专利名称：一种气体传感器密封件及一种汽车氧传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于气体传感器领域，尤其涉及一种气体传感器密封件及一种汽车氧传感
O
背景技术：
片式氧传感器，即传感元件为多层叠合的氧化锆。传感元件的探测端和参比端分别检测汽车排气和空气中的氧气含量，并将氧浓差转换成电压信号传递给发动机ECU，从而控制喷油量，确保三元催化器对汽车排气中的各种污染物进行转化和净化。氧传感器生产时对密封效果要求很高，否则，测试数据不准确，氧传感器的寿命很短。现有技术中为保证氧传感器的密封性，通常采用在传感元件中间部位设置密封材料，隔离开传感元件的探测端和参比端。汽车排气的温度较高，所以对密封件的耐高温性要求较高。市场上常见的密封材料主要为填压的粉状滑石。例如，CN1269887A中公开了一种探测头，该探测头中采用由皂石制成的密封元件。该密封元件的紧实程度完全由密封元件两端的陶瓷成型件所给的压力决定，且密封元件仅采用皂石，强度较低，难以保证在高温高压下长期使用的可靠性。CN1222975A中公开了一种用于气体传感器的传感元件的密封，设置有至少一个密封元件，密封元件有氮化硼与至少一种氧化陶瓷化合物的混合物制成。该密封元件仍然难以保证强度和紧实程度，长期在高温条件下使用容易导致粉末松散，失去应有的密封性。
发明内容
本发明解决了现有技术中存在的密封元件耐高温性能差、密封性差的技术问题。本发明提供了一种气体传感器密封件，所述气体传感器密封件含有至少两段，其中含有至少一段混合滑石单元和至少一段氮化硼单元；其中氮化硼单元中含有玻璃纤维。本发明还提供了一种汽车氧传感器，包括基座和穿设于基座上的传感元件；传感元件具有两端，一端为探测端，另一端为参比端；传感元件和基座之间设置有密封装置，用于隔绝传感元件的探测端与参比端；所述密封装置由两段陶瓷支撑体和位于两段陶瓷支撑体之间的密封件构成；其中，所述密封件为本发明提供的气体传感器密封件。本发明提供的气体传感器密封件，为两段或多段式结构，其中的氮化硼单元段中含有玻璃纤维，玻璃纤维具有润湿作用，高温下熔融渗透至氮化硼单元各个区域，提高氮化硼单元的强度，并与混合滑石层紧密结合，从而使得本发明的密封元件具有很好的耐高温性和密封性。从实施例的测试结果可以看出，本发明的密封件对900°C的气体具有良好的密封性，并可以保证在0. 4MPa压力下泄漏率小于0. lml/min。
图1是本发明实施例1的气体传感器密封件示意图。
图2是本发明实施例2的气体传感器密封件示意图。图3是本发明的汽车氧传感器示意图。
具体实施例方式本发明提供了一种气体传感器密封件，所述气体传感器密封件含有至少两段，其中含有至少一段混合滑石单元和至少一段氮化硼单元；所述氮化硼单元中含有玻璃纤维。本发明的发明人通过大量实验发现，在氮化硼中掺入玻璃纤维，能有效提高氮化硼的强度，并与混合滑石单元具有很好的结合性。由于玻璃纤维具有良好的润湿作用，高温下熔融渗透至氮化硼单元各个区域，在氮化硼单元中呈网状分布，从而保证氮化硼单元自身结合紧密，具有较好的强度；另外，氮化硼单元与混合滑石层的结合力也得到改善，从而密封件各段之间结合紧密。玻璃纤维的含量在本发明的优选范围内时，本发明的气体传感器密封件的耐高温性和密封性更好。以氮化硼单元的质量为基准，所述氮化硼单元中，氮化硼的含量为 80-95%，玻璃纤维的含量为5-20%。其中，玻璃纤维的直径为1-2 μ m，长度为40-70 μ m，软化温度为650_680°C，熔融温度为660-720°C。本发明中，氮化硼单元中采用玻璃纤维后，密封件的耐受温度可达 700 "C。本发明中，混合滑石单元中含有本领域技术人员常用的各种密封材料，例如滑石、 石英、石墨、长石、氧化铝和/或二硫化钼。