氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，属于氧传感器材料技术领 域。
【背景技术】
[0002] 氧传感器用于发动机闭环控制，从而确保车辆在寿命期内对HC、CO以及NOx的排 放满足法规要求。这对降低车辆的污染物排放，减少对环境的污染，都起到了至关重要的作 用。氧化锆氧传感器利用了氧化锆的固体电解质特性，即氧化锆在高温下对氧离子具有导 电性。这样当氧化锆两侧的氧气浓度，即氧分压不同时，就会发生氧离子从一侧迀移到另一 侧的效应，从而产生出一个电压信号。具体来说，氧化锆的这种氧离子导电特性可用能斯特 方程来表示：
[0004] 其中，R理想气体常数；F法拉利常数；T绝对温度；PO''参考气体氧分压；PO'测 量氧分压。
[0005] 随着排放法规的升级，需要氧传感器在车辆一启动就尽快激活，能够给出检测信 号。这就要求对氧传感器的核心陶瓷元件进行快速加热，势必增加氧传感器核心陶瓷元件 的温度梯度。也就是对氧传感器的抗热震性提出了更高的要求。传统的通过氧化钇增韧氧 化锆的方法被业界公知，并能满足传统氧传感器的使用，然而对于要求快速起燃的氧传感 器以及超级快速起燃的氧传感器，单纯靠这种增韧方式就不能满足汽车行业对氧传感器的 寿命要求。
[0006] 因此，研发一种高抗热震性、高可靠性的氧传感器用氧化锆陶瓷是急需解决的问 题。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种氧传感器用氧化锆陶瓷的制 备方法。
[0008] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：
[0009] 氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，特点是：首先将纳米氧化铝粉体加入到氧化 钇稳定氧化锆陶瓷中，然后加入分散剂和溶剂，进行湿磨使其混合均匀；继而加入粘结剂、 塑化剂和溶剂继续进行球磨，得到流延浆料，浆料通过流延成型获得用于制造氧传感器的 氧化锆陶瓷生坯。
[0010] 进一步地，上述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其中，将质量百分比0.1~ 0. 5%的纳米氧化铝粉体加入到5~8摩尔氧化钇稳定氧化锆陶瓷中。
[0011] 更进一步地，上述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其中，所述纳米氧化铝为 阿尔法氧化铝，其平均粒径为50~150nm。
[0012] 更进一步地，上述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其中，所述氧化钇稳定氧 化锆的粒度D50为0. 5μπι。
[0013] 更进一步地，上述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其中，所述分散剂为改性 鱼油或苯磺酸。
[0014] 更进一步地，上述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其中，所述溶剂为乙醇、 或者丙酮、或者乙醇与丙酮所构成的复合溶剂。
[0015] 更进一步地，上述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其中，所述粘结剂为聚乙 烯醇或丁酸脂或硝酸纤维素。
[0016] 更进一步地，上述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其中，所述塑化剂为邻苯 二甲酸二丁酯或硬脂酸丁酯。
[0017] 本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
[0018] 在传统氧化钇稳定氧化锆陶瓷（YSZ)材料的基础上，进一步通过在粉体阶段加入 一定质量百分比的纳米级氧化铝粉，并经过充分混合均匀，制备出一种综合性能佳、特别适 用于氧传感器的氧化锆陶瓷。该氧化锆陶瓷的特性在于不仅能够提供良好的高温氧离子导 电性，而且抗热震性显著提高，不但如此，该制备工艺还可以降低陶瓷的烧结温度，节约能 源。
【具体实施方式】
[0019] 本发明基于纳米陶瓷粉料的参杂特性和陶瓷相之间的浸润特性，通过在氧化钇稳 定氧化错中进一步添加纳米级的氧化错粉，经过充分混合均勾，通过成型工艺，制备出一种 新型氧传感器用氧化锆陶瓷。
[0020] 具体的制备工艺为：首先将质量百分比0. 1~0.5%的纳米氧化铝粉体加入到 5~8摩尔氧化纪稳定氧化错陶瓷中，纳米氧化铝为阿尔法氧化铝，其平均粒径为50~ 150nm，氧化纪稳定氧化错的粒度D50为0. 5 μ m，然后加入分散剂和溶剂，进行湿磨使其混 合均匀；继而加入粘结剂、塑化剂和溶剂继续进行球磨，得到流延浆料，浆料通过流延成型 获得用于制造氧传感器的氧化锆陶瓷生坯。
[0021] 实施例1
