CN106996952B - 氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法 - Google Patents

氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电化学氧传感器技术领域，尤其涉及氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法。本发明所提供的制备方法，是采用电泳沉积方式形成电解质层和致密扩散层双层结构，并且是先形成电解质层和致密扩散层中的一个的素坯，然后在这个素坯上电泳沉积另一层。该制备方法能够制备出的电解质层和致密扩散层双层结构不会容易出现裂纹、且适用于大规模生产。

Description

氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法
技术领域
本发明涉及电化学氧传感器技术领域，尤其涉及氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法。
背景技术
近年来随着汽车、石油、钢铁等行业的迅猛发展，能源短缺和环境污染的日益严重，提高工业炉窑(如热处理炉、锅炉等)燃料利用率和控制汽车尾气排放与油耗已成为当务之急，其关键环节是使空燃比(Air-to-Fuel，A/F)合理。实现上述目标的一种有效方法是利用电化学氧传感器，在线检测尾气中的氧含量，为操作人员或控制系统提供可靠数据。电化学氧传感器越来越受人们的关注，浓差电势型氧传感器由于存在贫燃区控制不灵敏等缺点，使得氧电化学传感器由浓差电势型向应用更广、响应更灵敏、寿命更长的极限电流型发展。极限电流型氧传感器分为小孔型、多孔型和致密扩散障碍层型，其中，小孔型和多孔型由于造价昂贵，经常出现孔隙变形和固体颗粒堵塞的原因影响了小孔型和多孔型极限电流性氧传感器在实际生产和生活中的应用。致密扩散障碍层极限电流型氧传感器由于采用了氧离子-电子混合导体作为致密扩散障碍层，能够克服孔隙堵塞的问题，工作性能更加稳定、响应时间更灵敏、寿命更长。致密扩散障碍层极限电流型氧传感器作为一类新型氧传感器，近年来获得了突飞猛进的发展，对它的研究已成为热点，其剖面结构示意图如图1所示，其由正负铂电极、致密扩散障碍层(简称致密扩散层)、固体电解质层(简称电解质层)和高温密封玻璃粉组成。
国内外学者深入研究了致密扩散障碍层极限电流型氧传感器，分别利用磁控溅射、丝网印刷成膜(厚膜涂覆)、放电等离子烧结、共压共烧结和瓷片复合等方法制备致密扩散障碍层极限电流型氧传感器。其中，采用放电等离子烧结(SPS)技术制备极限电流性氧传感器，在SPS烧结过程容易因致密扩散障碍层的材料和固体电解质层的材料不匹配而导致烧结体裂开，因此影响测氧性能。采用共压共烧结法制备氧传感器，由于致密扩散障碍层的材料和固体电解质层的材料的热膨胀系数以及烧结收缩率均不匹配，而导致烧结体在共烧结过程中出现裂纹，影响氧离子在传感器中的扩散。采用瓷片复合法制备氧传感器，测氧性能良好，但是该法制备周期长、过程繁琐，而且常规烧结中制备的致密扩散障碍层含有较多气孔，不利于大规模生产。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法，由该制备方法制备出的电解质层和致密扩散层双层结构不会容易出现裂纹、且适用于大规模生产。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供一种氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法，包括如下步骤：S1、制备电解质层素坯；S2、将电解质层素坯涂覆在阴极上，将带有电解质层素坯的阴极浸入具有致密扩散层粉末的悬浮液中，然后进行电泳沉积，以在电解质层素坯上形成致密扩散层素坯，其中，悬浮液中致密扩散层粉末的浓度位于20-200g/l的范围内，电场强度位于10-50V/cm的范围内，沉积次数为2-10次，每次沉积时间位于10-50s的范围内，致密扩散层素坯的厚度位于15-85μm的范围内；S3、对带有致密扩散层素坯的电解质层素坯进行干燥，干燥温度位于50-80℃的范围内，干燥时间在24h以上；S4、对带有致密扩散层素坯的电解质层素坯进行烧结，烧结温度位于1100-1500℃的范围内，烧结时间位于4-7h的范围内；S5、将带有致密扩散层素坯的电解质层素坯冷却至室温，冷却后的致密扩散层素坯形成致密扩散层，冷却后的电解质层素坯形成电解质层，致密扩散层和电解质层彼此叠置且相连，形成双层结构。
根据本发明，在步骤S2中，致密扩散层粉末的浓度为100g/l，电场强度位于18-20V/cm的范围内，沉积次数为5-8次，每次沉积时间位于11-13s的范围内，致密扩散层素坯的厚度位于40-45μm的范围内。
根据本发明，在步骤S3中，干燥温度为80℃，干燥时间为24h。
根据本发明，在步骤S4中，烧结温度位于1300-1500℃，烧结时间位于4-6h的范围内。
根据本发明，步骤S1包括如下子步骤：S1.1、将电解质层原料粉末与乙基纤维素、甲基纤维素和松香水中的一种或多种混合，然后挤压成圆形的电解质层片状基体，电解质层片状基体的厚度位于15-85μm的范围内，直径位于10-15mm的范围内；S1.2、对电解质层片状基体进行干燥，干燥温度位于50-100℃的范围内，干燥时间在20h以上；S1.3、对干燥后的电解质层片状基体进行烧结，烧结温度在1200-1500℃的范围内，烧结时间位于4-10h的范围内；S1.4、将烧结后的电解质层片状基体冷却至室温，形成电解质层素坯。
根据本发明，步骤S1.1中所采用的电解质层原料粉末为YSZ粉末或LSGM粉末；其中，YSZ粉末由如下步骤制得：a1、按摩尔比，Y(NO3)3·6H2O﹕ZrOCl2·8H2O＝(6.5-10)﹕(93.5-90)进行配料；a2、将Y(NO3)3·6H2O和ZrOCl2·8H2O分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后制得Y(NO3)3水溶液和ZrOCl2水溶液；a3、将Y(NO3)3水溶液和ZrOCl2水溶液混合，制得混合溶液，混合溶液的摩尔浓度位于0.6-1.1mol/L的范围内；a4、向混合溶液中边搅拌边滴加氨水，直至混合溶液的pH值达到9时停止滴加氨水，制得前驱体沉淀物，其中，氨水的浓度位于25-28wt％；a5、对前驱体沉淀物进行干燥，干燥温度位于60-80℃的范围内，干燥时间在20h以上；a6、对干燥后的前驱体沉淀物进行煅烧，煅烧温度在600-1600℃的范围内，煅烧时间在6-7h的范围内，制得固溶体粉末；a7、对固溶体粉末进行研磨，研磨时间位于2-4h的范围内，制得YSZ粉末，YSZ粉末的粒度≤100μm；其中，LSGM粉末由如下步骤制成：a1、将La2O3粉末和MgO粉末分别在900-1100℃下煅烧10h；a2、分别称量La2O3粉末、SrCO3粉末、Ga2O3粉末和MgO粉末，其中，各原料的取值之间的关系为按照摩尔比La﹕Sr﹕Ga﹕Mg﹕O＝0.8﹕0.2﹕0.83﹕0.17﹕2.815；a3、将称量好的La2O粉末、SrCO3粉末、Ga2O3粉末和MgO粉末混合形成混合粉末，然后研磨至混合粉末的粒度≤100μm；a4、对研磨后的混合粉末进行烘干，烘干温度位于90-100℃的范围内，烘干时间位于4-5h的范围内；a5、压制烘干后的混合粉末，形成一级素坯；a6、对一级素坯进行烧结，烧结温度位于950-1000℃的范围内，烧结时间为20h以上；a7、对烧结后的一级素坯进行研磨，直至研磨形成的粉末的粒度≤100μm，形成一级粉料；a8、压制一级粉料，形成二级素坯；a9、对二级素坯进行烧结，烧结温度位于1100-1300℃的范围内，烧结时间为20h以上；a10、对烧结后的二级素坯进行研磨，直至研磨形成的粉末的粒度≤100μm，形成二级粉料；a11、将二级粉料与丙三醇混合均匀，然后进行研磨，直至研磨形成的粉末的粒度≤100μm，形成三级粉料；a12、压制三级粉料，形成三级素坯；a13、对三级素坯进行烧结，烧结温度位于1400-1500℃的范围内，烧结时间为20h以上；a14、对烧结后的三级素坯进行研磨，直至研磨形成的粉末的粒度≤100μm，获得LSGM粉末。
