[發明專利]一種可用于氧傳感器芯片的多孔擴散障材料

在審

• 申請號: 201710176454.8
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN107064270A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 劉宏宇;王金興;張斌;常瀟然;張克金
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 王薇

技術領域

本發明涉及一種可用于氧傳感器芯片的多孔擴散障材料，屬于車用氧傳感器領域。

背景技術

隨著汽車工業的快速發展，機動車污染問題已經嚴重影響我們的日常生活。汽車排放產生的碳氫化合物（CH）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）是空氣污染的主要來源，對人體的健康危害很大。為了有效控制污染物排放，機動車通常采用電子控制單元、三元催化器和氧傳感器的閉環反饋控制系統，以達到凈化排氣的目的。氧傳感器一般分為濃差型氧傳感器和極限電流型氧傳感器。與濃差型氧傳感器相比，極限電流型具有測量范圍廣、響應時間短、靈敏度高等優點。而擴散障材料對測量結果的影響至關重要。

極限電流型氧傳感器一般分為致密擴散型和有孔擴散型。專利201410635268.2報道了一種激光熔覆制備極限電流型氧傳感器致密擴散障礙層的方法，屬于激光熔覆技術領域。該方法先通過采用預置法將致密擴散障礙層粉體La_0.84Sr_0.16MnO₃或La_0.8Sr_0.2Ga_0.2Fe_0.8O_3-δ粘附在La_0.8Sr_0.2Ga_0.83Mg_0.17O_3-δ或ZrO₂(Y₂O₃)固體電解質表面，再利用激光器將上述的致密擴散障礙層粉體熔覆在固體電解質表面，即得到了覆蓋有致密擴散障礙層的固體電解質。但采用激光熔覆技術制備過程中加熱和冷卻非常快，最高可到1000℃/s，由于熔覆層和基底材料的溫度梯度和熱膨脹系數不同，極易產生裂紋、變形等缺陷。專利201010506732.X報道了一種氧傳感器用納米級氧擴散障混合導體粉體的制備方法。該傳感器包括發明以金屬硝酸鹽為主要原料，采用共沉淀－凝膠相結合的方法，經過合理配方，選擇添加適當絡合劑和分散劑，在800~870℃溫度下焙燒2～3h，冷卻后制備出了無硬團聚40～60nm、鈣鈦礦相結構的膨松態焙燒粉末。然而由于鈣鈦礦與基體氧化鋯的熱膨脹系數不匹配，在高溫環境中容易引起擴散障材料脫落或者傳感器芯片開裂等現象。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可用于氧傳感器芯片的多孔擴散障材料，其工藝簡單，成本低廉，孔隙均勻，與氧化鋯基底結合力強，熱膨脹系數相近，高溫工作時，不易出現變形、脫落、開裂等現象，其傳感器的測量泵對氧氣呈現出良好的極限電流特性，測試電流與氧氣濃度線性關系好，具有很高的實用價值。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種可用于氧傳感器芯片的多孔擴散障材料，其特征在于具體的工藝步驟如下：將氧化鋯添加到氧化鋁中研磨1~2h后放入有機載體中球磨5~10h，再向其中加入超細碳粉繼續球磨10~20h使之充分混合，過濾除泡，然后將得到的漿料通過絲網印刷的方式涂敷在傳感器芯片電極上并升溫至1200~1400℃燒結2~3h得多孔擴散障材料。

所述的有機載體為丙醇、丁酮、三乙醇胺和鄰苯二甲酸二丁酯的混合溶劑，其中丙醇占混合溶劑總量的體積比35~40%，丁酮占混合溶劑總量的體積比50~55%，三乙醇胺占混合溶劑總量的體積比1~3%，鄰苯二甲酸二丁酯占混合溶劑總量的體積比3~8%。

所述的氧化鋯粉占粉體總含量的重量份數10~20。

所述的氧化鋁粉占粉體總含量的重量份數80~90。

所述的超細碳粉占粉體總含量的重量份數5~10。

所述的超細碳粉顆粒尺寸為100~1000nm。

本發明的積極效果是解決了擴散障材料與基底氧化鋯材料熱膨脹系數不同，而引起的溫度梯度差異，從而導致的變形、脫落和開裂等現象，其工藝簡單，成本低廉，孔隙均勻，其傳感器的測量泵對氧氣呈現出良好的極限電流特性，測試電流與氧氣濃度線性關系好。

附圖說明

圖1 為本發明實施例1中樣品掃描電鏡照片。

圖2為本發明實施例1中樣品在不同氧氣濃度下的I-V特性曲線。

圖3為本發明實施例1中樣品極限電流與氧氣濃度線性關系曲線。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明做進一步描述，實施例為進一步闡明本發明的特點，不等同于限制本發明，對于本領域的技術人員依照本發明內容進行的更改，均應包含在本發明的保護范圍之內。

實施例1