opening of the die, and the first punch is lowered. A second step of compressing the ceramic powder and forming a recess corresponding to the protrusion;
A second punch, which is a cylindrical member having an internal space communicating with the opening of the concave portion, is inserted into the internal space of the die through the opening of the die and lowered to move the second punch. A third step of installing the internal space of the punch so as to communicate with the concave portion and be positioned above the concave portion;
A fourth step of introducing a metal which is a component of the metal oxide electrode and a metal powder which is a powder of the oxide from the opening of the second punch;
From the opening of the die, a fifth step of adding ceramic powder and covering the metal powder,
A sixth step of standing the conductive wire on the metal powder by inserting a lower portion of the conductive wire serving as an electrode into the metal powder through the ceramic powder charged in the fifth step;
In the fifth step, the third punch is inserted into the internal space of the die through the opening of the die and lowered by inserting the third punch into which the conductive wire is inserted into the through hole. A seventh step of compressing the ceramic powder charged;
And an eighth step of sintering and integrating the ceramic powder and metal powder compressed and integrated in the first to seventh steps in a state of being pressed in the axial direction of the conductive wire. There is a method for manufacturing an integrated reference electrode.

本発明によれば、第1〜第7の工程で圧縮して一体化されたセラミックス粉末および金属粉末を前記導線の軸方向に加圧した状態で焼成して一体化しているので、金属とその酸化物の粉末である金属粉末を材料とする金属酸化物電極および金属酸化物電極を覆合しているセラミックス粉末を完全な一体物として製造することができる。この結果、長期間放射線環境下で使用しても機械的な強度が損なわれることはなく、長期に亘り安定した参照電極としての機能を維持し得る。   According to the present invention, since the ceramic powder and the metal powder compressed and integrated in the first to seventh steps are fired and integrated in a state of being pressed in the axial direction of the conductive wire, the metal and its A metal oxide electrode made of metal powder, which is an oxide powder, and a ceramic powder covering the metal oxide electrode can be manufactured as a complete integrated body. As a result, even when used in a radiation environment for a long time, the mechanical strength is not impaired, and the function as a stable reference electrode can be maintained for a long time.

本発明の第2の態様は、
第1の態様に記載する一体型参照電極の作製方法において、
前記第5の工程において前記セラミックス粉末の上に、前記セラミックス粉末との境界から前記セラミックス粉末に対する金属粉末の割合が、徐々に大きくなるような混合割合でセラミックス粉末と金属粉末との混合粉末を投入するとともに、最後は金属粉末の単体を投入し、
前記第6の工程では前記セラミックス粉末、前記混合粉末および前記金属粉末を貫通して前記導線の下部を挿入することにより前記導線を、前記セラミックス粉末、前記混合粉末および前記金属粉末に立設することを特徴とする一体型参照電極の作製方法にある。
The second aspect of the present invention is:
In the method for producing an integrated reference electrode described in the first aspect,
In the fifth step, the mixed powder of the ceramic powder and the metal powder is put on the ceramic powder in such a mixing ratio that the ratio of the metal powder to the ceramic powder gradually increases from the boundary with the ceramic powder. At the end, we put a simple metal powder,
In the sixth step, the conductor is erected on the ceramic powder, the mixed powder and the metal powder by inserting the lower part of the conductor through the ceramic powder, the mixed powder and the metal powder. The method of manufacturing an integrated reference electrode characterized by the above.

本態様によれば、当該一体型参照電極を軽水炉等の所定箇所に設置するに当たり、金属粉末を加圧して形成した金属部分を介してロウ付け等により設置箇所の金属に容易かつ安定的に固着することができる。   According to this aspect, when the integrated reference electrode is installed at a predetermined location such as a light water reactor, it is easily and stably fixed to the metal at the installation location by brazing or the like through a metal portion formed by pressing metal powder. can do.

本発明の第3の態様は、
第1または第2の態様に記載する作製方法により作製したことを特徴とする一体型参照電極にある。
The third aspect of the present invention is:
An integrated reference electrode manufactured by the manufacturing method described in the first or second aspect.

