CN101967057A - 汽车氧传感器用的氧化锆基固体电解质粉料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气敏传感器制造领域，涉及制备汽车氧传感器关键材料之一的氧化锆基固体电解质陶瓷用的纳米级粉体材料及其制备方法。该材料以ZrOCl2·8H2O为主要原料，依次加入Y(NO3)3·6H2O、水、表面活性剂、分散剂，制成均匀混合溶液，然后滴加沉淀剂获得。本发明采用湿化学的共沉淀-凝胶方法，通过添加分散剂和表面活性剂，沉淀所得前躯体不用过滤和洗涤，在750-820℃温度下焙烧15-20分钟，即可获得不含单斜相，仅为立方相、10～20nm、低团聚的Y2O3完全稳定的ZrO2超细粉料，此粉料适于制备片式极限电流型汽车氧传感器用的氧化锆基固体电解质粉料。本发明工艺简单，成本低廉，制备出的陶瓷能满足极限电流型汽车传感器高性能、小型化、片式化的发展趋势。

Description

汽车氧传感器用的氧化锆基固体电解质粉料及其制备方法
技术领域
本发明属于气敏传感器制造领域，特别涉及制备汽车氧传感器关键材料之一的氧化锆基固体电解质陶瓷用的纳米级粉体材料制备方法。
技术背景
在汽车传感器应用方面，目前氧化锆型氧传感器约占整个氧传感器市场的99％，而其中又以氧化钇稳定型最为普遍。纯ZrO2在1100℃以下为单斜相，在1100～2300℃之间为四方相，2300℃以上为立方相。在这个相变过程中，由于伴随着巨大的体积变化而导致ZrO2的开裂，从而使纯ZrO2失去应用价值。目前，人们一般在ZrO2中掺入一定量的CaO、MgO、Y2O3或稀土氧化物，以使其立方相结构能够稳定到室温。
钇稳定立方相二氧化锆(YSZ)陶瓷是一种很好的高温(600～1000℃)氧离子导体材料，这一特点使ZrO2主要应用于氧传感器，燃料电池，氧泵和氧化气氛中的高温加热元件等领域。
获得二氧化锆材料的方法主要有化学法和电熔法。电熔法目前已实现产业化，中国发明专利CN1088623A，CN1059704A和CN1051304A都有所述及，但是在实际应用中，都存在煅烧温度高、能耗大、作业时间长、设备运行成本高和维护困难等难题。而使用化学法制备超细YSZ粉体以及后期进行低温烧结，在工业化生产中前景广阔。目前广泛采用的工业方法是共沉淀方法，即用二氯氧化锆水溶液加入氨，得到氢氧化锆沉淀，然后过滤、洗涤、焙烧、研磨。这种方法的缺点是制得的氢氧化物沉淀难以过滤，而且焙烧产物是过硬的团块，很难制备高分散性纳米粉。为了解决上述问题，在文献J.Euro.Soc.1996，16(4)：437-440中，Gao L等人用乳浊液法制备出12～14nm的四方相ZrO2(3Y)粉体，但是存在的问题是制备过程工艺复杂，并且需要加入污染环境的乳化剂Tween80和二甲苯有机溶剂。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种工艺简单，能在低温下焙烧出不含单斜相，仅为立方相、低团聚的、可用于制备片式车用氧传感器氧化锆基固体电解质粉料及其制备方法。
本发明的技术方案是：汽车氧传感器用的氧化锆基固体电解质粉料的制备方法，工艺步骤如下：
1.称取ZrOCl2·8H2O后加蒸馏水配制浓度为0.8～1mol/L的ZrOCl2水溶液，备用；
2.称取Y(NO3)3·6H2O，加蒸馏水配成溶液，备用；溶液浓度换算成Y2O3浓度为0.02g/ml；
3.将步骤2中的按Y2O3摩尔数占Y2O3-ZrO2总摩尔数为3％～5％的配比量取后加入到步骤1制备的ZrOCl2水溶液中，形成混合溶液；
4.在上述混合溶液中加入其体积为3％～8％的表面活性剂聚乙二醇，然后在温度50～70℃，再加入一定体积的分散剂，加热溶解到形成均匀的混合溶液；其中，所述分散剂的加入量为按合成1克氧化锆基固体电解质粉料添加质量浓度为5％分散剂0.05ml；
5.在不断搅拌下，向步骤4制备的混合液中滴加氨水，调节PH到8～9，形成白色溶胶；
6.将上述步骤5制备的白色溶胶陈化4～6小时，形成凝胶；