根据本发明，致密扩散层的厚度位于35-40μm的范围内，电解质层的厚度位于60-65μm的范围内。
本发明另一方面提供一种氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法，包括如下步骤：S1、制备致密扩散层素坯；S2、将致密扩散层素坯涂覆在阴极上，将带有致密扩散层素坯的阴极浸入具有电解质层粉末的悬浮液中，然后进行电泳沉积，以在致密扩散层素坯上形成电解质层素坯，其中，悬浮液中电解质层粉末的浓度位于20-200g/l的范围内，电场强度位于10-50V/cm的范围内，沉积次数为2-10次，每次沉积时间位于10-50s的范围内，电解质层素坯的厚度位于15-85μm的范围内；S3、对带有电解质层素坯的致密扩散层素坯进行干燥，干燥温度位于50-90℃的范围内，干燥时间在24h以上；S4、对带有电解质层素坯的致密扩散层素坯进行烧结，烧结温度位于1100-1500℃的范围内，烧结时间位于1-4h的范围内；S5、将带有电解质层素坯的致密扩散层素坯冷却至室温，冷却后的致密扩散层素坯形成致密扩散层，冷却后的电解质层素坯形成电解质层，致密扩散层和电解质层彼此叠置且相连，形成双层结构。
根据本发明，在步骤S2中，电解质层粉末的浓度为100g/l，电场强度位于20-22V/cm的范围内，沉积次数为5-7次，每次沉积时间位于10-12s的范围内，致密扩散层素坯的厚度位于65-75μm的范围内；在步骤S3中，干燥温度为90℃，干燥时间为24h；在步骤S4中，烧结温度位于1440-1500℃的范围内，烧结时间位于2-4h的范围内，致密扩散层的厚度位于35-40μm的范围内，电解质层的厚度位于60-70μm的范围内。
根据本发明，步骤S1包括如下子步骤：S1.1、将致密扩散层原料粉末与乙基纤维素、甲基纤维素和松香水中的一种或多种混合，然后挤压成致密扩散层片状基体；S1.2、对致密扩散层片状基体进行干燥，干燥温度位于50-100℃的范围内，干燥时间在24h以上；S1.3、对干燥后的致密扩散层片状基体进行烧结，烧结温度在1200-1500℃的范围内，烧结时间位于4-10h的范围内；S1.4、将烧结后的致密扩散层片状基体冷却至室温，形成致密扩散层素坯；其中，步骤S1.1中所采用的致密扩散层原料粉末为LSM粉末、LSC粉末或LSF粉末；其中，LSM粉末由如下步骤制得：b1、按摩尔比，La(NO3)3：Sr(NO3)2：Mn(NO3)2＝(1-x)﹕x﹕1进行配料；b2、将La(NO3)3、Sr(NO3)2和Mn(NO3)2分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后得到La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Mn(NO3)2水溶液；b3、将La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Mn(NO3)2水溶液混合，制得混合溶液；b4、向混合溶液中边搅拌边加入柠檬酸溶液，搅拌均匀后，加入乙二醇，搅拌均匀后滴加氨水，直至混合溶液的pH值位于8.0-9.5时停止滴加氨水，制得溶胶凝胶前驱体，其中，柠檬酸溶液的质量浓度位于10-20％的范围内，氨水的质量浓度位于20-30％的范围内，按摩尔比，混合溶液中金属阳离子﹕柠檬酸﹕乙二醇＝1﹕4.8﹕1.2；b5、对溶胶凝胶前驱体进行干燥，干燥温度位于70-90℃的范围内；b6、对将干燥后的溶胶凝胶前驱体进行煅烧，煅烧温度位于500-1000℃的范围内，煅烧时间位于5-6h，制得固溶体粉末；b7、对固溶体粉末进行研磨，研磨时间位于2-3h的范围内，制得LSM粉末，LSM粉末的粒度≤100μm，纯度为99.99％；其中，LSC粉末由如下步骤制得：b1、按摩尔比，La(NO3)3：Sr(NO3)2：Co(NO3)2＝(1-x)﹕x﹕1进行配料；b2、将La(NO3)3、Sr(NO3)2和Co(NO3)2分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后得到La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Co(NO3)2水溶液；b3、将La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Co(NO3)2水溶液混合，制得混合溶液；b4、向混合溶液中边搅拌边加入柠檬酸溶液，搅拌均匀后，加入乙二醇，搅拌均匀后滴加氨水，直至混合溶液的pH值位于8.0-9.5时停止滴加氨水，制得溶胶凝胶前驱体，其中，柠檬酸溶液的质量浓度位于10-20％的范围内，氨水的质量浓度位于20-30％的范围内，按摩尔比，混合溶液中金属阳离子﹕柠檬酸﹕乙二醇＝1﹕4.8﹕1.2；b5、对溶胶凝胶前驱体进行干燥，干燥温度位于70-90℃的范围内；b6、对将干燥后的溶胶凝胶前驱体进行煅烧，煅烧温度位于500-1000℃的范围内，煅烧时间位于5-6h，制得固溶体粉末；b7、对固溶体粉末进行研磨，研磨时间位于2-3h的范围内，制得LSC粉末，LSC粉末的粒度≤100μm，纯度为99.99％；其中，LSF粉末由如下步骤制得：b1、按摩尔比，La(NO3)3：Sr(NO3)2：Fe(NO3)2＝(1-x)﹕x﹕1进行配料；b2、将La(NO3)3、Sr(NO3)2和Fe(NO3)2分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后得到La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Fe(NO3)2水溶液；b3、将La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Fe(NO3)2水溶液混合，制得混合溶液；b4、向混合溶液中边搅拌边加入柠檬酸溶液，搅拌均匀后，加入乙二醇，搅拌均匀后滴加氨水，直至混合溶液的pH值位于8.0-9.5时停止滴加氨水，制得溶胶凝胶前驱体，其中，柠檬酸溶液的质量浓度位于10-20％的范围内，氨水的质量浓度位于20-30％的范围内，按摩尔比，混合溶液中金属阳离子﹕柠檬酸﹕乙二醇＝1﹕4.8﹕1.2；b5、对溶胶凝胶前驱体进行干燥，干燥温度位于70-90℃的范围内；b6、对将干燥后的溶胶凝胶前驱体进行煅烧，煅烧温度位于500-1000℃的范围内，煅烧时间位于5-6h，制得固溶体粉末；b7、对固溶体粉末进行研磨，研磨时间位于2-3h的范围内，制得LSF粉末，LSF粉末的粒度≤100μm，纯度为99.99％。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
首先，本发明的氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法中，固体电解质层、致密扩散障碍层的变形减小至最低程度，二者不会发生开裂现象，提高包含该双层结构的氧传感器的性能、及性能的稳定性。其次，采用电泳沉积工艺进行制备，工艺过程简单、成本低、成膜快、可连续进料、无污染，适用于大规模生产。
附图说明
图1为现有技术中致密扩散障碍层极限电流型氧传感器的结构示意图；
图2为如下实施例一至实施例四中所提供的氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法所采用的电泳设备的示意图；
图3为如下实施例一所提供的氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法的流程图；
图4为一致密扩散障碍型极限电流型氧传感器的测氧I-V曲线，该致密扩散障碍型极限电流型氧传感器包含如下实施例一所提供的制备方法制备的氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构。
图5为将实施例一形成的双层结构制作成四个氧传感器后将该四个氧传感器在800℃的温度下进行检测O2的浓度的实验的极限电流值示意图；
