CN108872482B - 一种氮氧传感器陶瓷芯片的膜片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮氧传感器陶瓷芯片的膜片，包括从上至下依次叠压的第一至第五层膜片，第一至第三层膜片均为YSZ膜片，第四层膜片和第五层膜片为Al2O3膜片，第三层膜片和第四层膜片之间叠压有过渡层，所述过渡层由上过渡层、中间过渡层、下过渡层从上至下依次叠压而成，上过渡层、中间过渡层、下过渡层均为采用流延成型工艺制备的掺Al2O3的YSZ膜片，其中上过渡层的主体材料中Al2O3的掺杂量为15％～25％，中间过渡层的主体材料中Al2O3的掺杂量为40％～55％，下过渡层的主体材料中Al2O3的掺杂量为75％～85％。本发明膜片之间的烧结匹配性良好，明显提高了加热器层的绝缘性能，无漏电现象。
Description
技术领域
本发明属于气敏陶瓷制造技术领域，具体涉及一种氮氧传感器陶瓷芯片的膜片，主要是氮氧传感器陶瓷芯片加热器绝缘层上下的陶瓷基体材料。
背景技术
随着人们生活水平的提高和汽车保有量的增加，汽车尾气排放已经成为主要的大气污染之一，尤其在我国人口密集的大中城市，汽车尾气排放所引起的环境污染问题正越来越受到人们的重视。
近年来，随着人们对环境质量要求的不断提高，各国相继提高了废气排放标准，在欧洲，废气排放标准由最初的国Ⅰ提升到国Ⅳ，我国也将标准由原来的国Ⅰ提高至国Ⅳ。从国Ⅱ到国Ⅲ，关键是燃油喷射系统的设计及改进，而从国Ⅲ到国Ⅳ，就必须使用排放后处理技术，及选择性催化还原(SCR)系统。氮氧传感器是SCR系统在进行调控时的核心部分。从市场前景来看，目前NOX芯片市场巨大，市面常见的氮氧传感器是德国大陆公司所垄断，其核心部件氮氧芯片是由日本NGK所生产，以良好的性能成为行业的领头人。为了打破国外企业的垄断地位，近些年国内涌现出少数能够生产氮氧传感器的企业。
传统制备过程中，YSZ(8％mol Y2O3稳定的ZrO2)膜片作为加热器层的陶瓷基体材料，氮氧传感器陶瓷芯片存在加热器绝缘性能不好，漏电问题。针对上述问题，要改善加热器层存在的两点问题，对绝缘层部分YSZ膜片材料改性则是最佳方案，并通过流延成型制造来实现，以保证其膜片质量。流延成型是指在陶瓷粉体中加入粘结剂、分散剂、增塑剂、有机溶剂、除泡剂和均化剂等成分，得到分散均匀的稳定浆料，在流延机上制备所需要厚度薄膜的一种成型方法，具有以下优点：1)可制备单相或复相陶瓷薄膜材料；2)产品性能稳定；3)生产效率高，可大批量生产，适合工业生产。
发明内容
本发明目的是为了改善陶瓷基体材料的绝缘性，提供一种氮氧传感器陶瓷芯片的膜片。
解决上述问题采用的氮氧传感器陶瓷芯片的膜片包括从上至下依次叠压的第一层膜片、第二层膜片、第三层膜片、第四层膜片以及第五层膜片，第五层膜片(6)上通过丝网印刷技术印刷有加热电极，第一层膜片、第二层膜片、第三层膜片均为YSZ膜片，第四层膜片和第五层膜片为Al2O3膜片，在第三层膜片和第四层膜片之间叠压有过渡层，所述的过渡层由上过渡层、中间过渡层、下过渡层从上至下依次叠压而成，上过渡层、中间过渡层、下过渡层均为掺Al2O3的YSZ膜片，所述掺Al2O3的YSZ膜片由下述质量百分比的流延浆料采用流延成型工艺制备而成：
主体材料60％～70％、粘接剂3％～10％、增塑剂3％～10％、分散剂1％～10％、有机溶剂18％～30％、除泡剂0.1％～0.5％、均化剂0.5％～1％，其中上过渡层中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 75％～85％、Al2O3 15％～25％，中间过渡层中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 45％～60％、Al2O3 40％～55％，下过渡层中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 15％～25％、Al2O3 75％～85％。
上述掺Al2O3的YSZ膜片优选由下述质量百分比的流延浆料采用流延成型工艺制备而成：
主体材料60％～65％、粘接剂5％～7％、增塑剂5％～10％、分散剂5％～10％、有机溶剂20％～25％、除泡剂0.1％～0.5％、均化剂0.5％～1％，其中上过渡层中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 80％～85％、Al2O3 15％～20％，中间过渡层中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 50％～55％、Al2O3 45％～50％，下过渡层中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 15％～20％、Al2O3 80％～85％。
上述的过渡层的厚度小于400μm，其中上过渡层、中间过渡层、下过渡层的厚度分别为100～130μm。
上述的粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇等中任意一种。
上述的增塑剂为邻苯二甲醇二甲酯、聚乙二醇等中任意一种。
上述的分散剂为鱼油、蓖麻油等中任意一种。
上述的有机溶剂为乙醇、甲苯等中任意一种或两种的混合液。
上述的除泡剂为正丁醇、乙二醇等中任意一种或两种的混合液。
上述的均化剂为环己酮等。
本发明的有益效果是：
本发明通过在第三层的YSZ膜片和第四层的Al2O3膜片之间从上到下依次叠压不同掺杂量的掺Al2O3的YSZ膜片作为过渡层，达到了多层共烧的目的，不仅具有高的烧结匹配性，而且明显提高了加热器层的绝缘性能，无漏电现象。其次，本发明的膜片均采用流延成型工艺加工而成，直接将流延膜片叠层绝缘加热器，取代用绝缘浆料印刷的方式，有效避免了绝缘浆料在加热器电极上的孔洞、漏点问题，进而有效的提高了加热器的绝缘效果，同时降低了绝缘层印刷带来的不良品率和印刷成本。