7.将凝胶置于80～100℃真空烘箱中烘干1小时，然后放入马弗炉中升温到400℃保温1～2小时后，取出研磨，而后再将粉料放入马弗炉中继续升温至750～820℃焙烧15～20分钟，最后随炉冷却至室温，即可得到团聚少的纳米级、纯立方相的氧化锆基固体电解质粉料。
进一步，所述表面活性剂为聚乙二醇400。
所述分散剂为所述分散剂为草酸。
所述沉淀剂为氨水。
本发明制备氧传感器用的纳米级氧化锆基固体电解质粉体方法具有以下优势：
1)本发明方法优势在于，在用共沉淀和溶胶凝胶相结合的方法制备纳米级氧化锆基固体电解质粉体工艺中，本发明制备前躯体凝胶并没有使用昂贵的醇盐，加入合适的表面活性剂和分散剂，一方面使Y(OH)3能均匀地沉淀在Zr(OH)4溶胶中，另一方面有效地防止了沉淀、成胶、凝胶、干燥和焙烧等过程造成的严重团聚，本发明方法工艺设备简单，成本低廉，还不使用有毒有机试剂，非常有利于粉体工业化生产；
2)本发明方法优势在于制备的凝胶，在820℃、15分钟即可焙烧出10～20nm左右、团聚少、纯立方相、膨松态的高活性粉料，此粉料可以满足制备片式氧传感器用的纳米级氧化锆基固体电解质粉体要求；
3)本发明方法的优势还在于对于凝胶中的Cl-不需要专门的工艺去除，Cl-可在后期煅烧过程中与其它有机物反应挥发去除，避免了凝胶需繁琐多次使用大量蒸馏水洗涤，同时使设备简化，既降低了成本又提高了效率。
附图说明
图1为本发明实施例1中5％(mol)Y2O3-ZrO2粉体的XRD物相分析。
图2为本发明实施例2中4％(mol)Y2O3-ZrO2粉体的XRD物相分析。
图3为本发明实施例3中3％(mol)Y2O3-ZrO2粉体的XRD物相分析。
实施例1：
以合成1克Y2O3含量为5％(mol)5YSZ材料为例。
用电子分析天平称取2.3852g的ZrOCl2·8H2O，加7.4ml的蒸馏水配成浓度为1mol/L溶液，待ZrOCl2·8H2O全部溶解后，加入4.4mlY2O3浓度为0.02g/ml的Y(NO3)3溶液，形成混合溶液；随后加入0.59ml占混合溶液体积为5％的聚乙二醇400，然后在温度50℃，再加入0.05ml质量浓度为5％草酸，加热熔解到形成均匀的混合溶液；最后在不断搅拌下，向混合液中滴加氨水调节PH为9，静置4小时使之成为白色凝胶；将凝胶置于90℃真空烘箱中烘干1小时，然后放入马弗炉中升温到400℃保温1小时后，取出研磨，而后再将粉料放入马弗炉中继续升温至820℃焙烧15分钟，最后随炉冷却至室温，即可得到白色膨松态的纳米级纯立方相的氧化锆基固体电解质粉料。XRD结果表明所得的5YSZ粉体为纯立方相结构。
实施例2：
以合成1克Y2O3含量为4％(mol)4YSZ材料为例。
用电子分析天平称取2.4297g的ZrOCl2·8H2O，加7.54ml的蒸馏水配成浓度为1mol/L溶液，待ZrOCl2·8H2O全部溶解后，加入3.55mlY2O3浓度为0.02g/ml的Y(NO3)3溶液，形成混合溶液；随后加入0.55ml占混合溶液体积为5％的聚乙二醇400，然后在温度60℃，再加入0.05ml质量浓度为5％草酸，加热溶解到形成均匀的混合溶液；而后按照实施例1的工艺步骤，即可得到白色膨松态的纳米级纯立方相的氧化锆基固体电解质粉料。XRD结果表明所得的4YSZ粉体为纯立方相结构。
实施例3：
以合成1克Y2O3含量为3％(mol)3YSZ材料为例。
用电子分析天平称取2.475g的ZrOCl2·8H2O，加7.7ml的蒸馏水配成浓度为1mol/L溶液，待ZrOCl2·8H2O全部溶解后，加入2.68mlY2O3浓度为0.02g/ml的Y(NO3)3溶液，形成混合溶液；随后加入0.52ml占混合溶液体积为5％的聚乙二醇400，然后在温度70℃，再加入0.05ml质量浓度为5％草酸，加热溶解到形成均匀的混合溶液；而后按照实施例1的工艺步骤，即可得到白色膨松态的纳米级纯立方相的氧化锆基固体电解质粉料。XRD结果表明所得的3YSZ粉体为纯立方相结构。

Claims (5)