图6为采用四个现有致密扩散障碍层极限电流型氧传感器在800℃的温度下进行检测O2的浓度的实验的极限电流值示意图；
图7为如下实施例三所提供的氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法的流程图。
【附图标记】
1：负极；2：致密扩散层；3：电解质层；4：正极；5：高温密封玻璃粉；11：直流稳压电源；12：电压表；13：电流表；14：阴极片；15：阳极片；16：电泳池；17：恒温水浴；18：电磁搅拌器。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例一
本实施例提供一种氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法，参照图2，该制备方法应用的电泳设备包括直流稳压电源11、电压表12、电流表13、阴极片14、阳极片15、电泳池16、恒温水浴17和电磁搅拌器18。上述各部件在电泳过程中的应用如现有技术，因此不再赘述。
参照图3，在本实施例中，氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法具体包括如下步骤：
S1、制备电解质层素坯，电解质层素坯的主要成分是YSZ(Y2O3-stabilized-ZrO2)，其中，电解质层素坯的厚度位于65-70μm的范围内；
S2、将电解质层素坯涂覆在阴极(以Al2O3为基体的多孔陶瓷基体)上，将带有电解质层素坯的阴极浸入电泳池中具有LSM(La0.84Sr0.16MnO3)粉末的悬浮液中，然后进行电泳沉积，以在电解质层素坯上形成一层致密扩散层素坯，其中，悬浮液中致密扩散层粉末(在本实施例中为LSM粉末)的浓度为100g/l，电场强度为18V/cm，沉积次数为5-7次，每次沉积时间为13s，使得致密扩散层素坯的厚度为45μm；
S3、将带有致密扩散层素坯的电解质层素坯置于干燥箱中，对带有致密扩散层素坯的电解质层素坯进行干燥，干燥温度为80℃的范围内，干燥时间为24h；
S4、将干燥后的带有致密扩散层素坯的电解质层素坯置于高温炉中，对带有致密扩散层素坯的电解质层素坯进行烧结，烧结温度为1300℃，烧结时间为6h；
S5、将带有致密扩散层素坯的电解质层素坯随炉冷却至室温，冷却后的致密扩散层素坯形成致密扩散层2，冷却后的电解质层素坯形成电解质层3，致密扩散层2和电解质层3彼此叠置且相连，形成双层结构，其中，电解质层3的厚度位于60-65μm的范围内，致密扩散层2的厚度为40μm。
首先，本实施例的氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法中，固体电解质层、致密扩散障碍层的变形减小至最低程度，二者不会发生开裂现象，提高包含该双层结构的氧传感器的性能、及性能的稳定性。其次，采用电泳沉积工艺进行制备，工艺过程简单、成本低、成膜快、可连续进料、无污染，适用于大规模生产。此外，制备过程中，致密扩散障碍层素坯与电解质层素坯的结合强度高，制备出的致密扩散障碍层素坯的厚度可精确控制。
具体地，上述步骤S1包括如下子步骤：
S1.1、将电解质层原料粉末(在本实施例中为YSZ粉末)与松香水混合，然后挤压成圆形的电解质层片状基体，电解质层片状基体的厚度位于65-70μm的范围内，直径位于10-15mm的范围内；
S1.2、对电解质层片状基体进行干燥，干燥温度位于80℃的范围内，干燥时间为24h；
S1.3、将干燥后的电解质层片状基体置于高温炉中，对干燥后的电解质层片状基体进行烧结，烧结温度为1400℃，烧结时间为6h；
S1.4、将烧结后的电解质层片状基体随炉冷却至室温，形成电解质层素坯。
其中，步骤S1.1中所采用的YSZ粉末由如下步骤制得：
a1、按摩尔比，Y(NO3)3·6H2O﹕ZrOCl2·8H2O＝(6.5-10)﹕(93.5-90)进行配料，其中，Y(NO3)3·6H2O的摩尔浓度为7-9mol％；
a2、将Y(NO3)3·6H2O和ZrOCl2·8H2O分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后制得Y(NO3)3水溶液和ZrOCl2水溶液，其中，去离子水的加入量以使原料充分溶解为准；
a3、将Y(NO3)3水溶液和ZrOCl2水溶液混合，制得混合溶液，混合溶液的摩尔浓度位于0.6-1.1mol/L的范围内；
a4、向混合溶液中边搅拌边滴加氨水，直至混合溶液的pH值达到9时停止滴加氨水，制得前驱体沉淀物，其中，氨水的浓度位于25-28wt％；
a5、将前驱体沉淀物置于干燥箱中，对前驱体沉淀物进行干燥，干燥温度位于60-80℃的范围内，干燥时间在20h以上；
a6、将干燥后前驱体沉淀物置于高温炉中，对干燥后的前驱体沉淀物进行煅烧，煅烧温度在600-1600℃的范围内，煅烧时间在6-7h的范围内，制得固溶体粉末；
a7、将固溶体粉末在玛瑙研钵中进行研磨，研磨时间位于2-4h的范围内，制得YSZ粉末，YSZ粉末的粒度≤100μm。
当然，不局限于此，步骤S1.1中所采用的电解质层原料粉末也可以为商用的8YSZ。
参照图4，将上述方法形成的双层结构制作成氧传感器，即如图1中包含负极1、致密扩散障碍层(简称致密扩散层2)、固体电解质层(简称电解质层3)、正极4和高温密封玻璃粉5。经测试，测氧范围为0-6.9vol％。
进一步，将上述方法形成的双层结构制作成四个氧传感器，将该四个氧传感器在800℃的温度下进行检测O2的浓度的实验，记录极限电流值，其中，四个氧传感器分别检测的O2浓度为0.1％、0.9％、2.9％、6.9％。从图5中可看出，由上述方法形成的双层结构制作成的氧传感器经过6天的实验，性能稳定。参照图6，采用四个现有致密扩散障碍层极限电流型氧传感器在800℃的温度下进行检测O2的浓度的实验，实验各个条件与上述图5所对应的实验相同，记录极限电流值，其中，四个氧传感器分别检测的O2浓度为0.1％、0.9％、2.9％、6.9％。从图6中可看出，现有致密扩散障碍层极限电流型氧传感器在第2天后性能不稳定。
经过上述实验对比，可看出，由上述方法形成的双层结构制作成氧传感器性能更加稳定。
实施例二
在本实施例中，同样采用图2示出的电泳设备，氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法具体如下步骤：
S1、制备电解质层素坯，电解质层素坯的主要成分是YSZ(Y2O3-stabilized-ZrO2)，其中，电解质层素坯的厚度位于65-70μm的范围内；
S2、将电解质层素坯涂覆在阴极(以Al2O3为基体的多孔陶瓷基体)上，将带有电解质层素坯的阴极浸入电泳池中具有LSM(La0.84Sr0.16MnO3)粉末的悬浮液中，然后进行电泳沉积，以在电解质层素坯上形成一层致密扩散层素坯，其中，悬浮液中致密扩散层粉末(在本实施例中为LSM粉末)的浓度为100g/l，电场强度为20V/cm，沉积次数为6-8次，每次沉积时间为11s，使得致密扩散层素坯的厚度为40μm；
S3、将带有致密扩散层素坯的电解质层素坯置于干燥箱中，对带有致密扩散层素坯的电解质层素坯进行干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为24h；
S4、将干燥后的带有致密扩散层素坯的电解质层素坯置于高温炉中，对带有致密扩散层素坯的电解质层素坯进行烧结，烧结温度为1500℃，烧结时间为4h；
S5、将带有致密扩散层素坯的电解质层素坯随炉冷却至室温，冷却后的致密扩散层素坯形成致密扩散层2，冷却后的电解质层素坯形成电解质层3，致密扩散层2和电解质层3彼此叠置且相连，形成双层结构，其中，致密扩散层2的厚度为35μm，电解质层3的厚度位于60-65μm的范围内。
具体地，上述步骤S1包括如下子步骤：
S1.1、将电解质层原料粉末(在本实施例中为YSZ粉末)与松香水混合，然后挤压成圆形的电解质层片状基体，电解质层片状基体的厚度位于65-70μm的范围内，直径位于10-15mm的范围内；
S1.2、对电解质层片状基体进行干燥，干燥温度位于80℃的范围内，干燥时间为20h；
