一种流延浆料及使用该流延浆料制备NOx传感器用的氧化锆基片的方法
【专利摘要】本发明涉及一种流延浆料，其特征在于，包括以下成分：陶瓷粉体、溶剂、粘结剂、分散剂、增塑剂，其中所述的陶瓷粉体、所述的溶剂、所述的粘结剂、所述的分散剂、所述的增塑剂的质量比为100:60～75:8～20:1～8:5～10。本发明流延浆料应用于制备NOx传感器用的氧化锆基片、可以形成表面状况较好的厚度为0.15～0.5mm的适用于六层结构的NOx传感器的流延片、满足传感器的使用要求。本发明还提供了一种使用该流延浆料制备NOx传感器用的氧化锆基片的方法，其制作工艺简单，为制备汽车用的NOx传感器提供了关键灵敏部件及支撑体，而且还可根据本发明制备出不同厚度的流延片，应用于其他需要陶瓷叠层结构的领域。
【专利说明】一种流延浆料及使用该流延浆料制备NOx传感器用的氧化锆基片的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车NOx传感器开发领域，特别涉及针对于NOx传感器的材料，尤其涉及一种流延浆料及使用该流延浆料制备NOx传感器用的氧化锆基片的方法。
【背景技术】
[0002]当今汽车行业迅速发展，环境污染问题日益严重，人们的环保意识及对生存环境的质量要求日益提高，故对于汽车尾气排放的标准也随之愈加严格。随着我国国四排放标准的推进，针对汽车尾气中颗粒物(PM2.5)及NOx气体的排放的标准越来越严，一般的汽车氧传感器已经不能满足排放标准，故需要专门的NOx传感器对汽车尾气中的NOx气体进行精确检测，进而将信号传递给汽车ECU，然后指导SCR系统对汽车尾气进行处理，进而降低NOx气体的排放。在制备NOx传感器时，综合性能良好的关键灵敏部件一氧化锆基片是整个传感器的基础，开发研究性能良好的氧化锆基片是非常重要的。
[0003]目前应用最多的NOx传感器的结构如图1所示，是由六层氧化锆基片I~6叠加组成，它包括有两个气体室，一个参比气体通道，一个加热体，三个阻挡缓冲层，3个氧泵电池，3个能斯特电池。
[0004]第一气体室里有一个氧泵电池和一个能斯特电池，尾气通过第一、二阻挡缓冲层进入第一气体室，在第一气体室由能斯特电池反馈控制第一氧泵电池工作，使得第一气体室的氧气浓度低于50ppm，发生以下反应: [0005]
2 NO2 => 2NO + O
[0006]具有很低氧气浓度的尾气再经过第三阻挡缓冲层进入第二气体室，在第二气体室内，有2个氧泵电池和2个能斯特电池，其中一个氧泵电池是辅助泵氧电池，进一步使第二室的氧气浓度降低，至6*10-3ppm左右，第二个氧泵电池就是NOx传感器的测试电池，由于第二室的氧气不断被泵走，使得NO和02的平衡被打破，发生以下反应:
[0007]
2NO ^ N2+O2
[0008]在第二气体室的测量电极附近，分解的氧气不断被泵出，这样就会产生一个泵氧电流，即Ip2，这个电流也就相对应于NOx气体的浓度。
[0009]而且为了获得精确度高的测试结果，对氧化锆基片的各项性能的要求更高，要求的电导率也更高，故开发研制出一种适用于NOx传感器要求的氧化锆基片是非常重要的。
[0010]目前，制备氧化锆基片的方法一般采用流延成型法，因为此方法操作简单，易于工业化，应用广泛，但是很多都是采用流延成较薄(20-70 μ m)的素坯片，然后再进行叠压成所需厚度的素坯基片的方法制备，这样不仅工艺复杂，效率低，基片也容易分层。
[0011]所以一种工艺简单，效率高，能够一次流延出所需厚度的流延片且流延片的表面平整，各项性能满足NOx传感器的使用要求的流延浆料是十分具有实用价值的。
【发明内容】
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[0012]本发明的一个目的是为了解决上述问题，提供一种能够用于制备NOx传感器用的氧化错基片、可以形成表面状况较好的厚度为0.15~0.5mm的、适用于六层结构的NOx传感器的流延片、满足传感器使用要求的流延浆料。
[0013]本发明提供的用于制备NOx传感器用的氧化锆基片的流延浆料，具有以下特征，包括以下成分:
[0014]陶瓷粉体、溶剂、粘结剂、分散剂、增塑剂，所述的这些成分的质量比为100:60~75:8 ~20:1 ~8:5 ~10。
[0015]较佳地,所述的陶瓷粉体为为掺杂氧化钇摩尔分数为4~8%的氧化错粉体,所述的氧化锆粉体的平均粒度为0.1~1.5 μ m，比表面积为7~9m2/g，纯度为99%以上。
[0016]更佳地，所述的流延浆料中氧化锆的固含量为70%~85%，最佳地为75%~80%。
[0017]较佳地，所述的溶剂为丁酮与无水乙醇的混合物，所述的丁酮与所述的无水乙醇的质量比为0.5~I。
[0018]较佳地，所述的分散剂为三乙醇胺。
[0019]较佳地，所述的粘结剂为乙基纤维素和聚乙烯醇缩丁醛的混合物，聚乙烯醇缩丁醛与乙基纤维素的质量比为5~10。较佳地，所述的增塑剂为聚乙二醇与邻苯二甲酸二丁酯共沸混合物，所述的聚乙 二醇与所述的邻苯二甲酸二丁酯的质量比为1:1。
[0020]本发明的有益效果具体在于:本发明流延浆料调整中氧化锆粉体的固含量、粘度等特征，还对浆料中的氧化锆粉体、分散剂、溶剂、粘结剂、塑化剂的用量比例进行调整，结合流延机参数的配合，获得一种可以制备出可以适用于六层结构NOx传感器(如图1所示)的厚度为0.15~0.5mm的流延片的浆料，能够一次流延出所需厚度的流延片且流延片的表面平整，各项性能满足NOx传感器的使用要求，经过排胶烧结后综合性能良好的氧化锆基片，使用工艺简单。
[0021]本发明另一个目的是提供一种制备过程简单的使用上述流延浆料制备NOx传感器用的氧化锆基片的方法。
[0022]本发明提供的使用上述流延浆料制备NOx传感器用的氧化锆基片的方法，包含以下步骤:
[0023]步骤一:采用球磨的方法将上述组分的陶瓷粉体、溶剂、分散剂混匀，球磨时间为12~20h，然后加入上述组分的粘结剂，增塑剂进行球磨，球磨时间为10~18h，得到所述的流延浆料；
[0024]步骤二:将所述的流延浆料真空脱泡处理后，在流延机上流延成厚度为0.15~
0.5mm的氧化锆生坯膜，将所述的氧化锆生坯膜按照NOx传感器的结构尺寸设计要求切割，制备出长方形的陶瓷生坯片；
[0025]步骤三:将所述的氧化锆生坯片经过排胶，高温烧结后得到陶瓷基片。
[0026]较佳地，所述的浆料经过真空脱泡处理后，使用旋转粘度计进行粘度测试，粘度为6000 ~1000OmPa.S。
[0027]较佳地，制得的氧化锆生坯膜的厚度为0.15~0.5mm，后期也可根据实际需要调整为适合厚度的氧化锆薄膜。
[0028]较佳地，所述的长方形的氧化锆生坯片，放置于平整的氧化锆基板上，进行氧化铝粉埋粉，放入排胶炉，按照设定的排胶程序进行排胶。
[0029]更佳地，所述的排胶程序，可以是从室温(25°C )以低于1°C /min的升温速率升温到400°C，保温，再将温度升至800°C，保温2h。排胶完成之后，可置入控温高温烧结炉中进行烧结，按照设定的烧结程序。
[0030]烧结之后获得氧化锆基片平整，收缩率为15~22 %，厚度为0.15~0.5mm。氧化锆基片的抗折强度达到500~750MPa。在一个大气压下800°C时，陶瓷基片电阻率小于10 Ω m。
[0031 ] 本发明的制备方法制作工艺简单，为制备汽车用的NOx传感器提供了关键灵敏部件及支撑体，而且还可根据本发明制备出不同厚度的流延片，应用于其他需要陶瓷叠层结构的领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是现有 技术中由氧化锆基片形成的NOx传感器的六层结构。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明的具体实施方法作进一步说明。
[0034]实施例
[0035]一种NOx传感器用的氧化锆基片的流延制备方法，具体步骤如下:
[0036]步骤一:取掺杂氧化釔摩尔分数为5%的氧化锆粉体1000g和一定量的不同直径的氧化锆球放入内衬为聚四氟乙烯的球磨罐中，将按质量比例为1:1配好的丁酮与无水乙醇700g，加入占粉体质量比为1%~8%的三乙醇胺溶液，在行星球磨机上球磨18h。