本態様に係る一体型参照電極は、第1または第2の態様に示す所定の工程で圧縮して一体化されたセラミックス粉末および金属粉末を前記導線の軸方向に加圧した状態で各部の境界部分の隙間等を完全に除去して一体化しているので、金属とその酸化物の粉末である酸化物金属粉末とを材料とする金属酸化物電極およびセラミックス粉末を完全な一体物として製造した一体型参照電極となっている。この結果、長期間放射線環境下で使用しても機械的な強度が損なわれることはなく、長期に亘り安定した参照電極としての機能を維持し得る。   The integrated reference electrode according to the present aspect includes a boundary between parts in a state where the ceramic powder and the metal powder compressed and integrated in the predetermined step shown in the first or second aspect are pressed in the axial direction of the conductor. Since the gap between the parts is completely removed and integrated, a metal oxide electrode and ceramic powder made of a metal and an oxide metal powder, which is a powder of the oxide thereof, are manufactured as a complete integrated body. It is a body-shaped reference electrode. As a result, even when used in a radiation environment for a long time, the mechanical strength is not impaired, and the function as a stable reference electrode can be maintained for a long time.

本発明によれば、各種材料を加熱・圧縮して一致化して所定の一体型参照電極を作製しているので、長期間放射線環境下で使用しても機械的な強度が損なわれることのなく、長期に亘り安定した参照電極としての機能を維持し得る一体型参照電極を容易に得ることができる。   According to the present invention, a predetermined integrated reference electrode is manufactured by heating and compressing various materials to be matched, so that mechanical strength is not impaired even when used in a radiation environment for a long time. Thus, an integrated reference electrode that can maintain the function as a stable reference electrode over a long period of time can be easily obtained.

本発明の実施の形態に係る一体型参照電極を概念的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows notionally the integrated reference electrode which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る一体型参照電極の作製に用いる治具を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the jig | tool used for preparation of the integrated reference electrode which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る一体型参照電極の作製工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of the integrated reference electrode which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る一体型参照電極の作製工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of the integrated reference electrode which concerns on embodiment of this invention. 従来技術に係る一体型参照電極の作製工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of the integrated reference electrode which concerns on a prior art.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図1は本発明の実施の形態に係る一体型参照電極を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本形態に係る一体型参照電極Iは、金属酸化物電極(以下、M/O電極)2をセラミックス1で覆合して、後に詳述する作製方法により一体化したものである。M/O電極2は、例えば金属粉末であるNi粉末と、その酸化物の金属酸化物粉末であるNiO粉末とを混合して加熱、加圧することにより一体化されている。また、セラミックス1は、例えばイットリア安定化ジルコニア(YSZ)で作製している。ここで、M/O電極2には導線4が接続してある。したがって、M/O電極2が検出する電位情報は導線4を介して外部に取り出される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing an integrated reference electrode according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, an integrated reference electrode I according to this embodiment is formed by covering a metal oxide electrode (hereinafter referred to as an M / O electrode) 2 with a ceramic 1 and integrating it by a manufacturing method described in detail later. Is. The M / O electrode 2 is integrated by, for example, mixing Ni powder, which is a metal powder, and NiO powder, which is a metal oxide powder of the oxide, by heating and pressing. The ceramic 1 is made of, for example, yttria stabilized zirconia (YSZ). Here, a conductive wire 4 is connected to the M / O electrode 2. Therefore, the potential information detected by the M / O electrode 2 is extracted to the outside through the lead wire 4.

導線4が接続された側のセラミックス1の面には導線4に軸方向に沿って伸びる接続部3が形成されている。接続部3も、後に詳述する一体型参照電極Iの作製方法により作製され、M/O電極2に一体化されており、セラミックス層3A、混合層3B、金属層3Cの3層からなる。セラミックス層3Aはセラミックス1と同材料のセラミックス粉末を加圧・加熱して形成したものである。同様に、混合層3Bはセラミックス1と同材料のセラミックス粉末とM/O電極2と同材料の金属粉末との混合粉末を加圧・加熱して形成したものである。さらに、金属層3CはM/O電極2と同材料の金属粉末を加圧・加熱して形成したものである。   A connecting portion 3 extending along the axial direction of the conductive wire 4 is formed on the surface of the ceramic 1 to which the conductive wire 4 is connected. The connecting portion 3 is also produced by a method for producing the integrated reference electrode I, which will be described in detail later, and is integrated with the M / O electrode 2, and is composed of three layers of a ceramic layer 3A, a mixed layer 3B, and a metal layer 3C. The ceramic layer 3A is formed by pressing and heating ceramic powder of the same material as the ceramic 1. Similarly, the mixed layer 3B is formed by pressing and heating a mixed powder of a ceramic powder of the same material as the ceramic 1 and a metal powder of the same material as the M / O electrode 2. Further, the metal layer 3C is formed by pressurizing and heating metal powder of the same material as the M / O electrode 2.