S1.3、将干燥后的电解质层片状基体置于高温炉中，对干燥后的电解质层片状基体进行烧结，烧结温度为1500℃的范围内，烧结时间为4h；
S1.4、将烧结后的电解质层片状基体随炉冷却至室温，形成电解质层素坯。
步骤S1.1中YSZ粉末的制作方法如实施例一的叙述，在此不再赘述。
将上述方法形成的双层结构制作成氧传感器，参照图4，将上述方法形成的双层结构制作成氧传感器，即如图1中包含负极1、致密扩散障碍层(简称致密扩散层22)、固体电解质层(简称电解质层33)、正极4和高温密封玻璃粉5。经测试，测氧范围为0-7.5vol％。
在上述实施例一和实施例二中，电解质层原料粉末为YSZ粉末仅是一个实施例，电解质层原料粉末还可为LSGM粉末。并且，LSGM粉末由如下步骤制成：
a1、将La2O3粉末和MgO粉末分别在1000℃下煅烧10h。
a2、将天平预热半小时以上，调整水平小球使天平保持水平，用砝码校准。分别称量La2O3粉末、SrCO3粉末、Ga2O3粉末和MgO粉末，其中，各原料的取值之间的关系为按照摩尔比La﹕Sr﹕Ga﹕Mg﹕O＝0.8﹕0.2﹕0.83﹕0.17﹕2.815，具体地，选取La2O3粉末10.4259g，SrCO3粉末2.3621g，Ga2O3粉末6.2232g，MgO粉末0.5539g。
a3、将称量好的La2O粉末、SrCO3粉末、Ga2O3粉末和MgO粉末置于玛瑙罐中，混合形成混合粉末19.5651g，在其上层加入玛瑙球，加入玛瑙球的累积高度与上述粉末的高度一致，然后倒入酒精，酒精高度与球一致，封上密封圈，盖上玛瑙盖，摇晃后，将玛瑙罐置于树脂球磨罐中，在玛瑙罐与树脂球磨之间填满纸，盖上大盖，用螺丝拧紧放置于行星式球磨机上，研磨8小时后取出，此时混合粉末的粒度≤100μm。
a4、将玛瑙罐置于烘箱中，对研磨后的混合粉末进行烘干，烘干温度为100℃，烘干时间为5h。
a5、准备直径为20mm的模具，用酒精棉擦洗干净，保持表面、内壁洁净；将研磨烘干好的混合粉末缓慢倒入模具中，震动，使粉料在模具中尽量保持水平，放入压杆，置于自制的压样机中。施加20MPa的压力，保压5分钟，压制混合粉末，脱模，得到直径为20mm的一级素坯。之后，清洗压样模具。
a6、将上述一级素坯放入直径为40mm、高度为45mm的刚玉坩埚中，盖上刚玉盖，标号，置于高温重烧炉中进行烧结，烧结温度为1000℃，烧结时间为20h。
a7、待一级素坯冷却后，将一级素坯置于玛瑙钵体中，盖上铝箔，留有小口，用研磨棒压一级素坯使之粉碎，随后，人工不停歇研磨2h，研磨形成的粉末的粒度≤100μm，形成一级粉料。
a8、准备直径为20mm的模具，用酒精棉擦洗干净，保持表面、内壁洁净；将研磨烘干好的一级粉料缓慢倒入模具中，震动，使一级粉料在模具中尽量保持水平，放入压杆，置于自制的压样机中。施加20MPa的压力，保压5分钟，压制混合粉末，脱模，得到直径为20mm的二级素坯。之后，清洗压样模具。
a9、将二级素坯轻轻放入直径为40mm、高度为45mm的刚玉坩埚中，盖上刚玉盖，标号，置于高温重烧炉中烧结，烧结温度为1200℃，烧结时间为20小时。
a10、待二级素坯冷却后，将二级素坯置于玛瑙钵体中，盖上铝箔，留有小口，用研磨棒压二级素坯使之粉碎，随后，人工不停歇研磨2h，研磨形成的粉末的粒度≤100μm，形成二级粉料。
a11、将二级粉料与丙三醇混合均匀，然后进行研磨，直至研磨形成的粉末的粒度≤100μm，形成三级粉料。具体地，在本实施例中，称取若干份约0.4g的二级粉料，若干份2g的二级粉料粉料，置于洁净的研钵中，每份粉料配入一滴丙三醇(甘油)，用镊子蘸取，滴入研钵中。使二级粉料与丙三醇(甘油)混合，人工不停歇研磨15分钟。
a12、压制三级粉料，形成三级素坯。具体地，最小损失转移混合后的粉料于硫酸纸上，缓缓倒入用酒精棉擦洗干净的直径为10mm的模具中，轻轻震动，使混合后的粉料表面平整，放入压样杆，连续压制小片，施加20MPa压力，保压5分钟。
a13、将三级素坯轻轻放入直径为40mm、高度为45mm的刚玉坩埚中，盖上刚玉盖，标号，置于高温重烧炉中烧结，烧结温度为1450℃，烧结时间为20h。
a14、待三级素坯冷却后，将二级素坯置于玛瑙钵体中，对烧结后的三级素坯进行研磨，直至研磨形成的粉末的粒度≤100μm，获得LSGM粉末。
此外，在其他实施例中，致密扩散层粉末除可采用LSM粉末外，还可采用LSC粉末和LSF粉末，LSM粉末、LSC粉末和LSF粉末的制备方式可采用实施例三中记载的方式，具体如下述内容可知。
实施例三
在本实施例中，同样采用图2示出的电泳设备，与实施例一和实施例二的不同之处在于，实施例一和实施例二是在电解质层素坯上形成致密扩散层素坯，然后烧结冷却形成双层结构，而本实施例是在致密扩散层素坯上形成电解质层素坯，然后烧结冷却形成双层结构。
参照图7，具体地，氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法具体步骤如下：
S1、制备致密扩散层素坯，电解质层素坯的主要成分是LSM，致密扩散层素坯的厚度位于40-45μm的范围内；
S2、将致密扩散层素坯涂覆在阴极(以Al2O3为基体的多孔陶瓷基体)上，将带有致密扩散层素坯的阴极浸入电泳池中具有YSZ粉末的悬浮液(可选乙酰丙酮-8YSZ悬浮液)中，然后进行电泳沉积，以在致密扩散层素坯上形成一层电解质层素坯，其中，悬浮液中电解质层3粉末的浓度为100g/l，电场强度为20V/cm，沉积次数为6-7次，每次沉积时间为10s，使得电解质层素坯的厚度为70μm；
S3、将带有电解质层素坯的致密扩散层素坯置于干燥箱中，对带有电解质层素坯的致密扩散层素坯进行干燥，干燥温度为90℃，干燥时间为24h；
S4、将干燥后的带有电解质层素坯的致密扩散层素坯置于高温炉中，对带有电解质层素坯的致密扩散层素坯进行烧结，烧结温度为1440℃，烧结时间为2h；
S5、将带有电解质层素坯的致密扩散层素坯随炉冷却至室温，冷却后的致密扩散层素坯形成致密扩散层2，冷却后的电解质层素坯形成电解质层3，致密扩散层2和电解质层3彼此叠置且相连，形成双层结构，其中，电解质层3的厚度为65μm，致密扩散层2的厚度位于35-40μm的范围内。
首先，本实施例的氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法中，固体电解质层、致密扩散障碍层的变形减小至最低程度，二者不会发生开裂现象，提高包含该双层结构的氧传感器的性能、及性能的稳定性。其次，采用电泳沉积工艺进行制备，工艺过程简单、成本低、成膜快、可连续进料、无污染，适用于大规模生产。此外，制备过程中，致密扩散障碍层素坯与电解质层素坯的结合强度高，制备出的电解质层素坯的厚度可精确控制。
进一步，在本实施例中，步骤S1包括如下子步骤：
S1.1、将LSM粉末与松香水混合，然后挤压成LSM片状基体；
S1.2、对LSM片状基体进行干燥，干燥温度位于80℃的范围内，干燥时间为24h；
S1.3、将干燥后的LSM片状基体置于高温炉中，对干燥后的LSM片状基体进行烧结，烧结温度1350℃，烧结时间为6h；
S1.4、将烧结后的LSM片状基体随炉冷却至室温，形成致密扩散层素坯；
其中，步骤S1.1中所采用的LSM粉末由如下步骤制得：
b1、按摩尔比，La(NO3)3：Sr(NO3)2：Mn(NO3)2＝0.8﹕0.2﹕1进行配料；
b2、将La(NO3)3、Sr(NO3)2和Mn(NO3)2分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后得到La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Mn(NO3)2水溶液，其中，去离子水的加入量以使原料充分溶解为准；
b3、将La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Mn(NO3)2水溶液混合，制得混合溶液；
b4、向混合溶液中边搅拌边加入柠檬酸溶液柠檬酸，搅拌均匀后，加入乙二醇，搅拌均匀后滴加氨水，直至混合溶液的pH值位于8.0-9.5时停止滴加氨水，制得溶胶凝胶前驱体，其中，柠檬酸溶液柠檬酸的质量浓度位于10-20％的范围内，氨水的质量浓度位于20-30％的范围内，按摩尔比，混合溶液中金属阳离子﹕柠檬酸﹕乙二醇＝1﹕4.8﹕1.2；