1.一种汽车氧传感器用的氧化锆基固体电解质粉料，其特征在于，它的成分是由占95％～97％摩尔数的ZrO2和占3％～5％摩尔数的Y2O3组成。
2.根据要求1所述的氧传感器用的纳米级氧化锆基固体电解质粉料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)称取ZrOCl2·8H2O，加蒸馏水配制浓度为0.8～1mol/L的ZrOCl2水溶液，备用；
2)称取Y(NO3)3·6H2O，加蒸馏水配成溶液，备用；
3)将步骤2按Y2O3摩尔数占Y2O3-ZrO2总摩尔数为3％～5％的配比量取后加入到步骤1制备的ZrOCl2水溶液中，形成混合溶液；
4)在上述混合溶液中加入其体积为3％～8％的表面活性剂，然后在温度50～70℃，再加入一定体积的分散剂，加热溶解到形成均匀的混合溶液；其中，所述分散剂的加入量为按合成1克氧化锆基固体电解质粉料添加质量浓度为5％分散剂0.05ml；
5)在不断搅拌下，向步骤4制备的混合液中滴加沉淀剂，调节PH到8～9，形成白色溶胶；
6)将上述步骤5制备的白色溶胶陈化4～6小时，形成凝胶；
7)将凝胶置于80～100℃真空烘箱中烘干1小时，然后放入马弗炉中升温到400℃保温1～2小时后，取出研磨，而后再将粉料放入马弗炉中继续升温至750～820℃焙烧15～20分钟，最后随炉冷却至室温，即可得到团聚少的纳米级、纯立方相的氧化锆基固体电解质粉料。
3.根据权利要求2所述的氧传感器用的纳米级氧化锆基固体电解质粉料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为聚乙二醇400。
4.根据权利要求2所述的氧传感器用的纳米级氧化锆基固体电解质粉料的制备方法，其特征在于，所述分散剂为草酸。
5.根据权利要求2所述的氧传感器用的纳米级氧化锆基固体电解质粉料的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂为氨水。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105503181A (zh) * 2015-12-15 2016-04-20 东莞信柏结构陶瓷股份有限公司 氧化钇稳定的氧化锆粉体的制备方法
CN105624416A (zh) * 2015-12-30 2016-06-01 东北大学 一种用于金属熔体无污染脱氧的致密脱氧体及制备方法
CN107219286A (zh) * 2017-05-22 2017-09-29 东北大学 制备氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的方法
CN108467264A (zh) * 2018-03-06 2018-08-31 三祥新材股份有限公司 一种用于氧传感器的复合氧化锆粉
CN108503356A (zh) * 2018-05-22 2018-09-07 中国原子能科学研究院 一种氧化锆氧分析仪用锆管及其制备方法
CN113461051A (zh) * 2021-08-17 2021-10-01 焦作市维纳科技有限公司 一种纳米氧化锆粉体的制备方法
CN115974550A (zh) * 2018-12-27 2023-04-18 元颉新材料科技(浙江)有限公司 一种粒度D50小于100nm、四方晶相纳米掺杂氧化锆陶瓷粉材料的制备方法
CN116023133A (zh) * 2021-10-26 2023-04-28 国家能源投资集团有限责任公司 复合氧化锆粉体及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1374273A (zh) * 2001-03-08 2002-10-16 贵研铂业股份有限公司 氧化锆系列陶瓷粉末生产方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1374273A (zh) * 2001-03-08 2002-10-16 贵研铂业股份有限公司 氧化锆系列陶瓷粉末生产方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《现代技术陶瓷》 20011231 杨新春等 高浓度的水热法合成四方晶相的摩尔分数为3%的Y2O3-ZrO2微粉 第8-12页 , 第1期 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105503181A (zh) * 2015-12-15 2016-04-20 东莞信柏结构陶瓷股份有限公司 氧化钇稳定的氧化锆粉体的制备方法
CN105624416A (zh) * 2015-12-30 2016-06-01 东北大学 一种用于金属熔体无污染脱氧的致密脱氧体及制备方法
CN105624416B (zh) * 2015-12-30 2017-10-27 东北大学 一种用于金属熔体无污染脱氧的致密脱氧体及制备方法
CN107219286A (zh) * 2017-05-22 2017-09-29 东北大学 制备氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的方法
CN107219286B (zh) * 2017-05-22 2019-02-26 东北大学 制备氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的方法
CN108467264A (zh) * 2018-03-06 2018-08-31 三祥新材股份有限公司 一种用于氧传感器的复合氧化锆粉
CN108503356A (zh) * 2018-05-22 2018-09-07 中国原子能科学研究院 一种氧化锆氧分析仪用锆管及其制备方法
CN115974550A (zh) * 2018-12-27 2023-04-18 元颉新材料科技(浙江)有限公司 一种粒度D50小于100nm、四方晶相纳米掺杂氧化锆陶瓷粉材料的制备方法
CN115974550B (zh) * 2018-12-27 2023-11-28 元颉新材料科技(浙江)有限公司 一种粒度D50小于100nm、四方晶相纳米掺杂氧化锆陶瓷粉材料的制备方法
CN113461051A (zh) * 2021-08-17 2021-10-01 焦作市维纳科技有限公司 一种纳米氧化锆粉体的制备方法
CN116023133A (zh) * 2021-10-26 2023-04-28 国家能源投资集团有限责任公司 复合氧化锆粉体及其制备方法
CN116023133B (zh) * 2021-10-26 2024-04-05 国家能源投资集团有限责任公司 复合氧化锆粉体及其制备方法

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