[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

本发明涉及汽车氧传感器领域，具体涉及一种片式氧传感器及其制备方法。

背景技术

氧传感器用于检测发动机排除废气中氧的含量，平板式汽车二氧化锆氧传感器具有尺寸小、响应快、能耗低、易集成加热和工作稳定等优点。在使用过程中，汽油和机油中含有铅、硫、磷等杂志，使传感器性能大幅度下降，而灰尘、油、硅等成分则会堵塞传感器的保护层和电极，失去了电极反应的三相界面，使得氧传感器响应速度减慢，信号输出不灵敏，即电极中毒。为了防止电极失效，目前一般采用以下两方面的措施：一是对电极进行防护，二是采用抗中毒的电极材料。对电极进行防护的方法中，采用涂层保护是较为简便而实用的方法。电极保护层的应用可有效的提高电极在废气环境中的使用寿命。

目前片式氧传感器的电极保护层多为单层或双层结构。例如现有技术中公开了一种ZrO₂氧传感器，该氧传感器的保护层与氧化锆固体电解质层之间还设有一层中间过渡层，该中间过渡层的主要组成为氧化锆和镁铝尖晶石，具有较好的连通气孔率和比保护层更细小的气孔。该过渡层，一方面用于匹配保护层与氧化锆固体电解质的膨胀系数，另一方面该过渡层可以对废气中的杂质起到“二次过滤”作用。采用该ZrO₂氧传感器，能对电极起一定的保护作用，但由于氧传感器处于汽车尾气环境中，保护层的多孔结构容易被尾气中的颗粒灰尘等堵赛，降低灵敏程度；且该保护层与测氧电解质层的附着力较差，保护层容易开裂、脱落，降低氧传感器使用寿命。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的氧传感器灵敏度低、抗热震性差和使用寿命短的技术问题。

本发明提供了一种片式氧传感器，所述片式氧传感包括加热体和加热体上部的测氧体；所述加热体，包括加热器基片、加热器基片上方的两个绝缘层和夹持于两绝缘层间的加热电极；所述测氧体，从下至上依次包括参比气基片、测氧电解质层和多孔保护层；

所述多孔保护层，从下至上依次包括过渡层、多孔层和致密层，各层上均具有孔洞使多孔保护层从下至上连通；所述过渡层含有氧化锆和镁铝尖晶石，过渡层的平均孔径为0.1-2.5μm，孔隙率为20-40％；所述多孔层含有氧化锆、镁铝尖晶石和贵金属，多孔层的平均孔径为0.1-3.5μm，孔隙率为30-50％；所述致密层为氧化锆，致密层的平均孔径为2-3μm，孔隙率为20-40％。

本发明还提供了一种片式氧传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)在加热器基片上涂覆绝缘层浆料、电极浆料、绝缘层浆料，烘干，在加热器基片上形成绝缘层，得到第一片层；取一参比气基片，作为第二片层；

2)在测氧电解质层上丝网印刷过渡层浆料，形成过渡层；过渡层浆料中含有氧化锆、镁铝尖晶石和第一成孔剂；丝网印刷多孔层浆料，在过渡层上形成多孔层；多孔层浆料中含有氧化锆、镁铝尖晶石、贵金属和第二成孔剂；得到第三片层；取一氧化锆流延片，激光打孔，即得到致密层，作为第四片层；

3)第一片层的绝缘层的一面朝上，第三片层的多孔层的一面朝上，将第一片层、第二片层、第三片层、第四片层从下到上依次叠加，将叠层热压、共烧得到片式氧传感器，其中过渡层的平均粒径为0.1-2.5μm，孔隙率为20-40％；多孔层的平均孔径为0.1-3.5μm，孔隙率为30-50％；致密层的平均孔径为2-3μm，孔隙率为20-40％。

本发明的片式氧传感器与现有技术相比，具有以下优点：(1)多孔保护层包括过渡层、多孔层和致密层，各层均具有孔洞使多孔保护层从下至上连通，可以保证汽车排气顺利到达外电极表面，缩短排气传输时间，使得测量数值真实准确，提高氧传感器的灵敏度；(2)致密层用于降低固体颗粒对保护层多孔结构的堵赛，提高使用寿命；多孔层用于阻止汽油中的Pb、Si、S、P化合物堵塞电极；过渡层与氧化锆敏感基体的热膨胀系数接近，增强多孔保护层与测氧电解质层的附着力，从而增强氧传感器的抗热震性，片式氧传感器的使用寿命较长。

附图说明

图1是本发明片式氧传感器的结构示意图。

图2是本发明片式氧传感器的多孔保护层的结构示意图。

图3是图2中致密层13的A-A剖面示意图。

图4是本发明片式氧传感器的多孔保护层的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种片式氧传感器，所述片式氧传感包括加热体和加热体上部的测氧体；