[发明专利]一种氧传感器瓷芯材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能陶瓷技术领域，尤其涉及一种氧传感器瓷芯材料及其制备方法。

背景技术

氧传感器是汽车上的标准配置，其是利用陶瓷敏感元件测量汽车排气管道中的氧电势，由化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到检测和控制燃烧空燃比，以保证产品质量及尾气排放达标的测量元件。随着世界各国对汽车尾气排放控制的日益严格，汽车氧传感器越来越重要。

氧传感器以固体电解质的材料划分主要分为：氧化锆氧传感器和氧化钛氧传感器，而氧化锆氧传感器是应用最广泛的氧传感器。氧化锆氧传感器分为以电压为信号输出的浓差电池型氧传感器和以电流为信号输出的界限电流型氧传感器，目前以浓差电池型氧传感器为主。浓差电池型氧传感器的工作原理是：在高温下氧化锆固体电解质两侧氧浓度不同时，高浓度侧的氧通过固体中的氧空位以O^2-离子状态向低浓度一侧迁移，形成氧离子导电，从而在固体电解质两侧电极上产生氧浓度电势差。由此可知，固体电解质即氧传感器的瓷芯材料具有关键性的作用。

目前，氧化锆氧传感器中的瓷芯材料以氧化锆为主。氧化锆在烧结过程中容易相变，体积发生变化，容易引起坯件开裂，因此需要加入稳定剂，一般使用的稳定剂有氧化钙、氧化钇和氧化铈等。氧化锆为萤石结构类型固体电解质，并且纯氧化锆没有导电性，添加氧化钇或氧化钙后，其电导率在10^-2～10^-1S/cm，工作温度350℃以上，氧化锆烧结温度在1500℃左右，价格300～800元/Kg。

为了降低氧传感器固体电解质的成本，目前研究以钙钛矿型结构物代替氧化锆作为氧传感器的瓷芯材料，但是钙钛矿型结构在晶胞中心空隙不是很大，因此钙钛矿型结构物对氧离子迁移不利，固溶体中氧离子的传导性不如萤石结构。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种氧传感器瓷芯材料及其制备方法，本发明提供的氧传感器瓷芯材料氧离子传导性较好。

有鉴于此，本申请提供了一种氧传感器瓷芯材料，所述氧传感器瓷芯材料为如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示的钙钛矿型材料与三氧化二铋的固溶体；

CaTi_xMg_1-xO_2+x      (Ⅰ)；

CaTi_yAl_1-yO_2.5+0.5y  (Ⅱ)；

其中，0.92≤x≤0.97；

0.5≤y≤0.7。

优选的，所述三氧化二铋为δ-Bi₂O₃。

本申请还提供了一种氧传感器瓷芯材料的制备方法，包括以下步骤：

a)将70～77重量份的Ca(OH)₂、73～78重量份的TiO₂、1.5～5重量份的Mg(OH)₂、4～14重量份的Bi₂O₃与40～85重量份的水混合后球磨，得到混合物；

b)将所述混合物烘干后预烧，然后粉碎，得到氧传感器瓷芯材料。

优选的，所述Bi₂O₃为δ-Bi₂O₃。

优选的，所述球磨的转速为280r/min～320r/min，所述球磨的时间为8h～12h。

优选的，所述预烧的温度为1250℃～1350℃，所述预烧的时间为2h～4h。

本申请还提供了一种氧传感器瓷芯材料的制备方法，包括以下步骤：

a)将70～77重量份的Ca(OH)₂、40～60重量份的TiO₂、30～50重量份的Al₂O₃、4～14重量份的Bi₂O₃与40～100重量份的水混合后球磨，得到混合物；

b)将所述混合物烘干后预烧，然后粉碎，得到氧传感器瓷芯材料。

优选的，所述Bi₂O₃为δ-Bi₂O₃。

优选的，所述Ca(OH)₂的含量为72～75重量份。

优选的，所述Al₂O₃的含量为35～48重量份。