なお、図1にはセラミックス層3A、混合層3B、金属層3Cを三層に明確に分離して示したが、実際にはセラミックス層3AのM/O電極2側の端面から金属層3Cの混合層3Bと反対側の端面に向けてセラミックス粉末に対する金属粉末の割合が漸増するように両者を混合してある。すなわち、セラミックス層3AのM/O電極2側の端面ではセラミックス粉末が100%であるが、金属層3Cに向けて金属粉末の割合が漸増し、金属層3Cの混合層3Bと反対側の端面では金属粉の割合が100%になるように調整してある。   In FIG. 1, the ceramic layer 3A, the mixed layer 3B, and the metal layer 3C are clearly separated into three layers, but actually, the metal layer 3C is separated from the end surface of the ceramic layer 3A on the M / O electrode 2 side. Both are mixed so that the ratio of the metal powder to the ceramic powder gradually increases toward the end surface opposite to the mixed layer 3B. That is, the ceramic powder is 100% at the end face on the M / O electrode 2 side of the ceramic layer 3A, but the ratio of the metal powder gradually increases toward the metal layer 3C, and the end face of the metal layer 3C opposite to the mixed layer 3B. Then, it has adjusted so that the ratio of metal powder may be 100%.

かかる一体型参照電極Iでは、後述する所定の工程で圧縮して一体化されたセラミックス1の粉末と、金属およびその酸化物の粉末とを加圧・加熱した状態で各部の境界部分の隙間等を完全に除去して一体化しているので、セラミックス1とM/O電極2とを、従来技術に係る図5に示すような覆合部材03で一体化することなく完全な一体物として製造することができる。この結果、長期間放射線環境下で使用しても機械的な強度が損なわれることはなく、長期に亘り安定した参照電極としての機能を維持し得る。   In such an integrated reference electrode I, the gap between the boundary portions of each part in a state in which the powder of the ceramic 1 compressed and integrated in a predetermined process described later and the powder of the metal and its oxide are pressed and heated. Since the ceramics 1 and the M / O electrode 2 are integrated with the covering member 03 as shown in FIG. 5 according to the prior art, the ceramic 1 and the M / O electrode 2 are manufactured as a complete integrated body. be able to. As a result, even when used in a radiation environment for a long time, the mechanical strength is not impaired, and the function as a stable reference electrode can be maintained for a long time.

図2は本発明の実施の形態に係る一体型参照電極の作製に用いる治具を示す説明図である。図2(a)にはダイス11を示す。このダイス11は開口部11Aが上方に開口する内部空間を有するとともに、開口部11Aの反対側の開口部を図2(b)に示す円柱状部材である底部材12で塞ぐようになっている。勿論、ダイス11は、それ自体が開口部11Aの反対側の開口を塞ぐ一体的な底部材を有する有底部材であっても良い。ここで、開口部11Aの内部空間の内径φ1は底部材12の外径φ2よりも若干大きくしてある。後に詳述するが、ダイス11に底部材12を挿入するに先立ち、ダイス11の内周面に遮蔽部材18(図3参照。以下同じ)を挿入する必要がある。そこで、この遮蔽部材18の厚さの分だけ内径φ1を外径φ2よりも大きくしてある。ただ、φ1≒φ2となっている。   FIG. 2 is an explanatory view showing a jig used for manufacturing an integrated reference electrode according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A shows the die 11. The die 11 has an internal space in which the opening 11A opens upward, and the opening on the opposite side of the opening 11A is closed with a bottom member 12 that is a cylindrical member shown in FIG. 2B. . Of course, the die 11 may itself be a bottomed member having an integral bottom member that closes the opening opposite to the opening 11A. Here, the inner diameter φ1 of the inner space of the opening 11A is slightly larger than the outer diameter φ2 of the bottom member 12. As will be described in detail later, prior to inserting the bottom member 12 into the die 11, it is necessary to insert a shielding member 18 (see FIG. 3; the same applies hereinafter) into the inner peripheral surface of the die 11. Therefore, the inner diameter φ1 is made larger than the outer diameter φ2 by the thickness of the shielding member 18. However, φ1≈φ2.

