摘要
铂因其熔点高、易提纯等良好的物理化学性质被广泛应用于铂电阻温度计的制作并进行高精度的温度测量。现行90国际温标规定标准铂电阻温度计（SPRT）为13.8033K~1234.93K之间重要的内插仪器之一，也是实现温标量值传递的必要仪器。在温度计的使用过程中，作为传感元件的铂丝会在不同热工况与氧气分压的变化下发生一系列氧化和分解反应，进而影响温度计的稳定性。目前大量工作已详细论述了空气环境下铂的氧化和分解过程，但针对低氧气分压下铂的氧化还原机理仍然缺少较为一致的阐述与系统全面的研究，且已有的氧化分解模型尚未通过微观实验给予证实。因此基于微观层面开展提升SPRT测温性能的氧化分解机理研究已成为当前重要议题之一。 本文进行了低氧气分压下铂的氧化和分解机理研究，其中包括20℃~420℃温区内Pt氧化实验，420℃~850℃温区内PtO2分解实验，并基于Pt氧化和PtO2分解实验的结果，选用六支新制标准铂电阻温度计进行20℃~650℃温区内的氧化实验，将低氧分压下铂的氧化分解过程与SPRT的阻值变化相联系，同时佐证Pt氧化实验和PtO2分解实验的现象和结论。此外，在实验过程中，我们首次在经过热处理后的铂丝表面发现了大量沿晶界和划痕生成的不规则颗粒和孔隙，本文对该现象以及析出颗粒可能会对铂丝电阻率造成的影响进行了描述。 结果表明：铂氧化依次生成二维PtO2、三维PtO2与PtO，并在材料表面形成氧化膜，氧化膜厚度与电阻变化量呈正比。氧气分压3kPa下，150℃铂丝表面已经生成二维PtO2氧化膜，230℃附近达到饱和状态，370℃附近二维PtO2开始分解，PtO则于420℃开始分解。氧气分压10kPa下，PtO2起始分解温度为560℃左右，而当氧气分压降低至3kPa时，PtO2起始分解温度提前至520℃。PtO2分解过程中伴随着PtO的持续生成，氧分压为3kPa时，PtO在700℃附近完全分解。此外，在对铂丝进行热处理时，部分处于亚稳定状态的原子受热活动加剧，在材料缺陷周围堆积并生长，根据外观和元素组成可大致分为Pt颗粒、杂质颗粒与PtO2颗粒。退火缓解了铂丝内部晶格缺陷，使位错密度降低，进一步导致铂丝电阻率的下降。
NETL