b5、将溶胶凝胶前驱体置于干燥炉中，对溶胶凝胶前驱体进行干燥，干燥温度位于70-90℃的范围内；
b6、将干燥后的溶胶凝胶前驱体置于高温炉中，对将干燥后的溶胶凝胶前驱体进行煅烧，煅烧温度位于500-1000℃的范围内，煅烧时间位于5-6h，制得固溶体粉末；
b7、将固溶体粉末置于玛瑙研钵中，对固溶体粉末进行研磨，研磨时间位于2-3h的范围内，制得LSM粉末，LSM粉末的粒度≤100μm，纯度为99.99％。
将上述方法形成的双层结构制作成氧传感器，参照图3，将上述方法形成的双层结构制作成氧传感器，即如图1中包含负极1、致密扩散障碍层(简称致密扩散层22)、固体电解质层(简称电解质层33)、正极4和高温密封玻璃粉5。经测试，测氧范围为0-6.9vol％。
实施例四
在本实施例中，同样采用图2示出的电泳设备，与实施例一和实施例二的不同之处在于，实施例一和实施例二是在电解质层素坯上形成致密扩散层素坯，然后烧结冷却形成双层结构，而本实施例是在致密扩散层素坯上形成电解质层素坯，然后烧结冷却形成双层结构。
具体地，氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法具体步骤如下：
S1、制备致密扩散层素坯，电解质层素坯的主要成分是LSM，致密扩散层素坯的厚度位于40-45μm的范围内；
S2、将致密扩散层素坯涂覆在阴极(以Al2O3为基体的多孔陶瓷基体)上，将带有致密扩散层素坯的阴极浸入电泳池中具有YSZ粉末电解质层粉末的悬浮液(可选乙酰丙酮-8YSZ悬浮液)中，然后进行电泳沉积，以在致密扩散层素坯上形成一层电解质层素坯，其中，悬浮液中电解质层3粉末的浓度为100g/l，电场强度为22V/cm，沉积次数为5-6次，每次沉积时间为10s，使得电解质层素坯的厚度为65μm；
S3、将带有电解质层素坯的致密扩散层素坯置于干燥箱中，对带有电解质层素坯的致密扩散层素坯进行干燥，干燥温度为90℃，干燥时间为24h；
S4、将干燥后的带有电解质层素坯的致密扩散层素坯置于高温炉中，对带有电解质层素坯的致密扩散层素坯进行烧结，烧结温度为1500℃，烧结时间为4h；
S5、将带有电解质层素坯的致密扩散层素坯随炉冷却至室温，冷却后的致密扩散层素坯形成致密扩散层2，冷却后的电解质层素坯形成电解质层3，致密扩散层2和电解质层3彼此叠置且相连，形成双层结构，其中，电解质层3的厚度为60μm，致密扩散层2的厚度位于35-40μm的范围内。
进一步，在本实施例中，步骤S1包括如下子步骤：
S1.1、将LSM粉末与松香水混合，然后挤压成LSM片状基体；
S1.2、对LSM片状基体进行干燥，干燥温度位于80℃的范围内，干燥时间为24h；
S1.3、将干燥后的LSM片状基体置于高温炉中，对干燥后的LSM片状基体进行烧结，烧结温度1380℃，烧结时间为6h；
S1.4、将烧结后的LSM片状基体随炉冷却至室温，形成致密扩散层素坯；
其中，步骤S1.1中所采用的LSM粉末与实施例三的方法基本相同，不同之处在于，按摩尔比，La(NO3)3：Sr(NO3)2：Mn(NO3)2＝0.7﹕0.3﹕1。
将上述方法形成的双层结构制作成氧传感器，参照图3，将上述方法形成的双层结构制作成氧传感器，即如图1中包含负极1、致密扩散障碍层(简称致密扩散层22)、固体电解质层(简称电解质层33)、正极4和高温密封玻璃粉5。经测试，测氧范围为0-7.6vol％。
在上述实施例三和实施例四中，致密扩散层原料粉末为LSM粉末仅是一个实施例，致密扩散层原料粉末还可为LSC粉末和LSF粉末。
其中，LSC粉末由如下步骤制成：
b1、按摩尔比，La(NO3)3：Sr(NO3)2：Co(NO3)2＝0.8﹕0.2﹕1进行配料；
b2、将La(NO3)3、Sr(NO3)2和Co(NO3)2分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后得到La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Co(NO3)2水溶液，其中，去离子水的加入量以使原料充分溶解为准；
b3、将La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Co(NO3)2水溶液混合，制得混合溶液；
b4、向混合溶液中边搅拌边加入柠檬酸溶液柠檬酸，搅拌均匀后，加入乙二醇，搅拌均匀后滴加氨水，直至混合溶液的pH值位于8.0-9.5时停止滴加氨水，制得溶胶凝胶前驱体，其中，柠檬酸溶液柠檬酸的质量浓度位于10-20％的范围内，氨水的质量浓度位于20-30％的范围内，按摩尔比，混合溶液中金属阳离子﹕柠檬酸﹕乙二醇＝1﹕4.8﹕1.2；
b5、将溶胶凝胶前驱体置于干燥炉中，对溶胶凝胶前驱体进行干燥，干燥温度位于70-90℃的范围内；
b6、将干燥后的溶胶凝胶前驱体置于高温炉中，对将干燥后的溶胶凝胶前驱体进行煅烧，煅烧温度位于500-1000℃的范围内，煅烧时间位于5-6h，制得固溶体粉末；
b7、将固溶体粉末置于玛瑙研钵中，对固溶体粉末进行研磨，研磨时间位于2-3h的范围内，制得LSC粉末，LSC粉末的粒度≤100μm，纯度为99.99％。
其中，LSF粉末由如下步骤制得：
b1、按摩尔比，La(NO3)3：Sr(NO3)2：Fe(NO3)2＝0.8﹕0.2﹕1进行配料；
b2、将La(NO3)3、Sr(NO3)2和Fe(NO3)2分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后得到La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Fe(NO3)2水溶液，其中，去离子水的加入量以使原料充分溶解为准；
b3、将La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Fe(NO3)2水溶液混合，制得混合溶液；
b4、向混合溶液中边搅拌边加入柠檬酸溶液柠檬酸，搅拌均匀后，加入乙二醇，搅拌均匀后滴加氨水，直至混合溶液的pH值位于8.0-9.5时停止滴加氨水，制得溶胶凝胶前驱体，其中，柠檬酸溶液柠檬酸的质量浓度位于10-20％的范围内，氨水的质量浓度位于20-30％的范围内，按摩尔比，混合溶液中金属阳离子﹕柠檬酸﹕乙二醇＝1﹕4.8﹕1.2；
b5、将溶胶凝胶前驱体置于干燥炉中，对溶胶凝胶前驱体进行干燥，干燥温度位于70-90℃的范围内；
b6、将干燥后的溶胶凝胶前驱体置于高温炉中，对将干燥后的溶胶凝胶前驱体进行煅烧，煅烧温度位于500-1000℃的范围内，煅烧时间位于5-6h，制得固溶体粉末；
b7、将固溶体粉末置于玛瑙研钵中，对固溶体粉末进行研磨，研磨时间位于2-3h的范围内，制得LSF粉末，LSF粉末的粒度≤100μm，纯度为99.99％。
此外，在其他实施例中，电解质层粉末除可采用YSZ粉末外，还可采用LSGM粉末，YSZ粉末和LSGM粉末的制备方式可采用实施例一中记载的方式，在此不再赘述。
综上，参照上述实施例一和实施例二，形成本发明的一种氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法的如下规范步骤，在任何一个实施例中均可以如下步骤为基础进行参数的选择：
该氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法包括如下步骤：
S1、制备电解质层素坯；
S2、将电解质层素坯涂覆在阴极上，将带有电解质层素坯的阴极浸入具有致密扩散层粉末的悬浮液中，然后进行电泳沉积，以在电解质层素坯上形成致密扩散层素坯，其中，悬浮液中致密扩散层粉末的浓度位于20-200g/l的范围内，电场强度位于10-50V/cm的范围内，沉积次数为2-10次，每次沉积时间位于10-50s的范围内，致密扩散层素坯的厚度位于15-85μm的范围内；
S3、对带有致密扩散层素坯的电解质层素坯进行干燥，干燥温度位于50-80℃的范围内，干燥时间在24h以上；