附图说明
图1是本发明氮氧传感器陶瓷芯片的膜片结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例的氮氧传感器陶瓷芯片的膜片包括从上至下依次叠压的第一层膜片1、第二层膜片2、第三层膜片3、第四层膜片5以及第五层膜片6，第五层膜片6上通过丝网印刷技术印刷有加热电极7，第一层膜片1是由3层厚度为120μm的YSZ膜片叠压而成，第二层膜片2和第三层膜片3均由2层厚度为120μm的YSZ膜片叠压而成，第四层膜片5为厚度120μm的Al2O3膜片，第五层膜片6由3层厚度为120μm的Al2O3膜片叠压而成。在第三层膜片3和第四层膜片5之间叠压有过渡层4，所述的过渡层4由上过渡层4-1、中间过渡层4-2、下过渡层4-3从上至下依次叠压而成，上过渡层4-1、中间过渡层4-2、下过渡层4-3均为厚度125μm的掺Al2O3的YSZ膜片。
上述掺Al2O3的YSZ膜片是将下述质量百分比的流延浆料采用流延成型工艺形成的膜带经干燥后切割而成：
主体材料60％、聚乙烯醇缩丁醛5％、邻苯二甲醇二甲酯5％、鱼油5％、乙醇24％、正丁醇0.05％、乙二醇0.05％、环已酮0.9％，其中上过渡层4-1中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 85％、Al2O3 15％，中间过渡层4-2中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 50％、Al2O3 50％，下过渡层4-3中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 15％、Al2O3 85％。
所述掺Al2O3的YSZ膜片采用流延成型工艺制备而成，具体制备方法为：将YSZ和Al2O3粉体、粘结剂、增塑剂、分散剂、有机溶剂、除泡剂和均化剂采用湿法球磨工艺进行分散处理后，均匀混合并进行真空除泡处理，然后流延成型成厚度为120μm膜带，干燥后切割成膜片，即得掺Al2O3的YSZ膜片。
实施例2
本实施例的氮氧传感器陶瓷芯片的膜片的结构与实施例1相同，上过渡层4-1、中间过渡层4-2、下过渡层4-3的厚度均为100μm，掺Al2O3的YSZ膜片是将下述质量百分比的流延浆料采用流延成型工艺形成的膜带经干燥后切割而成：
主体材料60％、聚乙烯醇3％、聚乙二醇6％、蓖麻油1％、乙醇29％、正丁醇0.05％、乙二醇0.05％、环已酮0.9％，其中上过渡层4-1中主体材料的质量百分比组成为：YSZ80％、Al2O3 20％，中间过渡层4-2中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 55％、Al2O3 45％，下过渡层4-3中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 20％、Al2O3 80％。
实施例3
本实施例的氮氧传感器陶瓷芯片的膜片的结构与实施例1相同，上过渡层4-1、中间过渡层4-2、下过渡层4-3的厚度均为130μm，掺Al2O3的YSZ膜片是将下述质量百分比的流延浆料采用流延成型工艺形成的膜带经干燥后切割而成：
主体材料60％、乙烯醇缩丁醛7％、聚乙二醇3％、鱼油10％、乙醇10％、甲苯9％、正丁醇0.25％、乙二醇0.25％、环已酮0.5％，其中上过渡层4-1中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 75％、Al2O3 25％，中间过渡层4-2中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 45％、Al2O3 55％，下过渡层4-3中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 25％、Al2O3 75％。
Claims (1)
1.一种氮氧传感器陶瓷芯片的膜片，包括从上至下依次叠压的第一层膜片（1）、第二层膜片（2）、第三层膜片（3）、第四层膜片（5）以及第五层膜片（6），第五层膜片（6）上通过丝网印刷技术印刷有加热电极（7），第一层膜片（1）、第二层膜片（2）、第三层膜片（3）均为YSZ膜片，其特征在于：所述第四层膜片（5）和第五层膜片（6）为Al2O3膜片，第三层膜片（3）和第四层膜片（5）之间叠压有过渡层（4），所述的过渡层（4）由上过渡层（4-1）、中间过渡层（4-2）、下过渡层（4-3）从上至下依次叠压而成，上过渡层（4-1）、中间过渡层（4-2）、下过渡层（4-3）均为掺Al2O3的YSZ膜片，所述掺Al2O3的YSZ膜片由下述质量百分比的流延浆料采用流延成型工艺制备而成：
主体材料60%～65%、粘接剂5%～7%、增塑剂5%～10%、分散剂5%～10%、有机溶剂20%～25%、除泡剂0.1%～0.5%、均化剂0.5%～1%，其中上过渡层（4-1）中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 80%～85%、Al2O3 15%～20%，中间过渡层（4-2）中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 50%～55%、Al2O3 45%～50%，下过渡层（4-3）中主体材料的质量百分比组成为：YSZ 15%～20%、Al2O3 80%～85%；
所述的过渡层（4）的厚度小于400µm，其中上过渡层（4-1）、中间过渡层（4-2）、下过渡层（4-3）的厚度分别为100～130µm；
所述的粘接剂为聚乙烯醇缩丁醛，所述的增塑剂为邻苯二甲醇二甲酯，所述的分散剂为蓖麻油，所述的有机溶剂为乙醇、甲苯混合液，所述的除泡剂为正丁醇，所述的均化剂为环己酮。
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