図2(c)には第1のパンチ13を示す。この第1のパンチ13は、外径φ2の円柱状部材でその一方の端面の中央部に凸部13Aが形成されている。図2(d)には第2のパンチ14を示す。この第2のパンチ14は、外径φ2の円筒状部材で、その内部空間14Aは内径φ3となっている。図2(e)には第3のパンチ15を示す。この第3のパンチ15は、外径φ2の円筒状部材で、その中心部に内径φ4の貫通孔15Aが形成されている。   FIG. 2C shows the first punch 13. The first punch 13 is a cylindrical member having an outer diameter φ2, and a convex portion 13A is formed at the center of one end face thereof. FIG. 2D shows the second punch 14. The second punch 14 is a cylindrical member having an outer diameter φ2, and the inner space 14A has an inner diameter φ3. FIG. 2E shows the third punch 15. The third punch 15 is a cylindrical member having an outer diameter φ2, and a through hole 15A having an inner diameter φ4 is formed at the center thereof.

図2(f)にはカーボンフェルト16を示す。このカーボンフェルト16は後述するプラズマ焼結(SPS)法により最終工程で一体型参照電極Iの加圧・加熱を行う際に熱を遮断して熱効率を向上させるためのものである。図2(f)には押圧治具17を示す。この押圧治具17はSPS法により最終的に一体型参照電極Iの加圧を行う際に一体型参照電極Iを上下両側からで挟んで加圧するためのものである。   FIG. 2 (f) shows the carbon felt 16. The carbon felt 16 is used to improve heat efficiency by shutting off heat when the integrated reference electrode I is pressed and heated in the final step by a plasma sintering (SPS) method described later. FIG. 2F shows the pressing jig 17. The pressing jig 17 is used to press the integrated reference electrode I from above and below when the integrated reference electrode I is finally pressed by the SPS method.

図3および図4は、本発明の実施の形態に係る一体型参照電極の作製工程を示す説明図である。同図に基づき本形態に係る一体型参照電極の作製方法を説明する。   FIG. 3 and FIG. 4 are explanatory views showing a manufacturing process of the integrated reference electrode according to the embodiment of the present invention. A method for manufacturing an integrated reference electrode according to this embodiment will be described with reference to FIG.

<第1の工程>
ダイス11を用意し(図3(a)参照)、円筒状に成形した遮蔽部材18をダイス11の内周面に当接させてセットする(図3(b)参照)とともに、平板状の遮蔽部材19を上面に貼り付けた底部材12をダイス11の内部空間に下方から挿入する(図3(c)参照)。かかる状態で開口部11Aを介して一体型参照電極Iのセラミックス1(図1参照、以下同じ)となるセラミックス粉末(例えば、イットリア安定化ジルコニア粉末)20を開口部11Aからダイス11の内部空間に充填する(図3(d))。ここで、遮蔽部材18,19は、ダイス11とセラミックス粉末20とが直接接触して反応することを防止すべく両者を隔離するためのものである。したがって、ダイス11がグラファイト製である場合には、遮蔽部材18,19は窒化ホウ素で作製するのが好ましい。なお、本形態では、平板状の遮蔽部材18,19を用いたが、これは、例えば窒化ホウ素を含む液体をダイス11の内周面や底部材12の表面に塗布することによっても代替し得る。
<First step>
A die 11 is prepared (see FIG. 3A), a cylindrically shaped shielding member 18 is set in contact with the inner peripheral surface of the die 11 (see FIG. 3B), and a flat plate-shaped shield is provided. The bottom member 12 with the member 19 attached to the upper surface is inserted into the internal space of the die 11 from below (see FIG. 3C). In this state, ceramic powder (for example, yttria-stabilized zirconia powder) 20 that becomes the ceramic 1 of the integrated reference electrode I (see FIG. 1, the same applies hereinafter) 20 is passed through the opening 11A from the opening 11A to the internal space of the die 11. Fill (FIG. 3 (d)). Here, the shielding members 18 and 19 are for isolating the die 11 and the ceramic powder 20 from each other to prevent direct contact and reaction. Therefore, when the die 11 is made of graphite, the shielding members 18 and 19 are preferably made of boron nitride. In this embodiment, the flat shielding members 18 and 19 are used. However, this can be replaced by applying a liquid containing boron nitride to the inner peripheral surface of the die 11 or the surface of the bottom member 12, for example. .