S4、对带有致密扩散层素坯的电解质层素坯进行烧结，烧结温度位于1100-1500℃的范围内，烧结时间位于4-7h的范围内；
S5、将带有致密扩散层素坯的电解质层素坯冷却至室温，冷却后的致密扩散层素坯形成致密扩散层2，冷却后的电解质层素坯形成电解质层3，致密扩散层2和电解质层3彼此叠置且相连，形成双层结构。
优选地，在步骤S2中，粉末的浓度为100g/l，电场强度位于18-20V/cm的范围内，沉积次数为5-8次，每次沉积时间位于11-13s的范围内，致密扩散层素坯的厚度位于40-45μm的范围内。
优选地，在步骤S3中，干燥温度为80℃，干燥时间为24h。
优选地，在步骤S4中，烧结温度位于1300-1500℃，烧结时间位于4-6h的范围内。
优选地，步骤S1包括如下子步骤：
S1.1、将电解质层原料粉末与乙基纤维素、甲基纤维素和松香水中的一种或多种混合，然后挤压成圆形的电解质层片状基体，电解质层片状基体的厚度位于15-85μm的范围内，直径位于10-15mm的范围内；
S1.2、对电解质层片状基体进行干燥，干燥温度位于50-100℃的范围内，干燥时间在20h以上；
S1.3、对干燥后的电解质层片状基体进行烧结，烧结温度在1200-1500℃的范围内，烧结时间位于4-10h的范围内；
S1.4、将烧结后的电解质层片状基体冷却至室温，形成电解质层素坯。
优选地，步骤S1.1中所采用的电解质层原料粉末为YSZ粉末或LSGM粉末。
优选地，步骤S1.1中所采用的YSZ粉末由如下步骤制得：
a1、按摩尔比，Y(NO3)3·6H2O﹕ZrOCl2·8H2O＝(6.5-10)﹕(93.5-90)进行配料；
a2、将Y(NO3)3·6H2O和ZrOCl2·8H2O分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后制得Y(NO3)3水溶液和ZrOCl2水溶液；
a3、将Y(NO3)3水溶液和ZrOCl2水溶液混合，制得混合溶液，混合溶液的摩尔浓度位于0.6-1.1mol/L的范围内；
a4、向混合溶液中边搅拌边滴加氨水，直至混合溶液的pH值达到9时停止滴加氨水，制得前驱体沉淀物，其中，氨水的浓度位于25-28wt％；
a5、对前驱体沉淀物进行干燥，干燥温度位于60-80℃的范围内，干燥时间在20h以上；
a6、对干燥后的前驱体沉淀物进行煅烧，煅烧温度在600-1600℃的范围内，煅烧时间在6-7h的范围内，制得固溶体粉末；
a7、对固溶体粉末进行研磨，研磨时间位于2-4h的范围内，制得电解质层原料粉末，电解质层原料粉末的粒度≤100μm。
优选地，LSGM粉末由如下步骤制成：
a1、将La2O3粉末和MgO粉末分别在900-1100℃下煅烧10h；
a2、分别称量La2O3粉末、SrCO3粉末、Ga2O3粉末和MgO粉末，其中，各原料的取值之间的关系为按照摩尔比La﹕Sr﹕Ga﹕Mg﹕O＝0.8﹕0.2﹕0.83﹕0.17﹕2.815；
a3、将称量好的La2O粉末、SrCO3粉末、Ga2O3粉末和MgO粉末混合形成混合粉末，然后研磨至混合粉末的粒度≤100μm；
a4、对研磨后的混合粉末进行烘干，烘干温度位于90-100℃的范围内，烘干时间位于4-5h的范围内；
a5、压制烘干后的混合粉末，形成一级素坯；
a6、对一级素坯进行烧结，烧结温度位于950-1000℃的范围内，烧结时间为20h以上；
a7、对烧结后的一级素坯进行研磨，直至研磨形成的粉末的粒度≤100μm，形成一级粉料；
a8、压制一级粉料，形成二级素坯；
a9、对二级素坯进行烧结，烧结温度位于1100-1300℃的范围内，烧结时间为20h以上；
a10、对烧结后的二级素坯进行研磨，直至研磨形成的粉末的粒度≤100μm，形成二级粉料；
a11、将二级粉料与丙三醇混合均匀，然后进行研磨，直至研磨形成的粉末的粒度≤100μm，形成三级粉料；
a12、压制三级粉料，形成三级素坯；
a13、对三级素坯进行烧结，烧结温度位于1400-1500℃的范围内，烧结时间为20h以上；
a14、对烧结后的三级素坯进行研磨，直至研磨形成的粉末的粒度≤100μm，获得LSGM粉末。
优选地，致密扩散层素坯的厚度位于40-45μm的范围内，电解质层素坯的厚度位于65-70μm的范围内；致密扩散层2的厚度位于35-40μm的范围内，电解质层3的厚度位于60-65μm的范围内。
参照上述实施例三和实施例四，形成本发明的另一种氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法的如下规范步骤，在任何一个实施例中均可以如下步骤为基础进行参数的选择：
此氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法包括如下步骤：
S1、制备致密扩散层素坯；
S2、将致密扩散层素坯涂覆在阴极上，将带有致密扩散层素坯的阴极浸入具有电解质层3粉末的悬浮液中，然后进行电泳沉积，以在致密扩散层素坯上形成电解质层素坯，其中，悬浮液中电解质层3粉末的浓度位于20-200g/l的范围内，电场强度位于10-50V/cm的范围内，沉积次数为2-10次，每次沉积时间位于10-50s的范围内，电解质层素坯的厚度位于15-85μm的范围内；
S3、对带有电解质层素坯的致密扩散层素坯进行干燥，干燥温度位于50-90℃的范围内，干燥时间在24h以上；
S4、对带有电解质层素坯的致密扩散层素坯进行烧结，烧结温度位于1100-1500℃的范围内，烧结时间位于1-4h的范围内；
S5、将带有电解质层素坯的致密扩散层素坯冷却至室温，冷却后的致密扩散层素坯形成致密扩散层2，冷却后的电解质层素坯形成电解质层3，致密扩散层2和电解质层3彼此叠置且相连，形成双层结构。
优选地，在步骤S2中，粉末的浓度为100g/l，电场强度位于20-22V/cm的范围内，沉积次数为5-7次，每次沉积时间位于10-12s的范围内，致密扩散层素坯的厚度位于65-75μm的范围内。
优选地，在步骤S3中，干燥温度为90℃，干燥时间为24h。
优选地，在步骤S4中，烧结温度位于1440-1500℃的范围内，烧结时间位于2-4h的范围内，致密扩散层2的厚度位于35-40μm的范围内，电解质层3的厚度位于60-70μm的范围内。
优选地，步骤S1包括如下子步骤：
S1.1、将致密扩散层原料粉末与乙基纤维素、甲基纤维素和松香水中的一种或多种混合，然后挤压成致密扩散层片状基体；
S1.2、对致密扩散层片状基体进行干燥，干燥温度位于50-100℃的范围内，干燥时间在24h以上；
S1.3、对干燥后的致密扩散层片状基体进行烧结，烧结温度在1200-1500℃的范围内，烧结时间位于4-10h的范围内；
S1.4、将烧结后的致密扩散层片状基体冷却至室温，形成致密扩散层素坯。
优选地，步骤S1.1中所采用的致密扩散层原料粉末为LSM粉末、LSC粉末或LSF粉末。
优选地，LSM粉末由如下步骤制得：
b1、按摩尔比，La(NO3)3：Sr(NO3)2：Mn(NO3)2＝(1-x)﹕x﹕1进行配料；
b2、将La(NO3)3、Sr(NO3)2和Mn(NO3)2分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后得到La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Mn(NO3)2水溶液；
b3、将La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Mn(NO3)2水溶液混合，制得混合溶液；
b4、向混合溶液中边搅拌边加入柠檬酸溶液，搅拌均匀后，加入乙二醇，搅拌均匀后滴加氨水，直至混合溶液的pH值位于8.0-9.5时停止滴加氨水，制得溶胶凝胶前驱体，其中，柠檬酸溶液的质量浓度位于10-20％的范围内，氨水的质量浓度位于20-30％的范围内，按摩尔比，混合溶液中金属阳离子﹕柠檬酸﹕乙二醇＝1﹕4.8﹕1.2；
b5、对溶胶凝胶前驱体进行干燥，干燥温度位于70-90℃的范围内；
b6、对将干燥后的溶胶凝胶前驱体进行煅烧，煅烧温度位于500-1000℃的范围内，煅烧时间位于5-6h，制得固溶体粉末；
