[發(fā)明專利]激光熔覆制備極限電流型氧傳感器致密擴(kuò)散障礙層的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410635268.2
• 申請(qǐng)日: 2014-11-12
• 公開（公告）號(hào): CN104357836A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉濤;葛啟楨;侯羽航;秦華杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C24/10
• 分類號(hào): C23C24/10
• 代理公司: 沈陽東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光熔覆技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種激光熔覆制備極限電流型氧傳感器致密擴(kuò)散障礙層的方法。

背景技術(shù)

利用電化學(xué)氧傳感器實(shí)時(shí)、在線檢測(cè)爐氣中的氧含量是一種直接有效的方法。電化學(xué)氧傳感器分為濃差電池型和極限電流型兩種，與濃差電池型氧傳感器相比，極限電流型氧傳感器具有測(cè)量范圍廣、響應(yīng)時(shí)間短、靈敏度高、壽命長(zhǎng)、無需參比氣體等優(yōu)點(diǎn)。極限電流型氧傳感器分為小孔型、多孔型和致密擴(kuò)散障礙層型，小孔型和多孔型是通過微小孔隙限制氧分子擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)封閉室內(nèi)外氧濃度差的，但經(jīng)常出現(xiàn)孔隙變形和固體顆粒堵塞孔隙的現(xiàn)象，因此在實(shí)際應(yīng)用中受到了限制。采用氧離子-電子混合導(dǎo)體(MIEC)作為致密擴(kuò)散障礙層可解決小孔型和多孔型存在的缺點(diǎn)，近年來，致密擴(kuò)散障礙層極限電流型氧傳感器成為新的研究熱點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者就致密擴(kuò)散障礙層極限電流型氧傳感器進(jìn)行了諸多研究，采用磁控濺射、厚膜涂覆、共壓共燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)和瓷片復(fù)合等方法制備了以Y₂O₃穩(wěn)定的ZrO₂(簡(jiǎn)寫為YSZ)為固體電解質(zhì)的致密擴(kuò)散障礙層極限電流型氧傳感器。Garzon等人分別以La_0.84Sr_0.16MnO₃(LSM)和La_0.8Sr_0.2CoO₃(LSC)為致密擴(kuò)散障礙層，采用磁控濺射和絲網(wǎng)印刷成膜技術(shù)制備了氧傳感器。由于磁控濺射制備的致密擴(kuò)散障礙層很薄，而氧離子又具有較高的遷移率，因此，氧傳感器測(cè)氧范圍較窄。此外，所采用的絲網(wǎng)印刷技術(shù)雖然增加了致密擴(kuò)散障礙層厚度，但是，在高溫?zé)Y(jié)過程中不但漿料中的有機(jī)物會(huì)造成很多微小氣孔，導(dǎo)致致密度降低。夏暉等人以LSM為致密擴(kuò)散障礙層，采用共壓共燒結(jié)法制備了氧傳感器。由于LSM與YSZ的熱膨脹系數(shù)和燒結(jié)收縮率不匹配，因此在共燒過程中燒結(jié)體出現(xiàn)裂紋，影響氧離子的擴(kuò)散性能，其測(cè)氧范圍僅為0～4.8％。Peng等人以Pt/YSZ混合物為致密擴(kuò)散障礙層，采用共壓共燒結(jié)法制備了氧傳感器，其測(cè)氧范圍僅為0～6％。鄒杰等人分別以LSM、La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Mn_0.5O₃(LSCM)等為致密擴(kuò)散障礙層，采用放電等離子燒結(jié)(SPS)技術(shù)制備了氧傳感器。由于LSM在SPS燒結(jié)過程中易被C還原，LSCM與YSZ的熱膨脹系數(shù)不匹配引起燒結(jié)體開裂，因此測(cè)氧性能不理想。所謂瓷片復(fù)合法是利用鉑漿將燒結(jié)后的致密擴(kuò)散障礙層與固體電解質(zhì)粘結(jié)在一起，再通過鉑漿的燒結(jié)以增強(qiáng)二者的結(jié)合性能。這種方法避免了材料間發(fā)生有害化學(xué)反應(yīng)和因熱膨脹系數(shù)不匹配產(chǎn)生的裂紋現(xiàn)象。劉濤等人曾以Sr_1-xHo_xCoO_3-δ為致密擴(kuò)散障層，以La_0.8Sr_0.2Ga_0.83Mg_0.17O_2.815(LSGM)為固體電解質(zhì)，采用瓷片復(fù)合法制備了氧傳感器，獲得較好的測(cè)氧特性，然而該法制備過程繁瑣、周期長(zhǎng)，而且常規(guī)燒結(jié)法制備的致密擴(kuò)散障礙層含有較多氣孔。

激光熔覆技術(shù)是指在被涂覆基體的表面添加涂層材料，利用激光束使涂層材料與基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固形成稀釋率極低且與基體形成冶金結(jié)合的表面覆層，從而改善基體材料表面特性的工藝方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中極限電流型氧傳感器的致密擴(kuò)散障礙層制備方法存在的不足，提供了一種激光熔覆制備極限電流型氧傳感器致密擴(kuò)散障礙層的方法。通過該方法制備的致密擴(kuò)散障礙層，其組織致密均勻，無氣孔，與基體結(jié)合強(qiáng)度高，寬度和厚度可精確控制，而且可使基體的熱影響區(qū)范圍和變形減小到最低程度，制造周期短。

一種激光熔覆制備極限電流型氧傳感器致密擴(kuò)散障礙層的方法，包括以下步驟：