[发明专利]ZrO2

说明书

本发明提供了一种ZrO₂基氧敏感元件与金属法兰的封接方法，该封接方法包括以下步骤：S1.制备玻璃坯体；S2.对金属法兰进行预氧化；以及S3.通过所述玻璃坯体将所述ZrO₂基氧敏感元件封接至所述金属法兰，其中，所述玻璃坯体、所述金属法兰和所述ZrO₂基氧敏感元件具有相近的热膨胀系数。根据本发明的封接方法，通过尽量缩小ZrO₂基氧敏感元件、金属法兰以及玻璃坯体之间的热膨胀系数差别，使得封接件的三种材料在温度变化的情况下具有基本相近的变形，由此避免了封接或使用过程中由于变形量的差别较大而引起玻璃体开裂或ZrO₂基氧敏感元件断裂的现象，从而大大提高了封接的成品率和延长了封接件的使用寿命。

技术领域

本发明涉及氧传感器的密封领域，更具体地，涉及ZrO₂基氧传感器中的ZrO₂基氧敏感元件与金属法兰的封接方法。

背景技术

ZrO₂基氧传感器是一种测量气体中氧气含量的精密仪器。其工作原理是ZrO₂基氧敏感元件的参比电极与参比气体(通常为空气)接触，测量电极与待测气体接触(参比气体与待测气体严格隔离)。在高温下，当两电极表面的氧气浓度或压强不相等时，在两电极之间产生电动势，电动势与氧气浓度或压强之间符合能斯特方程，根据能斯特方程即可计算出待测气体中的氧含量。

目前，ZrO₂基氧传感器广泛应用于锅炉燃烧和汽车空燃比监测方面，其工作温度在600℃-900℃之间，对氧含量测量要求非常严格。要得到准确的测量结果，两电极之间气体必须严格隔离开来，所以 ZrO₂基氧敏感元件与固定该元件的金属法兰的密封至关重要。在 ZrO₂基氧敏感元件与金属法兰的密封过程中，首先，对ZrO₂基氧敏感元件和金属法兰的封接材料的组份要求尤为苛刻，要求封接材料在高温条件下具有良好的热稳定性、化学稳定性和绝缘性，其次还要求 ZrO₂基氧敏感元件、金属法兰和封接材料之间热膨胀系数相匹配，相兼容等。再者，对封接工艺和封接技术具有严格要求。

目前，ZrO₂基氧敏感元件与金属法兰的封接方法主要有：(1)耐高温无机粘接剂密封胶封接；(2)玻璃材料常压高温封接。然而，高温无机粘接剂与金属法兰的热膨胀系数匹配性较差，当温度变化剧烈时，会出现粘接剂开裂脱落的现象。玻璃封接材料因为在绝缘性能、热膨胀系数匹配性、热稳定性、化学稳定性、相容性和界面结合性等方面能较好地满足使用要求，已成为ZrO₂基氧敏感元件密封材料的研究重点。

由于目前玻璃封接都是在常压、空气气氛或氧化性气氛条件下完成，所以封接效果达不到设计要求。首先，常压条件下玻璃材料熔融时，自身会产生气体或从周边环境中夹带气体，并无法促使气体的有效排出，从而导致玻璃封接体中残留大量气孔，影响密封效果；其次，常压条件下玻璃材料与ZrO₂基氧敏感元件或金属法兰的浸润角度大，玻璃体粘滞流动性差，不能最大程度地释放烧结过程中产生的应力，最终应力集中作用于ZrO₂基氧敏感元件的表面，导致其破裂；另外，金属法兰在高温的空气气氛或氧化性气氛条件下，会发生严重的氧化反应，表面的氧化层会降低金属法兰材料的电导率，影响其导通性(在氧敏感元件中要求金属法兰兼具敏感元件电势信号引出功能)。因此， ZrO₂基氧敏感元件与金属法兰的封接已成为ZrO₂基氧传感器开发和生产的技术瓶颈。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个方面，本发明的实施例提供了一种ZrO₂基氧敏感元件与金属法兰的封接方法，该封接方法包括以下步骤：

S1.制备玻璃坯体；

S2.对金属法兰进行预氧化；以及