b7、对固溶体粉末进行研磨，研磨时间位于2-3h的范围内，制得LSM粉末，LSM粉末的粒度≤100μm，纯度为99.99％。
优选地，LSC粉末由如下步骤制得：
b1、按摩尔比，La(NO3)3：Sr(NO3)2：Co(NO3)2＝(1-x)﹕x﹕1进行配料；
b2、将La(NO3)3、Sr(NO3)2和Co(NO3)2分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后得到La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Co(NO3)2水溶液；
b3、将La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Co(NO3)2水溶液混合，制得混合溶液；
b4、向混合溶液中边搅拌边加入柠檬酸溶液，搅拌均匀后，加入乙二醇，搅拌均匀后滴加氨水，直至混合溶液的pH值位于8.0-9.5时停止滴加氨水，制得溶胶凝胶前驱体，其中，柠檬酸溶液的质量浓度位于10-20％的范围内，氨水的质量浓度位于20-30％的范围内，按摩尔比，混合溶液中金属阳离子﹕柠檬酸﹕乙二醇＝1﹕4.8﹕1.2；
b5、对溶胶凝胶前驱体进行干燥，干燥温度位于70-90℃的范围内；
b6、对将干燥后的溶胶凝胶前驱体进行煅烧，煅烧温度位于500-1000℃的范围内，煅烧时间位于5-6h，制得固溶体粉末；
b7、对固溶体粉末进行研磨，研磨时间位于2-3h的范围内，制得LSC粉末，LSC粉末的粒度≤100μm，纯度为99.99％。
优选地，LSF粉末由如下步骤制得：
b1、按摩尔比，La(NO3)3：Sr(NO3)2：Fe(NO3)2＝(1-x)﹕x﹕1进行配料；
b2、将La(NO3)3、Sr(NO3)2和Fe(NO3)2分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后得到La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Fe(NO3)2水溶液；
b3、将La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Fe(NO3)2水溶液混合，制得混合溶液；
b4、向混合溶液中边搅拌边加入柠檬酸溶液，搅拌均匀后，加入乙二醇，搅拌均匀后滴加氨水，直至混合溶液的pH值位于8.0-9.5时停止滴加氨水，制得溶胶凝胶前驱体，其中，柠檬酸溶液的质量浓度位于10-20％的范围内，氨水的质量浓度位于20-30％的范围内，按摩尔比，混合溶液中金属阳离子﹕柠檬酸﹕乙二醇＝1﹕4.8﹕1.2；
b5、对溶胶凝胶前驱体进行干燥，干燥温度位于70-90℃的范围内；
b6、对将干燥后的溶胶凝胶前驱体进行煅烧，煅烧温度位于500-1000℃的范围内，煅烧时间位于5-6h，制得固溶体粉末；
b7、对固溶体粉末进行研磨，研磨时间位于2-3h的范围内，制得LSF粉末，LSF粉末的粒度≤100μm，纯度为99.99％。
优选地，致密扩散层素坯的厚度位于40-45μm的范围内，电解质层素坯的厚度位于65-70μm的范围内；致密扩散层2的厚度位于35-40μm的范围内，电解质层3的厚度位于60-65μm的范围内。
综上，上述两种氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法，两种方法均是采用电泳沉积方式形成电解质层和致密扩散层双层结构，并且均是先形成电解质层3和致密扩散层2中的一个的素坯，然后在这个素坯上电泳沉积另一层。
无论上述哪一种方法，都能够制备出的电解质层和致密扩散层双层结构不会容易出现裂纹、且适用于大规模生产。具体地，通过上述两种方法，固体电解质层、致密扩散障碍层的变形减小至最低程度，二者不会发生开裂现象，提高包含该双层结构的氧传感器的性能、及性能的稳定性。其次，采用电泳沉积工艺进行制备，工艺过程简单、成本低、成膜快、可连续进料、无污染，适用于大规模生产。此外，制备过程中，致密扩散障碍层素坯与电解质层素坯的结合强度高，制备出的致密扩散障碍层素坯/电解质素坯的厚度可精确控制。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备电解质层素坯；
S2、将所述电解质层素坯涂覆在阴极上，将带有电解质层素坯的阴极浸入具有致密扩散层粉末的悬浮液中，然后进行电泳沉积，以在所述电解质层素坯上形成致密扩散层素坯，其中，所述悬浮液中致密扩散层粉末的浓度为100g/l，电场强度位于18-20V/cm的范围内，沉积次数为5-8次，每次沉积时间位于11-13s的范围内，所述致密扩散层素坯的厚度位于40-45μm的范围内；
S3、对带有致密扩散层素坯的电解质层素坯进行干燥，干燥温度位于50-80℃的范围内，干燥时间在24h以上；
S4、对带有致密扩散层素坯的电解质层素坯进行烧结，烧结温度位于1300-1500℃的范围内，烧结时间位于4-6h的范围内；
S5、将带有致密扩散层素坯的电解质层素坯冷却至室温，冷却后的致密扩散层素坯形成致密扩散层，冷却后的电解质层素坯形成电解质层，所述致密扩散层和所述电解质层彼此叠置且相连，形成双层结构，所述致密扩散层的厚度位于35-40μm的范围内，所述电解质层的厚度位于60-65μm的范围内。
2.根据权利要求1所述的氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法，其特征在于，
在步骤S3中，所述干燥温度为80℃，所述干燥时间为24h。
3.根据权利要求1所述的氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法，其特征在于，
步骤S1包括如下子步骤：
S1.1、将电解质层原料粉末与乙基纤维素、甲基纤维素和松香水中的一种或多种混合，然后挤压成圆形的电解质层片状基体，所述电解质层片状基体的厚度位于15-85μm的范围内，直径位于10-15mm的范围内；
S1.2、对所述电解质层片状基体进行干燥，干燥温度位于50-100℃的范围内，干燥时间在20h以上；
S1.3、对干燥后的电解质层片状基体进行烧结，烧结温度在1200-1500℃的范围内，烧结时间位于4-10h的范围内；
S1.4、将烧结后的电解质层片状基体冷却至室温，形成所述电解质层素坯。
4.根据权利要求3所述的氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法，其特征在于，
步骤S1.1中所采用的电解质层原料粉末为YSZ粉末或LSGM粉末；
其中，所述YSZ粉末由如下步骤制得：
a1、按摩尔比，Y(NO3)3·6H2O﹕ZrOCl2·8H2O＝(6.5-10)﹕(93.5-90)进行配料；
a2、将Y(NO3)3·6H2O和ZrOCl2·8H2O分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后制得Y(NO3)3水溶液和ZrOCl2水溶液；
a3、将所述Y(NO3)3水溶液和所述ZrOCl2水溶液混合，制得混合溶液，所述混合溶液的摩尔浓度位于0.6-1.1mol/L的范围内；
a4、向所述混合溶液中边搅拌边滴加氨水，直至所述混合溶液的pH值达到9时停止滴加氨水，制得前驱体沉淀物，其中，所述氨水的浓度位于25-28wt％；
a5、对所述前驱体沉淀物进行干燥，干燥温度位于60-80℃的范围内，干燥时间在20h以上；
a6、对干燥后的前驱体沉淀物进行煅烧，煅烧温度在600-1600℃的范围内，煅烧时间在6-7h的范围内，制得固溶体粉末；
a7、对所述固溶体粉末进行研磨，研磨时间位于2-4h的范围内，制得所述YSZ粉末，所述YSZ粉末的粒度≤100μm；
其中，所述LSGM粉末由如下步骤制成：
a1、将La2O3粉末和MgO粉末分别在900-1100℃下煅烧10h；
a2、分别称量La2O3粉末、SrCO3粉末、Ga2O3粉末和MgO粉末，其中，各原料的取值之间的关系为按照摩尔比La﹕Sr﹕Ga﹕Mg﹕O＝0.8﹕0.2﹕0.83﹕0.17﹕2.815；