本发明中，所述混合滑石单元中优选含有滑石、 石英、石墨、长石、氧化铝和二硫化钼。更优选情况下，以混合滑石单元的质量为基准，滑石的含量为30-60 %，石英的含量为10-30 %，石墨的含量为5-15 %，长石的含量为5_15 %，氧化铝的含量为5-15%，二硫化钼的含量为2-10%。本发明的气体传感器密封件含有至少两段，其中至少一段混合滑石单元和至少一段氮化硼单元。优选情况下，所述气体传感器密封件为两段式结构或三段式结构。例如，本发明的气体传感器由两段组成时，则一段为混合滑石单元，另一段为氮化硼单元；其中混合滑石单元的质量为氮化硼单元的质量的两倍。本发明的气体传感器由三段组成时，则含有两段混合滑石单元和一段氮化硼单元，且混合滑石单元位于密封件的两端，中间为氮化硼单元；三段的质量相同。优选情况下，密封件采用三段式结构。本发明的气体传感器密封件的制备方法，包括先分别压制成型混合滑石单元和氮化硼单元，然后将至少一段混合滑石单元和一段氮化硼单元在模具中排布，然后经过高温烘烤去除水分和有机物，即可得到本发明的气体传感器密封件。烘烤温度为660-700°C，烘烤时间为0. 5-池。制备混合滑石单元和氮化硼单元的方法为本领域技术人员所公知，本发明中不赘述。本发明的气体传感器密封件对气体、液态水、燃油等物质也具有良好的密封性。可根据需要配合使用密封垫圈和弹簧从而进一步提高密封件的抗热震性、抗振动性和使用寿命。本发明提供了一种汽车氧传感器，包括基座和穿设于基座上的传感元件；传感元件具有两端，一端为探测端，另一端为参比端；传感元件和基座之间设置有密封装置，用于隔绝传感元件的探测端与参比端；所述密封装置由两段陶瓷支撑体和位于两段陶瓷支撑体之间的密封件构成；其中，所述密封件为本发明提供的气体传感器密封件。基座上具有通孔，传感元件穿过该通孔从而穿设于基座上。密封装置套设于传感元件上，并位于基座的通孔内，用于填充传感元件与基座之间的空隙，从而隔绝传感元件的探测端与参比端，防止汽车排气扩散至传感元件的参比端、或参比气扩散至传感元件的探测端，导致检测信号不准确。作为本领域技术人员的公知常识，为使密封件具有更好的强度和密封性，密封件的两端均设有陶瓷支撑体，从而构成密封装置沿基座通孔的轴向从两端挤压密封件。采用该陶瓷支撑体，从密封件的两端挤压填料，从而保证密封件的强度和密封性，另外，还能提高密封件的抗振动性。其中，靠近传感元件的探测端的陶瓷支撑体为上陶瓷支撑体，靠近传感元件的参比端的陶瓷支撑体为下陶瓷支撑体。陶瓷支撑体的材料为本领域技术人员所公知，例如可以采用滑石烧结制备。以下结合附图及实施例，对本发明的气体传感器密封件和汽车氧传感器进行进一步详细说明。图1、2为本发明的气体传感器的示意图。如图1所示，所述气体传感器密封件3 具有两段式结构，其中一段为混合滑石单元31，另一端为氮化硼单元32。如图2所示，所述气体传感器密封件3具有三段式结构，其中中间段为氮化硼单元32，另外两段为混合滑石单元31。图3为本发明提供的汽车氧传感器。如图3所示，汽车氧传感器包括基座1和穿设于基座1上的传感元件2。传感元件2的左端为探测端21，右端为参比端22。基座1上具有通孔11，传感元件2穿过该通孔11。基座1与传感元件2之间设有密封装置。密封装置套设于传感元件2上，并位于基座1的通孔11内。如图3所示，密封装置包括密封件3和位于密封件3两端的陶瓷支撑体，其中密封件3左侧的陶瓷支撑体为上陶瓷支撑体41，密封件3右侧的陶瓷支撑体为下陶瓷支撑体42。密封件3、上陶瓷支撑体41、下陶瓷支撑体42均套设于传感元件2上，并位于基座1的通孔11内。作为本领域技术人员的公知常识，如图3所示，基座1与上陶瓷支撑体41之间还设有密封垫圈51。密封垫圈51在压力作用下变形，阻止汽车排气进入基座1与密封件3之间的缝隙，从而进一步保证汽车氧传感器的良好密封性。