CN104891969A - 氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，首先将纳米氧化铝粉体加入到氧化钇稳定氧化锆陶瓷中，然后加入分散剂和溶剂，进行湿磨使其混合均匀；继而加入粘结剂、塑化剂和溶剂继续进行球磨，得到流延浆料，浆料通过流延成型获得用于制造氧传感器的陶瓷生坯。制备出综合性能佳、特别适用于氧传感器的氧化锆陶瓷，可有效避免遭受机械冲击和温度冲击后裂纹的产生，并降低烧结温度，节约能源。

Description

氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法

技术领域

本发明涉及一种氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，属于氧传感器材料技术领域。

背景技术

氧传感器用于发动机闭环控制，从而确保车辆在寿命期内对HC、CO以及NOx的排放满足法规要求。这对降低车辆的污染物排放，减少对环境的污染，都起到了至关重要的作用。氧化锆氧传感器利用了氧化锆的固体电解质特性，即氧化锆在高温下对氧离子具有导电性。这样当氧化锆两侧的氧气浓度，即氧分压不同时，就会发生氧离子从一侧迁移到另一侧的效应，从而产生出一个电压信号。具体来说，氧化锆的这种氧离子导电特性可用能斯特方程来表示：

$U=\frac{\mathrm{RT}}{4F}\mathrm{Ln}\left(\frac{{\mathrm{PO}}^{``}}{{\mathrm{PO}}^{`}}\right)$

其中，R理想气体常数；F法拉利常数；T绝对温度；PO``参考气体氧分压；PO`测量氧分压。

随着排放法规的升级，需要氧传感器在车辆一启动就尽快激活，能够给出检测信号。这就要求对氧传感器的核心陶瓷元件进行快速加热，势必增加氧传感器核心陶瓷元件的温度梯度。也就是对氧传感器的抗热震性提出了更高的要求。传统的通过氧化钇增韧氧化锆的方法被业界公知，并能满足传统氧传感器的使用，然而对于要求快速起燃的氧传感器以及超级快速起燃的氧传感器，单纯靠这种增韧方式就不能满足汽车行业对氧传感器的寿命要求。

因此，研发一种高抗热震性、高可靠性的氧传感器用氧化锆陶瓷是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，特点是：首先将纳米氧化铝粉体加入到氧化钇稳定氧化锆陶瓷中，然后加入分散剂和溶剂，进行湿磨使其混合均匀；继而加入粘结剂、塑化剂和溶剂继续进行球磨，得到流延浆料，浆料通过流延成型获得用于制造氧传感器的氧化锆陶瓷生坯。

进一步地，上述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其中，将质量百分比0.1～0.5％的纳米氧化铝粉体加入到5～8摩尔氧化钇稳定氧化锆陶瓷中。

更进一步地，上述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其中，所述纳米氧化铝为阿尔法氧化铝，其平均粒径为50～150nm。

更进一步地，上述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其中，所述氧化钇稳定氧化锆的粒度D50为0.5μm。

更进一步地，上述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其中，所述分散剂为改性鱼油或苯磺酸。

更进一步地，上述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其中，所述溶剂为乙醇、或者丙酮、或者乙醇与丙酮所构成的复合溶剂。

更进一步地，上述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其中，所述粘结剂为聚乙烯醇或丁酸脂或硝酸纤维素。

更进一步地，上述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其中，所述塑化剂为邻苯二甲酸二丁酯或硬脂酸丁酯。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

在传统氧化钇稳定氧化锆陶瓷(YSZ)材料的基础上，进一步通过在粉体阶段加入一定质量百分比的纳米级氧化铝粉，并经过充分混合均匀，制备出一种综合性能佳、特别适用于氧传感器的氧化锆陶瓷。该氧化锆陶瓷的特性在于不仅能够提供良好的高温氧离子导电性，而且抗热震性显著提高，不但如此，该制备工艺还可以降低陶瓷的烧结温度，节约能源。

具体实施方式

本发明基于纳米陶瓷粉料的参杂特性和陶瓷相之间的浸润特性，通过在氧化钇稳定氧化锆中进一步添加纳米级的氧化铝粉，经过充分混合均匀，通过成型工艺，制备出一种新型氧传感器用氧化锆陶瓷。