a3、将称量好的La2O粉末、SrCO3粉末、Ga2O3粉末和MgO粉末混合形成混合粉末，然后研磨至混合粉末的粒度≤100μm；
a4、对研磨后的混合粉末进行烘干，烘干温度位于90-100℃的范围内，烘干时间位于4-5h的范围内；
a5、压制烘干后的混合粉末，形成一级素坯；
a6、对所述一级素坯进行烧结，烧结温度位于950-1000℃的范围内，烧结时间为20h以上；
a7、对烧结后的一级素坯进行研磨，直至研磨形成的粉末的粒度≤100μm，形成一级粉料；
a8、压制所述一级粉料，形成二级素坯；
a9、对所述二级素坯进行烧结，烧结温度位于1100-1300℃的范围内，烧结时间为20h以上；
a10、对烧结后的二级素坯进行研磨，直至研磨形成的粉末的粒度≤100μm，形成二级粉料；
a11、将所述二级粉料与丙三醇混合均匀，然后进行研磨，直至研磨形成的粉末的粒度≤100μm，形成三级粉料；
a12、压制所述三级粉料，形成三级素坯；
a13、对所述三级素坯进行烧结，烧结温度位于1400-1500℃的范围内，烧结时间为20h以上；
a14、对烧结后的三级素坯进行研磨，直至研磨形成的粉末的粒度≤100μm，获得所述LSGM粉末。
5.一种氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备致密扩散层素坯；
S2、将所述致密扩散层素坯涂覆在阴极上，将带有致密扩散层素坯的阴极浸入具有电解质层粉末的悬浮液中，然后进行电泳沉积，以在所述致密扩散层素坯上形成电解质层素坯，其中，所述悬浮液中电解质层粉末的浓度为100g/l的范围内，电场强度位于20-22V/cm的范围内，沉积次数为5-7次，每次沉积时间位于10-12s的范围内；
S3、对带有电解质层素坯的致密扩散层素坯进行干燥，干燥温度为90℃，干燥时间在24h；
S4、对带有电解质层素坯的致密扩散层素坯进行烧结，烧结温度位于1440-1500℃的范围内，烧结时间位于2-4h的范围内；
S5、将带有电解质层素坯的致密扩散层素坯冷却至室温，冷却后的致密扩散层素坯形成致密扩散层，冷却后的电解质层素坯形成电解质层，所述致密扩散层和所述电解质层彼此叠置且相连，形成双层结构，所述致密扩散层的厚度位于35-40μm的范围内，所述电解质层的厚度位于60-70μm的范围内。
6.根据权利要求5所述的氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法，其特征在于，
步骤S1包括如下子步骤：
S1.1、将致密扩散层原料粉末与乙基纤维素、甲基纤维素和松香水中的一种或多种混合，然后挤压成致密扩散层片状基体；
S1.2、对所述致密扩散层片状基体进行干燥，干燥温度位于50-100℃的范围内，干燥时间在24h以上；
S1.3、对干燥后的致密扩散层片状基体进行烧结，烧结温度在1200-1500℃的范围内，烧结时间位于4-10h的范围内；
S1.4、将烧结后的致密扩散层片状基体冷却至室温，形成所述致密扩散层素坯；
其中，步骤S1.1中所采用的致密扩散层原料粉末为LSM粉末、LSC粉末或LSF粉末；
其中，所述LSM粉末由如下步骤制得：
b1、按摩尔比，La(NO3)3：Sr(NO3)2：Mn(NO3)2＝(1-x)﹕x﹕1进行配料；
b2、将La(NO3)3、Sr(NO3)2和Mn(NO3)2分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后得到La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Mn(NO3)2水溶液；
b3、将所述La(NO3)3水溶液、所述Sr(NO3)2水溶液和所述Mn(NO3)2水溶液混合，制得混合溶液；
b4、向所述混合溶液中边搅拌边加入柠檬酸溶液，搅拌均匀后，加入乙二醇，搅拌均匀后滴加氨水，直至混合溶液的pH值位于8.0-9.5时停止滴加氨水，制得溶胶凝胶前驱体，其中，所述柠檬酸溶液的质量浓度位于10-20％的范围内，所述氨水的质量浓度位于20-30％的范围内，按摩尔比，混合溶液中金属阳离子﹕柠檬酸﹕乙二醇＝1﹕4.8﹕1.2；
b5、对所述溶胶凝胶前驱体进行干燥，干燥温度位于70-90℃的范围内；
b6、对将干燥后的溶胶凝胶前驱体进行煅烧，煅烧温度位于500-1000℃的范围内，煅烧时间位于5-6h，制得固溶体粉末；
b7、对所述固溶体粉末进行研磨，研磨时间位于2-3h的范围内，制得所述LSM粉末，所述LSM粉末的粒度≤100μm，纯度为99.99％；
其中，所述LSC粉末由如下步骤制得：
b1、按摩尔比，La(NO3)3：Sr(NO3)2：Co(NO3)2＝(1-x)﹕x﹕1进行配料；
b2、将La(NO3)3、Sr(NO3)2和Co(NO3)2分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后得到La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Co(NO3)2水溶液；
b3、将所述La(NO3)3水溶液、所述Sr(NO3)2水溶液和所述Co(NO3)2水溶液混合，制得混合溶液；
b4、向所述混合溶液中边搅拌边加入柠檬酸溶液，搅拌均匀后，加入乙二醇，搅拌均匀后滴加氨水，直至混合溶液的pH值位于8.0-9.5时停止滴加氨水，制得溶胶凝胶前驱体，其中，所述柠檬酸溶液的质量浓度位于10-20％的范围内，所述氨水的质量浓度位于20-30％的范围内，按摩尔比，混合溶液中金属阳离子﹕柠檬酸﹕乙二醇＝1﹕4.8﹕1.2；
b5、对所述溶胶凝胶前驱体进行干燥，干燥温度位于70-90℃的范围内；
b6、对将干燥后的溶胶凝胶前驱体进行煅烧，煅烧温度位于500-1000℃的范围内，煅烧时间位于5-6h，制得固溶体粉末；
b7、对所述固溶体粉末进行研磨，研磨时间位于2-3h的范围内，制得所述LSC粉末，所述LSC粉末的粒度≤100μm，纯度为99.99％；
其中，所述LSF粉末由如下步骤制得：
b1、按摩尔比，La(NO3)3：Sr(NO3)2：Fe(NO3)2＝(1-x)﹕x﹕1进行配料；
b2、将La(NO3)3、Sr(NO3)2和Fe(NO3)2分别溶解于去离子水中，过滤除去不溶性杂质后得到La(NO3)3水溶液、Sr(NO3)2水溶液和Fe(NO3)2水溶液；
b3、将所述La(NO3)3水溶液、所述Sr(NO3)2水溶液和所述Fe(NO3)2水溶液混合，制得混合溶液；
b4、向所述混合溶液中边搅拌边加入柠檬酸溶液，搅拌均匀后，加入乙二醇，搅拌均匀后滴加氨水，直至混合溶液的pH值位于8.0-9.5时停止滴加氨水，制得溶胶凝胶前驱体，其中，所述柠檬酸溶液的质量浓度位于10-20％的范围内，所述氨水的质量浓度位于20-30％的范围内，按摩尔比，混合溶液中金属阳离子﹕柠檬酸﹕乙二醇＝1﹕4.8﹕1.2；
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Preparation of Dense Platinum-Yttria Stabilized Zirconia and Yttria Stabilized Zirconia Films on Porous La0.9Sr0.1MnO3 (LSM) Substrates;Zuoyan Peng 等;《Journal of the American Ceramic Society》;20041220;第84卷(第2期);摘要，II实验部分，图1，图2，图5
Preparation of yttria-stabilized zirconia(YSZ) films on La0.85Sr0.15MnO3(LSM) and LSM-YSZ substrates using an electrophoretic deposition(EPD) process;Fanglin Chen 等;《Journal of the European Ceramic Society》;20010108;第21卷;全文

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