CN101424656B - 氧传感器陶瓷感测头外电极双层多孔保护膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧传感器陶瓷感测头外电极双层多孔保护膜的制备方法，其中包括以下步骤：A、分别配制大尺寸颗粒保护膜前驱体浆料和小尺寸颗粒保护膜前驱体浆料；B、将氧传感器陶瓷感测头外电极先浸入大尺寸颗粒保护膜前驱体浆料中1分钟，取出并在100～300℃温度下干燥，然后再浸入小尺寸颗粒保护膜前驱体浆料中1分钟，取出并在100～300℃温度下干燥；C、将上述氧传感器陶瓷感测头置于隧道窑中，在900～1100℃下高温烧结4～6小时，随炉冷却。与现有技术相比本发明从根本上解决了车用氧传感器的陶瓷感测头电极因汽车尾气排放污染而导致的使用寿命变短和电极保护膜易剥落的问题。
Description
技术领域：
本发明涉及车用氧传感器陶瓷感测头，特别是一种车用氧传感器陶瓷感测头表面电极双层多孔保护膜的制备方法。
背景技术：
氧传感器是闭环控制的汽车发动机电喷系统(EMS)的核心部件之一，安装在汽车发动机排气管上，用于检测发动机排出废气中氧的残留量。
氧传感器在使用过程中，易受汽油燃烧产物的侵蚀和污染，如碳和颗粒沉积于电极表面，会造成多孔电极的孔隙堵塞，阻止废气与电极面的接触，从而失去反应的三相界面；另外，汽油燃烧后所产生的硫化物和热冲击对陶瓷感测头表面的腐蚀和破坏亦是一个不容忽视的问题，这些因素都将造成氧传感器陶瓷感测头表面电极“中毒”现象，降低响应速度和信号输出灵敏度，从而缩短氧传感器的使用寿命。
目前，在电极表面制备单层多孔陶瓷保护膜的方法主要有火焰喷涂、电浆喷涂、电弧喷涂、爆震喷涂等。虽然此类方法具有耐磨耗、阻热、耐腐蚀的优点，但因其设备成本高、场地要求特殊、使用工作温度高、工艺流程繁琐、污染物较多、良品率不易控制、操作人员须经过特殊培训、设备需定期保养等外在因素，限制了其在工业批量生产中的应用。同时，此类方法并不能完全阻止积碳、颗粒和废气物对电极面的污染，因此会导致电极不能得到最有效的保护。若无保护膜则电极表面容易因热冲击与积碳等问题造成剥落与降低响应速度和信号输出灵敏度。
发明内容：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氧传感器陶瓷感测头外电极双层多孔保护膜的制备方法，以解决现有单层保护膜所存在的电极寿命短、效率低、保护膜易剥落等不良问题。
为实现上述目的，本发明主要采用以下技术方案：
一种氧传感器陶瓷感测头外电极双层多孔保护膜的制备方法，其中包括以下步骤：
A、分别配制大尺寸颗粒保护膜前驱体浆料和小尺寸颗粒保护膜前驱体浆料；
B、将氧传感器陶瓷感测头外电极先浸入大尺寸颗粒保护膜前驱体浆料中1分钟，取出并在100～300℃温度下干燥，然后再浸入小尺寸颗粒保护膜前驱体浆料中1分钟，取出并在100～300℃温度下干燥；
C、将上述氧传感器陶瓷感测头置于隧道窑中，在900～1100℃下高温烧结4～6小时，随炉冷却。
步骤A具体包括：
A1、取质量百分比：大颗粒氧化铝粉末60％，纯水30％，高温粘结剂5％和低温粘结剂5％均匀混合后，充分搅拌，制成大尺寸颗粒保护膜前驱体浆料；
A2、取质量百分比：小颗粒氧化铝粉末60％，纯水30％，高温粘结剂5％和低温粘结剂5％均匀混合后，充分搅拌，制成小尺寸颗粒保护膜前驱体浆料。
所述大尺寸颗粒保护膜前驱体浆料中颗粒粒径范围为10～40μm；所述小尺寸颗粒保护膜前驱体浆料中颗粒粒径范围为0.5～2μm。
步骤A和步骤B之间还包括：
将氧传感器陶瓷感测头外电极清洗干净，并在100～150℃温度下干燥。
所述高温粘结剂优选为硅酸乙酯。
所述低温粘结剂优选为聚乙烯醇。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明氧传感器陶瓷感测头外电极为双层多孔保护膜结构，其中小颗粒尺寸的多孔保护膜包覆于大颗粒尺寸保护膜的外层，从而使孔隙不被堵塞而且均匀分散于两保护膜的间隙之中。
2、氧传感器使用过程中，废气中的污染物易于被小颗粒尺寸的保护膜所捕获，从而阻止其对电极的损伤。同时，沉积于外层保护膜的污染物颗粒可以在汽车的振动过程中脱落，难于阻塞外层孔隙，并有利于电极表面与废气之间的互相接触，以达到应有的响应速度和信号输出灵敏度。
3、与单层多孔保护膜相比，本发明采用双层多孔保护膜增强了与电极表面的粘结强度，有效降低了保护膜剥落几率。
附图说明：
图1为本发明双层多孔保护膜氧传感器陶瓷感测头的立体示意图。
图2为本发明陶瓷感测头的剖面示意图。
图中标识说明：管形固体电解质基体1、多孔电极保护膜2、内电极3、陶瓷固体电解质4、外电极5、内层电极保护膜6、外层电极保护膜7。
具体实施方式：
本发明的核心思想是：首先分别配置大尺寸颗粒保护膜前驱体浆料和小尺寸颗粒保护膜前驱体浆料，然后将氧传感器陶瓷感测头外电极先浸泡在大尺寸颗粒保护膜前驱体浆料中，烘干后形成第一层电极保护膜；然后再将其浸泡在小尺寸颗粒保护膜前驱体浆料中，烘干后形成第二层电极保护膜，然后将该氧传感器陶瓷感测头进行高温烧结，最后得到具有双层多孔电极保护膜的陶瓷响应感测头。
