[發明專利]氧傳感器多層復合保護層及其制造方法

無效

• 申請號: 201310509176.5
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103529102A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 鄭龍華
• 申請（專利權）人: 鄭龍華
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種氧傳感器多層復合保護層及其制造方法，特別是指制造一種具有功能劃分的保護層，屬于氧傳感器技術領域。

背景技術

氧傳感器敏感電極保護層的作用，是在長期工作條件下，減輕尾氣中復雜的污染物質對敏感電極造成的破壞，尾氣中的硫，硅等元素會毒化敏感電極，而碳等雜質會堵塞敏感電極多孔界面，歸結起來都是導致敏感電極三相界面減少，敏感性降低

傳統的敏感電極保護層一般為單層多孔厚膜，其材料選擇通常有氧化鋁、氧化鋯，以及氧化鋁/氧化鋯復合陶瓷，其主要作用為單純的多孔分子篩，用于過濾尾氣中的污染物質，在長期工作后不可避免發生微孔被污染堵塞，導致過濾效果減弱。其制造工藝路線通常是在預成型階段就通過絲網印刷或浸漬在敏感電極表面施加保護層，然后與氧傳感器整體一起高溫共燒結，利用氧化鋁陶瓷燒結溫度(約2000度)明顯高于氧化鋯陶瓷(約1400度)特性，來獲得在1400度較低溫下燒結不充分的氧化鋁層，實現多孔效果。該過程孔隙率很難控制，往往發生燒結程度過大，孔隙率過小，透氣率不足問題，影響敏感電極反應效果；而如果孔隙率過大，則很可能無法阻止氣體形式的硫與硅污染，特別是尾氣中大量包含的二氧化硫、三氧化硫氣體的污染。此外，國外先進制造工藝中還有采用熱噴涂、等離子噴涂等多種工藝手段，這類工藝都需要復雜設備與控制程序，增加了成本和制造復雜度。

作為技術改進的需要，雙層結構的保護層也有所采用。

申請號200810216127.1的專利提出了一種浸漬制備管式雙層保護層的方案，其工藝路線為將敏感電極區域先后在大尺寸顆粒和小尺寸顆粒保護層漿料中浸漬，然后經過100-300度干燥，再進行900-1100度燒結，其優點，按照文件中宣稱，可以用較簡單工藝獲得質量與壽命都較佳的保護層。分析其工藝本質，是利用外側的小尺寸顆粒陶瓷燒結性能較佳，能夠形成一層有一定強度的硬殼式保護殼，保護內部大顆粒而強度很差的過濾層。然而其本質上依然是一種多孔過濾結構，沒有有針對性地對污染物進行防護。

申請號201210468669.4的專利也提出了一種用于制作汽車氧傳感器電極著附層的組合物，其中也記錄的兩層結構，但其內層成分和基體成分完全一樣，就是讓外層陶瓷保護層不是直接和金屬敏感電極接觸而是和陶瓷成分接觸，來增強和基體的結合力，除此之外沒有其他用處。

此外，申請號200810172351.5的專利還提出了一種氧傳感器鉑電極及其制備方法，其兩層保護層的厚度都高達100-200微米，屬于厚膜范疇，都有起過濾的作用。其內層本質是過渡層，意圖是注意到了純鎂鋁尖晶石燒結溫度太高，與氧化鋯基體結合度不行，于是設置過度性內層，使鎂鋁尖晶石和氧化鋯組分對半，該內層由于添加了氧化鋯所以燒結性能有所改善，且理論上和外層的純鎂鋁尖晶石以及內層的純氧化鋯都有一定親和力，屬于很標準的過渡層引入。內層本身并也沒有特殊的其他功能。

將氧傳感器的外保護層的雙層以至多層結構，賦予不同的功能要求，以更好地滿足技術要求，獲得更加良好的性能效果，一直是一個具有開創意義的難題。

發明內容

為了解決背景技術的難題，本發明技術方案旨在于設計一種有針對性地消除尾氣污染對于敏感電極毒化效果的保護層，采用多層結構，并使得不同層承擔不同任務，實現不同功能，同時避免使用等離子噴涂等復雜工藝手段。

一種氧傳感器多層復合外保護層，其核心方案為雙層保護層，兩次成型。其特征在于，采用雙層保護結構，分為內層和外層，內層為捕捉功能層，外層為過濾功能層。

捕捉功能層較為致密，孔隙率較低，功能為捕獲污染中的氣態硫、硅等毒化成分，將其固定為硫酸根離子和硅酸跟離子；

過濾功能層較為疏松，孔隙率較大，起到分子篩作用，過濾排除碳等固態雜質，同時不影響氣態成分通過。

雙層保護結構配合最內部的復合多孔敏感電極，保證了長期工作條件下(2-3年)敏感電極表面三相界面的始終穩定。

所述的捕捉功能層，其材料組成為鎂鋁尖晶石49-70％，氧化鋁29-50％，

催化劑1-2％；

所述催化劑是指，鑭鍶錳鈣鈦礦復合陶瓷(LSM)，鑭鍶鈷鈣鈦礦陶瓷(LSC)或鑭鍶鈷鐵鈣鈦礦陶瓷(LSCF)之一種或幾種的組合。

所述的捕捉功能層，其厚度為5-10微米。

所述的過濾功能層，其材料組成為氧化鋁20-50％，氧化鋯50-80％；前述氧化鋁亦可為氧化鎂，氧化鈣，氧化鋇之一種或幾種代替。

所述的過濾功能層，其厚度為厚度為200-250微米。