[發明專利]一種氣體傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201010160302.7
• 申請日: 2010-04-23
• 公開（公告）號: CN102235992A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 郭聰;陳福平;向其軍
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407;C04B35/10;C04B35/48
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種氣體傳感器及其制備方法。

背景技術

隨著社會經濟的發展，大氣環境的污染越來越嚴重，控制各種有害氣體的排放逐漸成為一個社會性議題，其中工業廢氣和汽車尾氣是人們關注的重點，而監控排放氣體中N_xO/C_xH和O₂的含量是人們研究最多的課題之一。目前常見的用于監控排放氣體的元件主要是汽車氧傳感器。汽車氧傳感器用于將燃燒后的氣體情況實時反饋給發動機控制單元，而發動機電控噴射系統則依據氧傳感器提供的信號精確控制空燃比，從而調整混合氣的空燃比(A/F，空氣與汽油的質量比)在理論值附近。

例如，CN101042366A中公開了一種平板式氧傳感器芯片的制備方法，先通過流延法制備傳感器片、中間片(即參比氣層)和加熱片，其中傳感器片、中間片和加熱片的基材均采用YSZ，絕緣層采用氧化鋁；在疊層熱壓之前，在中間片的兩面印涂YSZ或者含氧化鋁80-99％的陶瓷粉。該方法在中間片的兩面涂覆陶瓷粉，能一定程度提高傳感器片、中間片、加熱片之間的結合力，但是各疊層結合力仍達不到要求，使得片式氧傳感器的密封性較差。

發明內容

本發明解決了現有技術中存在的制備過程中異質結合困難使得氣體傳感器各疊層結合力較弱、密封性差的技術問題。

本發明提供了一種氣體傳感器，從下至上依次包括絕緣層、參比氣層和傳感層，其中所述絕緣層含有氧化鋁和玻璃粉，所述參比氣層含有YSZ、氧化鋁和玻璃粉，所述傳感層含有釔穩定氧化鋯、氧化鋁和玻璃粉。

本發明還提供了一種氣體傳感器的制備方法，包括將絕緣層、參比氣層和傳感層從下至上依次疊加壓制，燒結得到所述氣體傳感器。

本發明提供的氣體傳感器，通過適當調節絕緣層、參比氣層和傳感層的組成，在參比氣層和傳感層中加入氧化鋁，并在三個疊層中均加入玻璃粉，從而提高參比氣基片、絕緣層以及傳感層的異質結合程度，提高絕緣層、參比氣層和傳感層之間的結合力，從而保證氣體傳感器具有較好的密封性。從表1的測試結果可以看出，本發明提供的氣體傳感器測試前后氣壓壓強變化小于0.05MPa，抗拉拔強度達到1.7MPa及以上。

具體實施方式

本發明提供了一種氣體傳感器，從下至上依次包括絕緣層、參比氣層和傳感層，其特征在于，所述絕緣層含有氧化鋁和玻璃粉，所述參比氣層含有釔穩定氧化鋯、氧化鋁和玻璃粉，所述傳感層含有釔穩定氧化鋯、氧化鋁和玻璃粉。

本發明的發明人通過大量實驗發現：參比氣層中含有氧化鋁，能提高參比氣層與絕緣層的結合力；類似地，傳感層中也含有氧化鋁，保證傳感層與參比氣層的部分同質結合，從而提高結合力；另外，本發明的絕緣層、參比氣層和傳感層中均含有玻璃粉，一方面使得絕緣層、參比氣層和傳感層的材料部分同質；另一方面玻璃粉可以用于增強氧化鋁與YSZ的結合程度，具體包括(1)絕緣層中氧化鋁與參比氣層中YSZ、(2)參比氣層中YSZ與氧化鋁、(3)參比氣層中YSZ與傳感層中氧化鋁、(4)參比氣層中氧化鋁與傳感層中YSZ、以及(5)傳感層中氧化鋁與YSZ之間的結合。因此，本發明的氣體傳感器的絕緣層、參比氣層和傳感層具有較高的結合力，從而使得氣體傳感器具有較好的密封性，延長本發明的氣體傳感器的使用壽命。

此外，本發明的發明人還發現，傳感層中含有玻璃粉還具有如下優點：(a)玻璃粉能抑制傳感層中氧化鋯晶粒的過分長大，使YSZ的電性能更穩定；(b)玻璃粉能減少氧化鋯晶粒間的晶界電阻，尤其減少氧化鋯和電極之間的邊界電阻值，從而減少電壓損耗，增強電壓信號。

所述絕緣層中氧化鋁的含量為92-98wt％，玻璃粉的含量為2-8wt％；所述參比氣層中釔穩定氧化鋯的含量為85-95wt％，氧化鋁的含量為2-8wt％，玻璃粉的含量為2-8wt％；所述傳感層中釔穩定氧化鋯的含量為80-95wt％，氧化鋁的含量為2-15wt％，玻璃粉的含量為2-8wt％。

本發明絕緣層、參比氣層和傳感層中均含有玻璃粉，所述玻璃粉為本領域技術人員公知的由多種無機氧化物預燒形成的具有玻璃相的一類物質。優選情況下，本發明采用的玻璃粉中含有5-40wt％氧化硅、30-60wt％氧化硼、10-35wt％氧化鉍、2-10wt％氧化鋰、5-20wt％氧化鍶、2-20wt％氧化鉛、5-25wt％氧化鋁和2-8wt％氧化鋯。