CN102719218B - 改进固紧特性的车载气体传感器密封材料 - Google Patents

Abstract

本专利发明了一种可改进固紧特性的车载气体传感器密封材料，所述密封材料配方包含至少60%的滑石粉和不多于40%的具有不可逆转热膨胀性的无机材料添加剂。密封材料中的其它成分可能有粘合剂、润滑剂、或其它材料。把传感器密封件装配并压紧后，对其进行热处理，具有不可逆转热膨胀性的无机材料添加剂将使密封材料膨胀，在传感单元周边产生均匀的固紧力，该固紧力比初始轴向压缩产生的固紧力更大。因此，本发明的密封材料具有更好的固紧特性。

Description

改进固紧特性的车载气体传感器密封材料

技术领域

本发明涉及一种密封材料，尤其涉及一种可改进固紧特性的车载气体传感器密封材料。

背景技术

目前大多数车载气体传感器密封件的主要原材料是滑石粉（talc），再加上一些添加剂，例如低熔点玻璃，氮化硼（boron nitride），非有机氟化物（inorganic fluoride compounds） 等。 这些添加剂的目的是改进密封材料的密封特性。另外，氮化硼也可以单独作为密封材料。

车载尾气气体传感器的密封件防止尾气和其它污染物泄漏到传感器的大气端，而这些泄漏是气体传感器失效的重要原因。在传感器装配时需要完成传感器密封过程，该过程要加压缩力到密封材料，把密封材料挤压到传感器壳体里的上下衬套之间。 压缩力除了压实密封材料外，还强迫密封材料侧向扩张，从而把密封材料紧密地压附在传感器壳体上和传感单元周边。如果传感器传感单元被压得太紧，特别是加在传感单元的压紧力不均匀的话，传感器单元在装配或使用时会被损伤。 当传感器在恶劣的机械或大气环境使用时，损伤更容易产生。

由于密封材料的流动性非常有限，而压缩方向又垂直于密封材料流动方向，要在严格控制的条件下施加足够大的压缩力，才能保证气体传感器密封效果好，同时对传感单元产生足够的固紧力。在任何局部地区压缩力还不能过量，才不会使传感单元产生裂纹或损伤。

压紧密封材料后，还要对密封材料进行热处理。 热处理过程是要除去滑石粉（talc）晶体结构中（以及吸收在其它材料里）的有机杂质和水分，但是该过程也会降低加在传感单元上的压缩力。另外，传感器使用过程中经历的温度循环也会慢慢减少加在传感单元上的压缩力。这两个减少压缩力的因素都可能降低对传感单元固紧，从而产生传感器失效。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有密封材料缺点，在密封材料中加入具有不可逆转热膨胀性的无机材料添加剂，这些具有不可逆转热膨胀性添加剂在热处理时会自然膨胀，从而在传感单元周边产生均匀的横向紧固力，并且，在传感器整个使用寿命里，这样的压缩力比传统密封材料产生的紧固力更加稳定。

本发明的密封材料按重量百分比计算的配方包括至少60%的滑石粉（talc），不多于40%的具有不可逆转热膨胀性的无机材料添加剂。密封材料中的其它成分可能有粘合剂、润滑剂、或其它材料。 

本发明所述具有不可逆转热膨胀性的无机材料添加剂的平均粒径大于或等于20 小于或等于 60 μm；所述的具有不可逆转热膨胀性无机材料添加剂最好是采用蛭石（Vermiculite），其不可逆转体积热膨胀率可以达到50%。蛭石的热膨胀是由层间结构的可剥离性而产生的，因此它的热膨胀只发生在层间方向，而不是体积三维方向。 它的体积膨胀率大约为层间线性膨胀率的三分之一。

本发明所述的粘合剂可能是聚乙二醇（Polyethylene glycol）。

本发明所述的润滑剂可能是镁硬脂酸盐（Magnesium stearate）。

本发明所述的其它材料可能是低熔点玻璃颗粒。

本发明所述滑石粉（talc）的主颗粒平均相当球型颗粒直径不超过 20 μm。

本发明所述蛭石颗粒的平均相当球型颗粒直径在20 到 60 μm 之间。

本发明所述具有不可逆转热膨胀性的无机材料添加剂的实际用量需要根据添加剂的体积热膨胀率和气体传感器的具体设计来调整，其用量应该按如下方式来决定：加入具有不可逆转热膨胀性的无机材料添加剂后，密封材料总热膨胀率在0.5%到5%之间。 

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明所述密封材料的制备和使用程序是，先把各种原材料完全均和在一起，然后，研磨均和后的材料，最终使其成为具有一定流动性的粉料。 其后，可以把密封粉料压制成适合传感器套装空间的预制片（preform），也可以在传感器装配时，直接把密封粉料灌注在传感器壳体中。如果要压制成预制片，下一步就可以把密封粉料焙烧至足够高的温度，以去除其中的有机杂质和水分。焙烧温度不能太高，以防止损坏滑石粉和其它添加剂的晶体结构，也不能使密封材料产生烧结或使材料颗粒的排列产生变化，同时不能使无机材料添加剂出现热膨胀。 如果现有设备不能满足这样的要求，该焙烧过程可以等到装配后进行。下一步要把预制片装入传感器壳体里的前端陶瓷衬套上面，再把后端陶瓷衬套装在预制片上面，就可以进行加压密封工序。此后，要完成密封件在传感器壳体里最后紧固定位工序，该工序包括对半装配品进行热处理，以使无机材料添加剂产生热膨胀，同时除去剩余的有机杂质和水份。  最后，完成其它装配工序。