为阐述本发明的思想及目的，下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1～图2所示，本发明所述的双层多孔保护膜的氧传感器陶瓷感测头主要包括管形固体电解质基体1和在其外部电极上设置的多孔电极保护膜2，其中所述管形固体电解质基体1主要由内电极3、陶瓷固体电解质4和外电极5构成，而在外电极5的外侧包覆有内层电极保护膜6，在内层电极保护膜6外侧还包覆有外层电极保护膜7。
本发明提供了一种氧传感器陶瓷感测头外电极双层多孔保护膜的制备方法，其中包括以下步骤：
一种氧传感器陶瓷感测头外电极双层多孔保护膜的制备方法，其中包括以下步骤：
A、分别配制大尺寸颗粒保护膜前驱体浆料和小尺寸颗粒保护膜前驱体浆料；
其中步骤A具体包括：
A1、取质量百分比：大颗粒氧化铝粉末60％，纯水30％，高温粘结剂5％和低温粘结剂5％均匀混合后，充分搅拌，制成大尺寸颗粒保护膜前驱体浆料；
A2、取质量百分比：小颗粒氧化铝粉末60％，纯水30％，高温粘结剂5％和低温粘结剂5％均匀混合后，充分搅拌，制成小尺寸颗粒保护膜前驱体浆料。
这里的高温粘结剂优选为饱和状态的硅酸乙酯溶液，低温粘结剂优选为饱和状态的聚乙烯醇溶液。
而上述氧化铝粉末首先进行喷雾造粒，然后再通过粒径筛选机将其分成粒径为10～40μm大颗粒和粒径为0.5～2μm小颗粒两种，再通过磅秤称取一定量的氧化铝粉末和纯水放入搅拌器中搅拌均匀。
B、将氧传感器陶瓷感测头外电极先浸入大尺寸颗粒保护膜前驱体浆料中1分钟，取出并在100～300℃温度下干燥，然后再浸入小尺寸颗粒保护膜前驱体浆料中1分钟，取出并在100～300℃温度下干燥；
首先将氧传感器陶瓷感测头外电极浸入大尺寸颗粒保护膜前驱体浆料中半分钟到1分钟，然后取出，并在100～300℃温度下充分干燥，形成厚度为100～150μm，孔隙率为40～50％的第一层电极保护膜(内层电极保护膜)；然后将干燥后的氧传感器陶瓷感测头外电极再浸入小尺寸颗粒保护膜前驱体浆料中半分钟到1分钟，然后取出，并在100～300℃温度下充分干燥，形成厚度为100～150μm，孔隙率为40～50％的第二层电极保护膜(外层电极保护膜)，这里的第二层电极保护膜包覆于第一层电极保护膜上。
C、将上述氧传感器陶瓷感测头置于隧道窑中，在900～1100℃下高温烧结4～6小时，随炉冷却。
当氧传感器陶瓷感测头外电极外侧形成上述两侧电极保护膜后，则将其放置在隧道窑中，并在900～1100℃下高温烧结4～6小时，然后随炉冷却，最终得到成品。
本发明从根本上解决了车用氧传感器的陶瓷感测头电极因汽车尾气排放污染、而导致的使用寿命变短和电极保护膜易剥落的问题。本发明整个工艺流程快且稳定，可与自动化生产线互相结合，减少了加工过程中人为因素的影响，而且所成型的电极保护膜孔隙率及厚度可控，与基体结合强度高。
以上是对本发明所提供的一种氧传感器陶瓷感测头外电极双层多孔保护膜的制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种氧传感器陶瓷感测头外电极双层多孔保护膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
A、分别配制粒径为10～40μm的颗粒保护膜前驱体浆料和粒径为0.5～2μm的颗粒保护膜前驱体浆料；
B、将氧传感器陶瓷感测头外电极先浸入粒径为10～40μm的颗粒保护膜前驱体浆料中1分钟，取出并在100～300℃温度下干燥，然后再浸入粒径为0.5～2μm的颗粒保护膜前驱体浆料中1分钟，取出并在100～300℃温度下干燥；
C、将上述氧传感器陶瓷感测头置于隧道窑中，在900～1100℃下高温烧结4～6小时，随炉冷却。
2.根据权利要求1所述的氧传感器陶瓷感测头外电极双层多孔保护膜的制备方法，其特征在于步骤A具体包括：
A1、取质量百分比：粒径为10～40μm的氧化铝粉末60％，纯水30％，高温粘结剂5％和低温粘结剂5％均匀混合后，充分搅拌，制成大尺寸颗粒保护膜前驱体浆料；
A2、取质量百分比：粒径为0.5～2μm的氧化铝粉末60％，纯水30％，高温粘结剂5％和低温粘结剂5％均匀混合后，充分搅拌，制成小尺寸颗粒保护膜前驱体浆料。
3.根据权利要求1所述的氧传感器陶瓷感测头外电极双层多孔保护膜的制备方法，其特征在于步骤A和步骤B之间还包括：
将氧传感器陶瓷感测头外电极清洗干净，并在100～150℃温度下干燥。
4.根据权利要求2所述的氧传感器陶瓷感测头外电极双层多孔保护膜的制备方法，其特征在于所述高温粘结剂优选为硅酸乙酯。
5.根据权利要求2所述的氧传感器陶瓷感测头外电极双层多孔保护膜的制备方法，其特征在于所述低温粘结剂优选为聚乙烯醇。
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