CN103508733B - 一种片式结构氧传感器的制备方法 - Google Patents

一种片式结构氧传感器的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种片式结构氧传感器的制备方法，包括以下步骤：1）将氧化锆粉末和氧化铝粉末混合制得印刷浆料，所述氧化锆粉末含有用于调节不同功能层热膨胀的添加剂；2）将印刷浆料分别覆盖在参比气通道层和加热层之上，印刷浆料形成的一层为过渡层；3）将多孔保护层、氧化锆敏感层、过渡层、参比气通道层、过渡层、加热层依次叠层；4）在压力机或等静压机上进行加压且同时加热，温度在50-90℃，使得各层叠合在一起；5）将叠合在一起的氧传感器在烘箱中经过30～60分钟的烘烤，烘箱的温度为：60～80℃；6）脱脂排胶；7）烧结。提高了片式结构氧传感器的性能，防止不同材料层热膨胀系数不同而造成开裂等失效现象。

Description

一种片式结构氧传感器的制备方法
技术领域
本发明涉及一种片式结构氧传感器的制备方法。
背景技术
汽油发动机的燃烧控制多通过氧传感器检测尾气中的氧气含量，将其作为反馈信号来控制发动机的喷油量，达到控制燃烧和控制尾气中CO、HC的含量，并结合三元催化装置净化发动机尾气的目的，因此氧传感器是发动机控制系统中重要的传感器。
片式结构氧传感器一般采用流延成型、丝网印刷及叠层共烧的方法制备，由于片式结构氧传感器分别有氧化锆电解质材料、金属铂电极材料以及氧化物（如氧化铝）绝缘材料组成，这些材料的烧结温度各不相同，其烧结温度相差较大，甚至大于200度，而且不同材料的烧结收缩率不同，因此片式结构氧传感器的叠层与烧结一直是制造的难点，为了实现片式结构氧传感器的共烧结人们不得不牺牲某些材料的性能而通过添加一些助烧剂、或者通过控制粉末材料的粉末粒度来调节不同材料的烧结温度而达到共烧结的目的，采取这种制备方法，一方面降低了片式结构氧传感器的性能，另一方面也提高了片式结构氧传感器的制造成本。另外，由于不同材料层间的热膨胀系数不同，氧传感器在使用过程中，由于经常不断的升温与降温，传感器难以承受如此的热疲劳，而在使用过程中出现开裂等失效现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的片式结构氧传感器制造过程中叠层容易开裂以及使用过程中因不同材料热膨胀系数不同而造成开裂的不足，提供了一种片式结构氧传感器的制备方法，提高片式结构氧传感器的性能，降低制造成本。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种片式结构氧传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将氧化锆粉末和提高不同功能层力学性能匹配的氧化铝粉末混合制得印刷浆料，所述氧化锆粉末含有用于提高不同功能层的粘合、调节不同功能层热膨胀的添加剂；
2）将印刷浆料分别覆盖在参比气通道层和加热层之上，印刷浆料形成的一层为过渡层；
3）将多孔保护层、氧化锆敏感层、过渡层、参比气通道层、过渡层、加热层依次叠层；
4）在压力机或等静压机上进行加压且同时加热，温度在50-90℃，使得各层叠合在一起；
5）将叠合在一起的氧传感器在烘箱中经过30～60分钟的烘烤，烘箱的温度为：60～80℃；
6）脱脂排胶；
7）烧结。
其中添加剂可以是氧化钇或者氧化镁或者氧化钙，其中添加剂可以提高不同功能层的粘合、调节不同功能层的热膨胀，氧化铝粉末可以提高不同功能层力学性能的匹配，在氧化锆敏感层和参比气通道层之间，参比气通道层和加热层之间分别添加过渡层，最后实现叠层共烧结，提高了各个层的稳定性能，防止不同材料层热膨胀系数不同而造成开裂等失效现象，不需要添加助烧剂等其他手段来实现共烧结的目的，降低了成本，同时又提高了片式结构氧传感器的性能。
本发明的有益效果是：将含有用于提高不同功能层的粘合、调节不同功能层热膨胀的添加剂的氧化锆粉末和提高不同功能层力学性能匹配的氧化铝粉末混合制得印刷浆料，覆盖在参比气通道层和加热层之上形成过渡层，通过在氧化锆敏感层和参比气通道层之间，参比气通道层和加热层之间分别添加过渡层，最后实现叠层共烧结，提高了各个层的稳定性能，防止不同材料层热膨胀系数不同而造成开裂等失效现象，不需要添加助烧剂等其他手段来实现共烧结的目的，降低了成本，同时又提高了片式结构氧传感器的性能。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