如果直接使用密封粉料的话，首先把粉料灌注在前端陶瓷衬套上、介于传感单元和壳体之间的缝隙中，然后放入后端陶瓷衬套，就可以进行加压密封。  灌入密封粉料到加压密封的过程也可以分多步完成，每步加压至一定压力，最后再用高压彻底完成压紧。压紧后，把传感器壳体扣压在后端陶瓷衬套上，以使密封件在传感器壳体里被固紧住。这时就需要对半装配品进行热处理，以使无机材料添加剂产生热膨胀，同时除去剩余的有机杂质和水份。最后，完成其它装配工序。

不管是直接使用密封粉料，还是使用预制片来完成密封，加压过程就是要强迫密封件侧向变形、流动，把密封材料压附在传感器壳体上和传感单元周边。 由于密封材料的流动性非常有限，而加压方向又垂直于密封材料流动方向，在严格控制的条件下施加足够大的压力，才能保证气体传感器密封得好。在任何局部地区，压缩力还不能过量，才不会使传感单元产生裂纹或损伤。

以下所述中，名称约定（简化）如下：

1）配方中百分比例均为重量百分比；

2）主颗粒（primary particle）指的是材料的单一晶体（a single crystallite）颗粒，而不是指加工处理原材料过程中产生的晶体聚合体。也不是指在形成密封件时特意令其产生的晶体聚合体；

3）平均相当球型粒直径（Equivalent Spherical Diameter）简称为平均粒径。

实施例1：

气体传感器密封材料包括75%的滑石粉，25%的具有不可逆转热膨胀性的蛭石（Vermiculite）。该蛭石热处理后的不可逆转体积热膨胀率大约为30%，从而密封材料的总体积热膨胀率大约为2.5%。 该蛭石颗粒的平均粒径大约为30μm。该滑石粉主颗粒平均粒径大约为 12 μm。

实施例2：

气体传感器密封材料包括80%的滑石粉，20%的具有不可逆转热膨胀性的蛭石（Vermiculite）。该蛭石热处理后的不可逆转体积热膨胀率大约为20%，从而密封材料的总体积热膨胀率大约为1.3%。 该蛭石颗粒的平均粒径大约为50μm。该滑石粉主颗粒平均粒径大约为 10 μm。

实施例3： 

气体传感器密封材料包括75%的滑石粉，25%的具有不可逆转热膨胀性的蛭石（Vermiculite）。该蛭石热处理后的不可逆转体积热膨胀率大约为10%，从而密封材料的总体积热膨胀率大约为0.8%。 该蛭石颗粒的平均粒径大约为20μm。该滑石粉主颗粒平均粒径大约为 12 μm。

实施例4：

气体传感器密封材料包括60%的滑石粉，20%的具有不可逆转热膨胀性的蛭石（Vermiculite），和20%的低熔点玻璃颗粒。该蛭石热处理后的不可逆转体积热膨胀率大约为20%，从而密封材料的总体积热膨胀率大约为1.3%。 该蛭石颗粒的平均粒径大约为50μm. 玻璃颗粒的熔点在600到750摄氏度之间，平均粒径在 1 到 5 μm之间。该滑石粉主颗粒平均粒径大约为 10 μm。

实施例5：

气体传感器密封材料包括60%的滑石粉，20%的具有不可逆转热膨胀性的蛭石（Vermiculite），18%的低熔点玻璃颗粒，1%的聚乙二醇（Polyethylene glycol），和1%的镁硬脂酸盐（Magnesium stearate）。该蛭石热处理后的不可逆转体积热膨胀率大约为20%，从而密封材料的总体积热膨胀率大约为1.3%。 该蛭石颗粒的平均粒径大约为60μm。玻璃颗粒的熔点在600到750摄氏度之间，平均粒径在 1 到 5 μm之间。该滑石粉主颗粒平均粒径大约为 10 μm。

本发明的具体例证和应用体现，在该领域稍有经验的专业人员能够将本专利发明的方法、设计、概念应用到其它应用例证中。 因此，本专利的权利要求保护范畴绝不限于该申请中引用的具体例证和应用体现。

Claims (4)

1.一种改进固紧特性的车载气体传感器密封材料，其特征在于：密封材料含有按重量百分比至少60%的滑石粉，不多于40%且不为0%的具有不可逆转热膨胀性的无机材料添加剂。

2.如权利要求 1所述的改进固紧特性的车载气体传感器密封材料，其特征在于：所述具有不可逆转热膨胀性的无机材料添加剂的平均粒径大于或等于20 小于或等于 60 μm。

3.如权利要求 1或2所述的改进固紧特性的车载气体传感器密封材料，其特征在于：密封材料含有按重量百分比至少60%的滑石粉，不多于40%且不为0%的具有不可逆转热膨胀性的蛭石。

4.如权利要求 1或2所述的改进固紧特性的车载气体传感器密封材料，其特征在于：所述滑石粉主颗粒平均粒径不超过 20 μm。