[發明專利]一種車用氧傳感器氧化鋯電解質粉體配方

有效

• 申請號: 201710335832.2
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107140976B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 孟燮;占忠亮;聶懷文;吳昊
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622;C04B35/64;G01N27/26
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種車用氧傳感器氧化鋯電解質粉體配方，包括70～90wt%氧化鋯一級粉體、0.1～25wt%氧化鋯二級粉體和4～15wt%助燒劑；其中，所述氧化鋯一級粉體的中位徑為0.1～0.4微米，粒徑分布在0.05～5微米；所述氧化鋯二級粉體的中位徑為0.5～2.5微米，粒徑分布為0.05～100微米。本發明針對氧化鋁與氧化鋯不同的燒結收縮特性，通過匹配不同粒徑分布的氧化鋯粉體，達到共燒結過程中與氧化鋁收縮匹配的目的。

技術領域

本發明涉及一種用于汽車氧傳感器領域的氧化鋯電解質粉體配方，屬于材料領域。

背景技術

由于環境壓力，節能減排成為燃油車的發展主題，而氧傳感器是實現節能減排的關鍵部件之一。氧傳感器的核心部件就是氧化鋯為敏感電解質的陶瓷芯片，目前，大多數廠商采用的是全氧化鋯芯片，但其在高溫絕緣電阻、抗熱震等方面存在顯著缺陷，因此，不得不采取更復雜的結構和工藝來降低絕緣和熱震的負面影響。若電解質外的其他部分采用絕緣性能佳、熱膨脹系數低、導熱系數高的氧化鋁，則可簡化結構和工藝，并最大程度上避免絕緣和熱震所帶來的風險。但是，由于氧化鋁與氧化鋯陶瓷在燒結收縮方面的差異，得到兩者良好結合的陶瓷是一大難點。

發明內容

針對氧化鋯和氧化鋁共燒結難的問題，本發明提供了一種能夠與氧化鋁基體共燒結且結合良好的氧化鋯粉體配方，可用于共燒制備由氧化鋯電解質和氧化鋁基體組成的汽車氧傳感器。

一方面，本發明一種車用氧傳感器氧化鋯電解質粉體配方，包括70～90wt％氧化鋯一級粉體、0.1～25wt％氧化鋯二級粉體和4～15wt％助燒劑；其中，所述氧化鋯一級粉體的中位徑為0.1～0.4微米，粒徑分布在0.05～5微米；所述氧化鋯二級粉體的中位徑為0.5～2.5微米，粒徑分布為0.05～100微米。

相對于同樣粒徑分布的氧化鋯材料，氧化鋁燒結收縮一般較小。本發明通過采用粒徑更大的氧化鋯二級粉體，降低氧化鋯收縮，使氧化鋯與氧化鋁在共燒過程中達到收縮一致的目的。添加助燒劑，通過固相反應及玻璃相的形成，提高氧化鋯電解質的致密度。

較佳地，包括80～90wt％氧化鋯一級粉體、0.1～10wt％氧化鋯二級粉體和4～15wt％助燒劑。

較佳地，所述氧化鋯一級粉體或/和氧化鋯二級粉體為純氧化鋯或釔穩定氧化鋯，其中釔穩定氧化鋯中，釔的摻雜量為8mol％以下，優選為5mol％以下。

較佳地，所述氧化鋯一級粉體的粒徑介于0.05～5微米，其中10％粉體粒徑小于0.1微米，90％粉體粒徑小于1.5微米，粉體中位徑為0.1～0.4微米。

較佳地，所述氧化鋯二級粉體的粒徑介于0.05～100微米，其中10％粉體粒徑小于0.1微米，90％粉體粒徑小于15微米，粉體中位徑為0.5～2.5微米。

較佳地，所述助燒劑為納米氧化鎂、納米氧化鈣、納米氧化釔、納米氧化鋁、氧化硼中的至少一種。

又，較佳地，所述助燒劑粒徑介于0.05～5微米之間，其中10％粉體粒徑小于0.15微米，90％的粉體粒徑小于1微米，中位徑為0.2～0.3微米。

另一方面，本發明還提供了一種與上述車用氧傳感器氧化鋯電解質粉體配方相匹配的氧化鋁粉體，所述氧化鋁粉體的粒徑介于0.05～10微米，其中10％粉體粒徑小于0.1微米，90％粉體粒徑小于1.5微米，中位徑介于0.1～0.4微米。

再一方面，本發明提供了一種車用氧傳感器氧化鋯電解質粉體和氧化鋁粉體共燒的方法，其特征在于，包括：

將氧化鋁粉體在低壓50MPa下預壓，得到氧化鋁坯體，

將上述的車用氧傳感器氧化鋯電解質粉體在氧化鋁坯體表面鋪平后高壓壓制成陶瓷片；

將所得陶瓷片在1400～1600℃下燒結1～3小時，得到所述共燒體。