[發明專利]汽車氧傳感器用的氧化鋯基固體電解質粉料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010506733.4
• 申請日: 2010-10-14
• 公開（公告）號: CN101967057A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 紀箴;田文懷;趙光;葛泳;高紅葉
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/626
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域

本發明屬于氣敏傳感器制造領域，特別涉及制備汽車氧傳感器關鍵材料之一的氧化鋯基固體電解質陶瓷用的納米級粉體材料制備方法。

技術背景

在汽車傳感器應用方面，目前氧化鋯型氧傳感器約占整個氧傳感器市場的99％，而其中又以氧化釔穩定型最為普遍。純ZrO₂在1100℃以下為單斜相，在1100～2300℃之間為四方相，2300℃以上為立方相。在這個相變過程中，由于伴隨著巨大的體積變化而導致ZrO₂的開裂，從而使純ZrO₂失去應用價值。目前，人們一般在ZrO₂中摻入一定量的CaO、MgO、Y₂O₃或稀土氧化物，以使其立方相結構能夠穩定到室溫。

釔穩定立方相二氧化鋯(YSZ)陶瓷是一種很好的高溫(600～1000℃)氧離子導體材料，這一特點使ZrO₂主要應用于氧傳感器，燃料電池，氧泵和氧化氣氛中的高溫加熱元件等領域。

獲得二氧化鋯材料的方法主要有化學法和電熔法。電熔法目前已實現產業化，中國發明專利CN1088623A，CN1059704A和CN1051304A都有所述及，但是在實際應用中，都存在煅燒溫度高、能耗大、作業時間長、設備運行成本高和維護困難等難題。而使用化學法制備超細YSZ粉體以及后期進行低溫燒結，在工業化生產中前景廣闊。目前廣泛采用的工業方法是共沉淀方法，即用二氯氧化鋯水溶液加入氨，得到氫氧化鋯沉淀，然后過濾、洗滌、焙燒、研磨。這種方法的缺點是制得的氫氧化物沉淀難以過濾，而且焙燒產物是過硬的團塊，很難制備高分散性納米粉。為了解決上述問題，在文獻J.Euro.Soc.1996，16(4)：437-440中，Gao?L等人用乳濁液法制備出12～14nm的四方相ZrO₂(3Y)粉體，但是存在的問題是制備過程工藝復雜，并且需要加入污染環境的乳化劑Tween80和二甲苯有機溶劑。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種工藝簡單，能在低溫下焙燒出不含單斜相，僅為立方相、低團聚的、可用于制備片式車用氧傳感器氧化鋯基固體電解質粉料及其制備方法。

本發明的技術方案是：汽車氧傳感器用的氧化鋯基固體電解質粉料的制備方法，工藝步驟如下：

1.稱取ZrOCl₂·8H₂O后加蒸餾水配制濃度為0.8～1mol/L的ZrOCl₂水溶液，備用；

2.稱取Y(NO₃)₃·6H₂O，加蒸餾水配成溶液，備用；溶液濃度換算成Y₂O₃濃度為0.02g/ml；

3.將步驟2中的按Y₂O₃摩爾數占Y₂O₃-ZrO₂總摩爾數為3％～5％的配比量取后加入到步驟1制備的ZrOCl₂水溶液中，形成混合溶液；

4.在上述混合溶液中加入其體積為3％～8％的表面活性劑聚乙二醇，然后在溫度50～70℃，再加入一定體積的分散劑，加熱溶解到形成均勻的混合溶液；其中，所述分散劑的加入量為按合成1克氧化鋯基固體電解質粉料添加質量濃度為5％分散劑0.05ml；

5.在不斷攪拌下，向步驟4制備的混合液中滴加氨水，調節PH到8～9，形成白色溶膠；

6.將上述步驟5制備的白色溶膠陳化4～6小時，形成凝膠；

7.將凝膠置于80～100℃真空烘箱中烘干1小時，然后放入馬弗爐中升溫到400℃保溫1～2小時后，取出研磨，而后再將粉料放入馬弗爐中繼續升溫至750～820℃焙燒15～20分鐘，最后隨爐冷卻至室溫，即可得到團聚少的納米級、純立方相的氧化鋯基固體電解質粉料。

進一步，所述表面活性劑為聚乙二醇400。

所述分散劑為所述分散劑為草酸。

所述沉淀劑為氨水。

本發明制備氧傳感器用的納米級氧化鋯基固體電解質粉體方法具有以下優勢：