<第2の工程>
凸部13Aを下にして第1のパンチ13を、ダイス11の開口部11Aからダイス11の内部空間内に挿入する(図3(e)参照)。その後、第1のパンチ13を下降させることによりセラミックス粉末20を圧縮するとともに凸部13Aに対応する凹部20Aを形成する(図3(f)参照)。
<Second step>
The first punch 13 is inserted into the internal space of the die 11 from the opening 11A of the die 11 with the convex portion 13A facing downward (see FIG. 3E). Thereafter, the ceramic powder 20 is compressed by lowering the first punch 13 and a recess 20A corresponding to the protrusion 13A is formed (see FIG. 3F).

<第3の工程>
凹部20Aの開口部に連通する内部空間を有する筒状部材である第2のパンチ14を、ダイス11の開口部11Aを介してダイス11の内部空間に挿入し、かつ下降させることにより第2のパンチ14の内部空間が凹部20Aに連通してその上方に位置するように設置する(図3(g)参照)。ここで、内径φ3が凹部20Aの開口部の幅とほぼ等しくなっている。
<Third step>
The second punch 14, which is a cylindrical member having an internal space communicating with the opening of the recess 20 </ b> A, is inserted into the internal space of the die 11 through the opening 11 </ b> A of the die 11, and is lowered to move the second punch 14. The punch 14 is installed so that the internal space thereof communicates with the recess 20A and is positioned above the recess 20A (see FIG. 3G). Here, the inner diameter φ3 is substantially equal to the width of the opening of the recess 20A.

<第4の工程>
第2のパンチ14の開口部から金属酸化物電極の成分となる金属(例えば、Ni)とその金属酸化物(例えば、NiO)の混合粉末である金属粉末21を投入する(図3(h)参照)。この結果、凹部20Aに金属粉末21が充填される(図4(a)参照)。
<4th process>
A metal powder 21 which is a mixed powder of a metal (for example, Ni) and a metal oxide (for example, NiO) serving as a component of the metal oxide electrode is introduced from the opening of the second punch 14 (FIG. 3 (h)). reference). As a result, the recess 20A is filled with the metal powder 21 (see FIG. 4A).

<第5の工程>
ダイス11の開口部11Aから、さらにセラミックス粉末22を投入して金属粉末21の上を覆う(図4(b)参照)。
<Fifth step>
Ceramic powder 22 is further introduced from the opening 11A of the die 11 to cover the metal powder 21 (see FIG. 4B).

<第6の工程>
上記第5の工程で投入したセラミックス粉末22を貫通して金属粉末21に電極となる導線4の下部を挿入する(図4(c)参照)。このことにより導線4を金属粉末21に立設する。その後、セラミックス粉末22の表面を遮蔽部材23で覆う(図4(d)参照)。
<Sixth step>
The lower part of the conducting wire 4 serving as an electrode is inserted into the metal powder 21 through the ceramic powder 22 introduced in the fifth step (see FIG. 4C). As a result, the conductor 4 is erected on the metal powder 21. Thereafter, the surface of the ceramic powder 22 is covered with a shielding member 23 (see FIG. 4D).