[0037]步骤二:球磨18h后的浆料中，放入100g的粘结剂，粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛与乙基纤维素质量比例为5~10的混合物。然后放入聚乙二醇与邻苯二甲酸二丁酯质量比为1:1的共沸混合物若干，在行星球磨机上再进行球磨10h。
[0038]步骤三:球磨IOh后处理后的浆料经过静置，冷却到室温后，倒入真空脱泡机中进行抽真空，搅拌，脱泡，直至浆料观察不到气泡。
[0039]步骤四:取少许的上述浆料，在旋转粘度计上进行粘度测试，粘度为7000mPa.S。
如粘度不合适，需重复进行步骤三。
[0040]步骤五:将制备好的流延浆料放入长4.5米的膜带流延机的浆料槽内，调整刀高及膜带速度至合适值后，开启排风装置，进行流延成型。流延后的薄膜的厚度为0.2mm，且表面光滑，无明显缺陷。
[0041]步骤六:将流延出来的各薄膜片进行气体室成型，参比气体槽成型等处理后，进行各个电极及保护层绝缘层的印刷。
[0042]步骤七:将上述加工好的符合要求的薄膜片进行叠层处理，进行等静压处理。
[0043]步骤八:等静压处理后的叠片按照NOx传感器尺寸外形进行切割成单个的NOx传感器芯片。
[0044]步骤九:将上述NOx传感器芯片按照一定的程序进行脱脂烧结成型为NOx传感器陶瓷芯片。制成的NOx传感器宽为4.2~4.5mm,长度为67.5~68.5mm,厚度大致为1.45~
1.55mm,通过与市场购买的NOx传感器进行功能对比,可基本达到NOx气体测试功能,精度为 ±25%。
[0045] 在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书应被认为是说明性的而非限制性的。
【权利要求】
1.一种流延浆料，其特征在于，包括以下成分: 陶瓷粉体、溶剂、粘结剂、分散剂、增塑剂，其中所述的陶瓷粉体、所述的溶剂、所述的粘结剂、所述的分散剂、所述的增塑剂的质量比为100:60~75:8~20:1~8:5~10。
2.根据权利要求1所述的流延浆料，其特征在于，所述的陶瓷粉体为掺杂氧化钇摩尔分数为4~8%的氧化锆粉体，所述的氧化锆粉体的平均粒度为0.1~1.5 μ m，比表面积为7~9m2/g，纯度为99%以上。
3.根据权利要求1所述的流延浆料，其特征在于，所述的溶剂为丁酮与无水乙醇的混合物，所述的丁酮与所述的无水乙醇的质量比为0.5~I。
4.根据权利要求1所述的流延浆料，其特征在于，所述的分散剂为三乙醇胺。
5.根据权利要求1所述的流延浆料，其特征在于，所述的粘结剂为乙基纤维素和聚乙烯醇缩丁醛的混合物，其中，所述聚乙烯醇缩丁醛与所述乙基纤维素的质量比为5~10。
6.根据权利要求1所述的流延浆料，其特征在于，所述的增塑剂为聚乙二醇与邻苯二甲酸二丁酯共沸混合物，所述的聚乙二醇与所述的邻苯二甲酸二丁酯的质量比为1:1。
7.一种使用权利要求1~6的流延浆料制备NOx传感器用的氧化锆基片的方法，其特征在于: 步骤一:采用球磨的方法将上述组分的陶瓷粉体、溶剂、分散剂混匀，球磨时间为12~20h，然后加入上述组 分的粘结剂，增塑剂进行球磨，球磨时间为10~18h，得到所述的流延浆料； 步骤二:将所述的流延浆料真空脱泡处理后，在流延机上流延成厚度为0.15~0.5mm的氧化锆生坯膜，将所述的氧化锆生坯膜按照NOx传感器的结构尺寸设计要求切割，制备出长方形的氧化锆生坯片； 步骤三:将所述的氧化锆生坯片经过排胶，高温烧结后得到氧化锆陶瓷基片。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的浆料经过真空脱泡处理后，使用旋转粘度计进行粘度测试，粘度为6000~1000OmPa.S。
【文档编号】C04B35/622GK103951421SQ201410169463
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】王红勤, 王峥, 韩庆, 王广平 申请人:东风电子科技股份有限公司