[发明专利]一种片式氧传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种片式氧传感器及其制备方法。

背景技术

汽车氧传感器是将燃烧后的气体情况实时反馈给发动机控制单元(ECU)的一个关键元件，而发动机电控喷射系统则依据氧传感器提供的信号精确控制空燃比。因此，在使用三元催化转换器发动机上，氧传感器是必不可少的元件。由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比(A/F，空气与汽油的质量比)控制在理论值附近。

目前广泛使用的氧传感器是浓差型片式氧化锆氧传感器，氧化锆是氧离子固态电解质材料，具有高的离子导电率，而单斜晶结构的离子导电率很低，因此常用的ZrO2都采用Y2O3为稳定剂，使ZrO2晶体的正方氟化物结构稳定到较低的使用温度。

一般，现有的片式氧传感器的制作包括下述步骤，首先，Al2O3流延片作为固体绝缘层片。在两片Al2O3流延片中间印刷加热电极，所述的加热电极为以金属钨或金属铂为主的导电浆料形成的加热电极，形成绝缘层、加热电极、绝缘层三层复合体。一个YSZ流延基片上叠加该三层复合体，叠层热压形成第一片层。另一个YSZ流延基片作为氧化锆基体，通过丝网印刷的方法在该氧化锆基体的一侧印刷多孔铂电极，烘干，接着在与该氧化锆基体的一侧相对应的另一侧印刷多孔铂电极，烘干，对印刷有双面电极的氧化锆基体进行高温烧结，然后在一侧的电极上印刷多孔陶瓷保护层，材料一般为ZrO2-CaO-MgO-Al2O3，干燥，高温烧结形成第三片层。取一参比气基片，作为第二片层，所述参比气基片为设有参比气通道的氧化钇稳定的氧化锆流延基片；将第三片层印刷有陶瓷保护层的一面朝上，将第三片层、第二片层、第一片层从上到下依次叠加，叠成热压，得到片式氧传感器。其中，电极上的多孔陶瓷保护层还可以先不在形成第三片层时涂刷，待第三片层、第二片层、第一片层叠加热压后，再涂刷多孔陶瓷保护层、烧结，得到片式氧传感器。

其中，在第一片层的制备过程中，需要叠层热压形成第一片层，以期后续制备得到的氧传感器片层间结合紧密、烧结后无裂纹和翘曲。但是制备得到的片式氧传感器的抗弯强度仍相对较差，且制备工艺复杂，不利于工业化生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是片式氧传感器抗弯强度的提高，以及片式氧传感器的制备工艺的简化。

一种片式氧传感器，所述片式氧传感包括一加热器基体，该加热器基体为一氧化钇稳定的氧化锆流延基片上依次设有绝缘层、加热电极、绝缘层，所述绝缘层由Al2O3浆料涂覆形成，所述Al2O3浆料的固含量为55wt％～80wt％，浆料粘度为8000～100000mpas，所述片式氧传感器的抗弯强度为890～900MPa。

一种上述的片式氧传感器的制备方法，其中，包括，在一氧化钇稳定的氧化锆流延基片上依次涂覆绝缘层浆料、加热电极浆料、绝缘层浆料烘干，形成加热器基体；所述绝缘层浆料为Al2O3浆料，所述Al2O3浆料的固含量为55wt％～80wt％，浆料粘度为8000～100000mpas，所述片式氧传感器的抗弯强度为890～900MPa。

与现有技术相比本发明在制备第一片层时，通过对固含量和浆料黏度的调节可以调整，采用涂覆的绝缘层的方式，具体的涂覆方式可采用丝网印刷的方式，利用浆料中溶剂及粘结剂的润湿粘结作用，以及该浆料的收缩率较被涂覆绝缘层的YSZ流延基片的收缩率相接近，从而第一片层的形成不需要进行热压，只需要进行简单的烘烤。且最终制备得到的烧成的片式氧传感器具有更高的抗弯强度。

具体实施方式

一种片式氧传感器，所述片式氧传感包括一加热器基体，该加热器基体为一氧化钇稳定的氧化锆流延基片上依次设有绝缘层、加热电极、绝缘层，所述绝缘层由Al2O3浆料涂覆形成，所述Al2O3浆料的固含量为55wt％～80wt％，浆料粘度为8000～100000mpas，所述片式氧传感器的抗弯强度为890～900MPa。

上述的片式氧传感器，在加热器基体上依次设有参比气基片、电极、氧化锆基体、电极、多孔陶瓷保护层，所述参比气基片为设有参比气通道的氧化钇稳定的氧化锆流延基片。

所述的Al2O3浆料包括Al2O3粉末、粘结剂、分散剂、溶剂，以浆料的总量计，所述Al2O3粉末的重量百分含量为50wt％～60wt％、粘结剂的重量百分含量为2wt％～6wt％、分散剂的重量百分含量为1wt％～3wt％、溶剂的重量百分含量为20wt％～47wt％。

所述绝缘层的厚度为50～500μm。