<第7の工程>
導線4を内径φ4の貫通孔15Aに挿通させた第3のパンチ15を、ダイス11の開口部11Aを介してダイス11の内部空間に挿入し、かつ下降させることにより第3のパンチ15で、上記第5の工程で投入したセラミックス粉末22を圧縮する(図4(e)参照)。ここで、貫通孔15Aの内径φ4は導線4の外径とほぼ等しく形成されている。
<Seventh step>
The third punch 15 in which the lead wire 4 is inserted into the through hole 15A having the inner diameter φ4 is inserted into the internal space of the die 11 through the opening 11A of the die 11 and is lowered, thereby lowering the third punch 15 by The ceramic powder 22 charged in the fifth step is compressed (see FIG. 4E). Here, the inner diameter φ4 of the through hole 15A is formed to be substantially equal to the outer diameter of the conducting wire 4.

<第8の工程>
上記第1〜第7の工程で圧縮して一体化されたセラミックス粉末20,22および金属粉末を導線4の軸方向に加圧した状態で焼成して一体化する。かかる加圧、加熱焼成は、SPS法により行う。具体的には遮熱用のカーボンフェルト16で治具部分を取り囲み、押圧治具17で第3のパンチ15の上面および底部材12の下面を挟んで加圧し、放電プラズマにより加熱して一体化する(図4(f)、(g)参照)。
<Eighth process>
The ceramic powders 20 and 22 compressed and integrated in the first to seventh steps and the metal powder are fired and integrated in a state of being pressed in the axial direction of the conductive wire 4. Such pressurization and heat firing are performed by the SPS method. Specifically, the jig part is surrounded by the carbon felt 16 for heat insulation, the pressing jig 17 presses the upper surface of the third punch 15 and the lower surface of the bottom member 12, and is heated and integrated by discharge plasma. (See FIGS. 4F and 4G).

<接続部の作製工程>
図1に示す接続部3を形成する場合には、上記第5の工程においてセラミックス粉末22の上に、セラミックス粉末22との境界からセラミックス粉末22に対する金属粉末の割合が、徐々に大きくなるような混合割合でセラミックス粉末22と金属粉末との混合粉末を投入するとともに、最後は金属粉末の単体を投入し、上記第6の工程でセラミックス粉末22、前記混合粉末および前記金属粉末を貫通して導線4の下部を挿入することにより導線4を、セラミックス粉末22、前記混合粉末および前記金属粉末に立設して上記第7および第8の工程に示した態様でのSPS法による加圧・加熱処理を行なえば良い。
<Production process of connection part>
In the case of forming the connection portion 3 shown in FIG. 1, the ratio of the metal powder to the ceramic powder 22 gradually increases on the ceramic powder 22 from the boundary with the ceramic powder 22 in the fifth step. A mixed powder of the ceramic powder 22 and the metal powder is added at a mixing ratio, and finally a simple metal powder is added, and in the sixth step, the ceramic powder 22, the mixed powder, and the metal powder are penetrated to conduct the wire. 4 is inserted into the ceramic powder 22, the mixed powder and the metal powder, and the pressure and heat treatment by the SPS method in the embodiment shown in the seventh and eighth steps. Should be done.

本発明は密閉された原子炉構造物の健全性を検出する必要がある原子力産業等の産業分
野において有効に利用することができる。
The present invention can be effectively used in industrial fields such as the nuclear power industry where it is necessary to detect the soundness of sealed reactor structures.

I 一体型参照電極
1 セラミックス
2 金属酸化物電極(M/O電極)
3 接続部
4 導線
11 ダイス
11A 開口部
13 第1のパンチ
13A 凸部
14 第2のパンチ
15 第3のパンチ
15A 貫通孔
20、22 セラミックス粉末
21 金属粉末
I Integrated reference electrode 1 Ceramics 2 Metal oxide electrode (M / O electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Connection part 4 Conductor 11 Dice 11A Opening part 13 1st punch 13A Convex part 14 2nd punch 15 3rd punch 15A Through-hole 20, 22 Ceramic powder 21 Metal powder

Claims (3)