具体的制备工艺为：首先将质量百分比0.1～0.5％的纳米氧化铝粉体加入到5～8摩尔氧化钇稳定氧化锆陶瓷中，纳米氧化铝为阿尔法氧化铝，其平均粒径为50～150nm，氧化钇稳定氧化锆的粒度D50为0.5μm，然后加入分散剂和溶剂，进行湿磨使其混合均匀；继而加入粘结剂、塑化剂和溶剂继续进行球磨，得到流延浆料，浆料通过流延成型获得用于制造氧传感器的氧化锆陶瓷生坯。

实施例1

将氧化锆瓷球加入球磨罐中，然后依次将100份、D50为0.5μm氧化钇稳定氧化锆陶瓷，4.5份的改性鱼油，乙醇加入到球磨罐中，通过行星球磨机，进行12小时湿磨混合均匀。然后加入15份的硝酸纤维素、34.5份的硬脂酸丁酯和乙醇继续进行24球磨，得到流延浆料，通过流延成型得到氧化锆生坯，将制得的生坯切割、层压和烧结，制备出试样1。

实施例2

将氧化锆瓷球加入球磨罐中，然后依次将0.1份、D50为80nm的纳米氧化铝粉体，99.9份、D50为0.5μm氧化钇稳定氧化锆陶瓷，4.5份的改性鱼油，乙醇加入到球磨罐中，通过行星球磨机，进行12小时湿磨混合均匀。然后加入15份的丁酸脂、34.5份的硬脂酸丁酯和乙醇继续进行24球磨，得到流延浆料，通过流延成型得到氧化锆生坯，将制得的生坯切割、层压和烧结，制备出试样2。

实施例3

将氧化锆瓷球加入球磨罐中，然后依次将0.5份、D50为80nm的纳米氧化铝粉体，99.5份、D50为0.5μm氧化钇稳定氧化锆陶瓷，4.5份的苯磺酸，丙酮加入到球磨罐中，通过行星球磨机，进行12小时湿磨混合均匀。然后加入15份的丁酸脂、34.5份的邻苯二甲酸二丁酯和丙酮继续进行24球磨，得到流延浆料，通过流延成型得到氧化锆生坯，将制得的生坯切割、层压和烧结，制备出试样3。

实施例4

将氧化锆瓷球加入球磨罐中，然后依次将1份、D50为80nm的纳米氧化铝粉体，99份、D50为0.5μm氧化钇稳定氧化锆陶瓷，4.5份的苯磺酸，溶剂加入到球磨罐中，溶剂为乙醇与丙酮所构成的复合溶剂，通过行星球磨机，进行12小时湿磨混合均匀。然后加入15份的聚乙烯醇、34.5份的邻苯二甲酸二丁酯和溶剂继续进行24球磨，得到流延浆料，通过流延成型得到氧化锆生坯，将制得的生坯切割、层压和烧结，制备出试样4。

下表为实施例的测试结果

由此可见本发明获得的产品，在保持氧化锆陶瓷的离子导电性能的条件下，显著提高了机械强度和抗热震性，可有效避免遭受机械冲击和温度冲击后裂纹的产生，并降低了烧结温度，取得了良好的综合性能，适用于制造新型氧传感器。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：首先将纳米氧化铝粉体加入到氧化钇稳定氧化锆陶瓷中，然后加入分散剂和溶剂，进行湿磨使其混合均匀；继而加入粘结剂、塑化剂和溶剂继续进行球磨，得到流延浆料，浆料通过流延成型获得用于制造氧传感器的氧化锆陶瓷生坯。

2.根据权利要求1所述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：将质量百分比0.1～0.5％的纳米氧化铝粉体加入到5～8摩尔氧化钇稳定氧化锆陶瓷中。

3.根据权利要求1所述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：所述纳米氧化铝为阿尔法氧化铝，其平均粒径为50～150nm。

4.根据权利要求1所述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：所述氧化钇稳定氧化锆的粒度D50为0.5μm。

5.根据权利要求1所述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：所述分散剂为改性鱼油或苯磺酸。

6.根据权利要求1所述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方huo法，其特征在于：所述溶剂为乙醇、或者丙酮、或者乙醇与丙酮所构成的复合溶剂。

7.根据权利要求1所述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为聚乙烯醇或丁酸脂或硝酸纤维素。

8.根据权利要求1所述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：所述塑化剂为邻苯二甲酸二丁酯或硬脂酸丁酯。