[0022] 将氧化错瓷球加入球磨罐中，然后依次将100份、D50为0. 5 μπι氧化纪稳定氧化 锆陶瓷，4. 5份的改性鱼油，乙醇加入到球磨罐中，通过行星球磨机，进行12小时湿磨混合 均匀。然后加入15份的硝酸纤维素、34. 5份的硬脂酸丁酯和乙醇继续进行24球磨，得到流 延浆料，通过流延成型得到氧化锆生坯，将制得的生坯切割、层压和烧结，制备出试样1。
[0023] 实施例2
[0024] 将氧化锆瓷球加入球磨罐中，然后依次将0. 1份、D50为80nm的纳米氧化铝粉体， 99. 9份、D50为0. 5 ym氧化钇稳定氧化锆陶瓷，4. 5份的改性鱼油，乙醇加入到球磨罐中， 通过行星球磨机，进行12小时湿磨混合均匀。然后加入15份的丁酸脂、34. 5份的硬脂酸丁 酯和乙醇继续进行24球磨，得到流延浆料，通过流延成型得到氧化锆生坯，将制得的生坯 切割、层压和烧结，制备出试样2。
[0025] 实施例3
[0026] 将氧化锆瓷球加入球磨罐中，然后依次将0. 5份、D50为80nm的纳米氧化铝粉体， 99. 5份、D50为0. 5 μ m氧化钇稳定氧化锆陶瓷，4. 5份的苯磺酸，丙酮加入到球磨罐中，通 过行星球磨机，进行12小时湿磨混合均匀。然后加入15份的丁酸脂、34. 5份的邻苯二甲酸 二丁酯和丙酮继续进行24球磨，得到流延浆料，通过流延成型得到氧化锆生坯，将制得的 生坯切割、层压和烧结，制备出试样3。
[0027] 实施例4
[0028] 将氧化锆瓷球加入球磨罐中，然后依次将1份、D50为80nm的纳米氧化铝粉体，99 份、D50为0. 5 μ m氧化钇稳定氧化锆陶瓷，4. 5份的苯磺酸，溶剂加入到球磨罐中，溶剂为乙 醇与丙酮所构成的复合溶剂，通过行星球磨机，进行12小时湿磨混合均匀。然后加入15份 的聚乙烯醇、34. 5份的邻苯二甲酸二丁酯和溶剂继续进行24球磨，得到流延浆料，通过流 延成型得到氧化锆生坯，将制得的生坯切割、层压和烧结，制备出试样4。
[0029] 下表为实施例的测试结果
[0030]
[0031] 由此可见本发明获得的产品，在保持氧化锆陶瓷的离子导电性能的条件下，显著 提高了机械强度和抗热震性，可有效避免遭受机械冲击和温度冲击后裂纹的产生，并降低 了烧结温度，取得了良好的综合性能，适用于制造新型氧传感器。
[0032] 需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润 饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：首先将纳米氧化铝粉体加入到氧 化钇稳定氧化锆陶瓷中，然后加入分散剂和溶剂，进行湿磨使其混合均匀；继而加入粘结 剂、塑化剂和溶剂继续进行球磨，得到流延浆料，浆料通过流延成型获得用于制造氧传感器 的氧化锆陶瓷生坯。2. 根据权利要求1所述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：将质量百 分比0. 1~0. 5%的纳米氧化铝粉体加入到5~8摩尔氧化钇稳定氧化锆陶瓷中。3. 根据权利要求1所述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：所述纳米 氧化铝为阿尔法氧化铝，其平均粒径为50~150nm。4. 根据权利要求1所述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：所述氧化 ?乙稳定氧化错的粒度D50为0. 5ym。5. 根据权利要求1所述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：所述分散 剂为改性鱼油或苯磺酸。6. 根据权利要求1所述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方huo法，其特征在于：所述 溶剂为乙醇、或者丙酮、或者乙醇与丙酮所构成的复合溶剂。7. 根据权利要求1所述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：所述粘结 剂为聚乙烯醇或丁酸脂或硝酸纤维素。8. 根据权利要求1所述的氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：所述塑化 剂为邻苯二甲酸二丁酯或硬脂酸丁酯。
【专利摘要】本发明涉及氧传感器用氧化锆陶瓷的制备方法，首先将纳米氧化铝粉体加入到氧化钇稳定氧化锆陶瓷中，然后加入分散剂和溶剂，进行湿磨使其混合均匀；继而加入粘结剂、塑化剂和溶剂继续进行球磨，得到流延浆料，浆料通过流延成型获得用于制造氧传感器的陶瓷生坯。制备出综合性能佳、特别适用于氧传感器的氧化锆陶瓷，可有效避免遭受机械冲击和温度冲击后裂纹的产生，并降低烧结温度，节约能源。
【IPC分类】C04B35/622, C04B35/10
【公开号】CN104891969
【申请号】CN201510275880
【发明人】杨玉海, 陈珍强
【申请人】苏州工业园区传世汽车电子有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月26日