筒状部材であるダイスの内部空間にセラミックス粉末を投入する第1の工程と、
中央部に凸部を有して前記内部空間に挿入可能に形成した第1のパンチを、前記ダイスの開口部を介して前記内部空間内に挿入し、かつ前記第1のパンチを下降させることにより前記セラミックス粉末を圧縮するとともに前記凸部に対応する凹部を形成する第2の工程と、
前記凹部の開口部に連通する内部空間を有する筒状部材である第2のパンチを、前記ダイスの開口部を介して前記ダイスの内部空間内に挿入し、かつ下降させることにより前記第2のパンチの前記内部空間が前記凹部に連通してその上方に位置するように設置する第3の工程と、
前記第2のパンチの開口部から金属酸化物電極の成分となる金属とその酸化物の粉末である金属粉末を投入する第4の工程と、
前記ダイスの前記開口部から、さらにセラミックス粉末を投入して前記金属粉末の上を覆う第5の工程と、
前記第5の工程で投入したセラミックス粉末を貫通して前記金属粉末に電極となる導線の下部を挿入することにより前記導線を前記金属粉末に立設する第6の工程と、
前記導線を貫通孔に挿通させた第3のパンチを、前記ダイスの開口部を介して前記ダイスの内部空間に挿入し、かつ下降させることにより前記第3のパンチで、前記第5の工程で投入したセラミックス粉末を圧縮する第7の工程と、
前記第1〜第7の工程で圧縮して一体化されたセラミックス粉末および金属粉末を前記導線の軸方向に加圧した状態で焼成して一体化する第8の工程とを有することを特徴とする一体型参照電極の作製方法。
A first step of introducing ceramic powder into the internal space of the die, which is a cylindrical member;
A first punch having a convex portion at the center and formed to be insertable into the internal space is inserted into the internal space through the opening of the die, and the first punch is lowered. A second step of compressing the ceramic powder and forming a recess corresponding to the protrusion;
A second punch, which is a cylindrical member having an internal space communicating with the opening of the concave portion, is inserted into the internal space of the die through the opening of the die and lowered to move the second punch. A third step of installing the internal space of the punch so as to communicate with the concave portion and be positioned above the concave portion;
A fourth step of introducing a metal which is a component of the metal oxide electrode and a metal powder which is a powder of the oxide from the opening of the second punch;
From the opening of the die, a fifth step of adding ceramic powder and covering the metal powder,
A sixth step of standing the conductive wire on the metal powder by inserting a lower portion of the conductive wire serving as an electrode into the metal powder through the ceramic powder charged in the fifth step;
In the fifth step, the third punch is inserted into the internal space of the die through the opening of the die and lowered by inserting the third punch into which the conductive wire is inserted into the through hole. A seventh step of compressing the ceramic powder charged;
And an eighth step of sintering and integrating the ceramic powder and metal powder compressed and integrated in the first to seventh steps in a state of being pressed in the axial direction of the conductive wire. A method for producing an integrated reference electrode.
請求項1に記載する一体型参照電極の作製方法において、
前記第5の工程において前記セラミックス粉末の上に、前記セラミックス粉末との境界から前記セラミックス粉末に対する金属粉末の割合が、徐々に大きくなるような混合割合でセラミックス粉末と金属粉末との混合粉末を投入するとともに、最後は金属粉末の単体を投入し、
前記第6の工程では前記セラミックス粉末、前記混合粉末および前記金属粉末を貫通して前記導線の下部を挿入することにより前記導線を、前記セラミックス粉末、前記混合粉末および前記金属粉末に立設することを特徴とする一体型参照電極の作製方法。
In the manufacturing method of the integrated reference electrode of Claim 1,
In the fifth step, the mixed powder of the ceramic powder and the metal powder is put on the ceramic powder in such a mixing ratio that the ratio of the metal powder to the ceramic powder gradually increases from the boundary with the ceramic powder. At the end, we put a simple metal powder,
In the sixth step, the conductor is erected on the ceramic powder, the mixed powder and the metal powder by inserting the lower part of the conductor through the ceramic powder, the mixed powder and the metal powder. A method for producing an integrated reference electrode.
請求項1または請求項2に記載する作製方法により作製したことを特徴とする一体型参照電極。
An integrated reference electrode manufactured by the manufacturing method according to claim 1.
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