一种片式结构氧传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将氧化锆粉末和提高不同功能层力学性能匹配的氧化铝粉末混合制得印刷浆料，所述氧化锆粉末含有用于提高不同功能层的粘合、调节不同功能层热膨胀的添加剂；
2）将印刷浆料分别覆盖在参比气通道层和加热层之上，印刷浆料形成的一层为过渡层；
3）将多孔保护层、氧化锆敏感层、过渡层、参比气通道层、过渡层、加热层依次叠层；
4）在压力机或等静压机上进行加压且同时加热，温度在50-90℃，使得各层叠合在一起；
5）将叠合在一起的氧传感器在烘箱中经过30～60分钟的烘烤，烘箱的温度为：60～80℃；
6）脱脂排胶；
7）烧结。
其中添加剂可以是氧化钇或者氧化镁或者氧化钙，氧化钇或者氧化镁或者氧化钙一方面起到将上下不同材料层紧密粘和在一起，另一方面起到调节不同层间的热膨胀而导致的层间应力，以保证片式结构氧传感器的使用寿命。优选印刷浆料中氧化铝粉末含量<3wt%，用于控制过渡层在烧结过程中的晶粒尺寸的长大，从而保证片式结构氧传感器的力学性能的匹配。
当添加剂是氧化钇时，优选氧化锆粉末含有3-7%的氧化钇；当添加剂是氧化镁时，优选氧化锆粉末含有3-10%的氧化镁；当添加剂是氧化钙时，优选氧化锆粉末含有2-6%的氧化钙。优选印刷浆料的粉末粒度尺寸<300nm，进一步调节不同材料层的烧结温度方便后续的共烧结。印刷浆料可以采用一般手段覆盖在参比气通道层和加热层的表面上，比如喷涂、丝网印刷或者点胶机铺胶的方法。将多孔保护层、氧化锆敏感层、过渡层、参比气通道层、过渡层、加热层依次叠层后共烧结。
氧传感器在使用过程中，由于经常不断的升温与降温，而在氧化锆敏感层和参比气通道层之间，参比气通道层和加热层之间分别添加过渡层，可以很好的防止在使用过程中出现开裂等失效现象，提高片式结构氧传感器的性能，降低制造成本。当过渡层的厚度控制在10～25微米范围内的时候，既能达到需要的过渡效果又能兼顾片式结构氧传感器的整体结构小巧，提高上下不同材料层的抗热震性能。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种片式结构氧传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将氧化锆粉末和提高不同功能层力学性能匹配的氧化铝粉末混合制得印刷浆料，所述氧化锆粉末含有用于提高不同功能层的粘合、调节不同功能层热膨胀的添加剂；
2）将印刷浆料分别覆盖在参比气通道层和加热层之上，印刷浆料形成的一层为过渡层；
3）将多孔保护层、氧化锆敏感层、过渡层、参比气通道层、过渡层、加热层依次叠层；
4）在压力机或等静压机上进行加压且同时加热，温度在50-90℃，使得各层叠合在一起；
5）将叠合在一起的氧传感器在烘箱中经过30～60分钟的烘烤，烘箱的温度为：60～80℃；
6）脱脂排胶；
7）烧结；
所述氧化铝粉末含量<3wt%；
所述添加剂是氧化钇，所述氧化锆粉末含有3-7%的氧化钇，
或所述添加剂是氧化镁，所述氧化锆粉末含有3-10%的氧化镁，
或所述氧化锆粉末含有2-6%的氧化钙。
2.根据权利要求1所述的一种片式结构氧传感器的制备方法，其特征在于，所述印刷浆料的粉末粒度尺寸<300nm。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种片式结构氧传感器的制备方法，其特征在于，所述多孔过渡层厚度为10～25微米。
4.根据权利要求1-2任意一项所述的一种片式结构氧传感器的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，所述印刷浆料采用喷涂或者丝网印刷或者点胶机铺胶的方法覆盖在参比气通道层和加热层的表面上。
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