[发明专利]用于气体传感器片式探测元件的电绝缘材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于机动车尾气检测传感器技术领域，具体涉及传感器的片式探测元件的电绝缘材料及其制备方法。

背景技术

近年来，机动车尾气污染物的排放受到越来越严格的法律法规的限制。为减少尾气污染物排放量，汽车上普遍安装了检测汽车尾气成分的传感器和净化尾气的催化净化器。目前尾气检测传感器的片式探测元件一般由对气体敏感的检测单元和与其共烧在一起的加热单元组成，为避免加热单元在工作时的电流对检测单元的输出信号造成干扰，在加热单元和检测单元之间设置了电绝缘层以隔绝电流。中国专利94191132.2公开的一种电绝缘方法是在检测单元与加热单元之间设置绝缘层，在绝缘层与检测单元之间设置匹配层，以保证传感器各层能达到良好的热学、力学匹配，同时在与检测单元相邻的匹配层中加入高价态的金属氧化物作为添加剂与固体电解质材料反应形成绝缘层以提高绝缘效果。但在传感器的长期使用中，添加剂会不断向固体电解质层扩散，导致电解质层离子电导下降，缩短传感器的使用寿命；同时由于该电绝缘层的材料组成为氧化铝Al₂O₃和辅助剂，而固体电解质材料的烧结温度与该电绝缘材料的烧结温度不同，因此需要在该电绝缘材料中添加碱土金属氧化物等添加剂以降低烧结温度使该电绝缘材料能与固体电解质共同烧结，但这样会使整个绝缘材料的电导率升高，导致绝缘性能下降。中国专利申请200580039257.7公开了一种用于气体传感元件的陶瓷绝缘材料，由Al₂O₃、碱土金属的六铝酸盐和碱土金属与酸性氧化物的复混物组成，后两种添加物用来阻止碱土金属离子的扩散从而提高材料的绝缘性能。添加碱土金属的六铝酸盐和碱土金属与酸性氧化物的复混物虽然保证了绝缘材料的高绝缘性能，但却阻碍了热量从加热单元向检测单元的传递，因为这两种添加剂的导热性能都比较差，由此导致传感器热量损失增大、启动时间延长，从而增大了机动车在冷启动阶段的污染物排放而不能满足高标准的尾气排放法规的要求。

在陶瓷电绝缘材料中，α相Al₂O₃具有优异的绝缘性能、高的机械强度和良好的导热性能，其本身就是一种极好的电绝缘材料，若能采用纯的α相Al₂O₃作为电绝缘材料，将会有很好的电绝缘效果和传热能力。但是对于常规的Al₂O₃材料，其烧结温度高达1600-1700℃，比常用的固体电解质材料如掺杂后的ZrO₂材料高200℃以上，因而不能与电解质材料共同烧结而无法用于制作气体传感器的探测元件。为了能与其他的陶瓷材料共同烧结以制作各种传感器探测元件，如前述两个专利中所公开的那样，目前使用的基于Al₂O₃的绝缘材料中添加了各种辅助剂以使绝缘材料的性质与电解质材料尽量相近，但这会导致绝缘性能下降并引起功耗增加、寿命缩短的问题而不能令人满意。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于气体传感器的片式探测元件的电绝缘材料及其制备方法，以克服现有电绝缘材料存在的绝缘效果差、副作用大的缺点。

本发明的用于气体传感器片式探测元件的电绝缘材料，其特征在于由两种或两种以上颗粒大小不同的α相氧化铝Al₂O₃混合组成，其中一种颗粒大小在20-100纳米，质量占比为40％-70％，另外一种或一种以上的颗粒大小在2-30微米，质量占比为30％-60％。

本发明的用于气体传感器片式探测元件的电绝缘材料的制备方法，其特征在于：将两种或两种以上颗粒大小不同的α相氧化铝Al₂O₃采用物理混合而成，其中一种颗粒大小在20-100纳米，质量占比为40％-70％，另外一种或一种以上颗粒大小在2-30微米，质量占比为30％-60％。

所述物理混合可选用搅拌混合或球磨的方式。

使用时，在本发明的电绝缘材料中添加按电绝缘材料重量30％-70％的溶剂、5％-20％粘结剂、0％-5％塑化剂、0％-3％润滑剂后制成陶瓷浆料、悬浮液或溶胶，然后采用丝网印刷法、流延成型法、涂覆法或喷涂法将该电绝缘材料的陶瓷浆料、悬浮液或溶胶设置在气体探测元件的加热单元和检测单元之间形成绝缘单元。