传感元件2的探测端21外侧设置有两个同基座1连接的金属护套，分别为内层金属护套61和外层金属护套62，用于减缓汽车排气对氧传感器芯片的直接冲击，延长氧传感器的寿命。传感元件2的参比端22的外侧具有与基座1连接的固定套63和保护套64 ；其中固定套63位于保护套64内侧，固定套63与下陶瓷支撑体42接触。内层金属护套61和固定套63通过铆接的方式与基座1连接，外层金属护套62和保护套64通过激光焊接的方式与基座1结合。下陶瓷支撑体42与固定套63之间还设有弹簧52，高温条件下，弹簧52被紧压于下陶瓷支撑体42上，可有效防止密封件3在热冲击和高振动时发生溃散，从而保证汽车氧传感器的密封性。内层金属护套61和外层金属护套62上均设有透气孔65，使汽车排气能进入金属护套内，并与传感元件2的探测端21接触。固定套63与保护套64之间形成一个充满参比气的腔体，传感元件2的参比端22伸入此腔体中与参比气接触。密封垫圈51、上陶瓷支撑体41、密封件3、下陶瓷支撑体42、弹簧52以及固定套63沿基座1的通孔11的轴向方式紧紧压实，保证传感元件2的探测端21与参比端22的隔绝密封。密封件为两段式结构时，氮化硼单元32与下陶瓷支撑体42接触，而混合滑石单元 31与上陶瓷支撑体41接触；而密封件为三段及以上结构时，氮化硼单元32位于中间，上陶瓷支撑体41和下陶瓷支撑体42均与混合滑石单元31接触。实施例1(1)配制原料混合滑石单元原料45wt%滑石，25wt%石英，10wt%石墨，长石IOwt %，IOwt % 氧化铝，5衬％二硫化钼；氮化硼单元原料85%氮化硼，15%玻璃纤维(直径1-2 μ m,长度为40-70 μ m，软化温度为650°C，熔融温度为680°C )；(2)将混合滑石单元原料粉末、无水乙醇、磨球以1 1.5 2. 5的质量比加入球磨罐中，然后加入混合滑石单元原料粉末质量的5wt %的PVA溶液(25wt % )，在行星式球磨机中以350rpm的转速球磨4h，然后干燥研磨、过1000目筛，得到混合滑石单元成型粉末； 将氮化硼单元原料转入混料机中，混合均勻即得到氮化硼单元成型粉末。(3)将两种成型粉末分别在模具中压制成型，压力设定为1500kgf，得到一段混合滑石单元和一段氮化硼单元；将两段单元在模具中排布，转入炉内，660°C下烘烤lh，得到本实施例的密封件Si，具有图1所示的结构。实施例2采用与实施例1相同的步骤制备密封件，不同之处在于步骤(3)中，压制成型两段混合滑石单元和一段氮化硼单元；将三段单元按照混合滑石单元-氮化硼单元-混合滑石单元的顺序在模具中排布，转入炉内烘烤得到本实施例的密封件S2，具有图2所示的结构。对比例1直接将皂石压制成型，得到本对比例的密封件，记为DS1。对比例2将氮化硼、皂石按质量比为9 1混合均勻，压制成型，得到本对比例的密封件，记为 DS2。性能测试将密封件S1-S2和DS2-DS2安装在气密封性检测机上，在气密封性检测机的密封腔内充入气体，至密封腔内压力为=0. 4MPa,即为初始气压P1 ；检测aiiin后的密封腔内的终止气压P2,即可得到密封件S1-S2和DS2-DS2对不同温度的气体的泄漏率η (mL/min)， 泄漏率Π按如下公式计算。测试结果如表1所示。
权利要求
1.一种气体传感器密封件，所述气体传感器密封件含有至少两段，其中含有至少一段混合滑石单元和至少一段氮化硼单元；其特征在于，所述氮化硼单元中含有玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的气体传感器密封件，其特征在于，以氮化硼单元的质量为基准，所述氮化硼单元中，氮化硼的含量为80-95%，玻璃纤维的含量为5-20%。
3.根据权利要求1或2所述的气体传感器密封件，其特征在于，玻璃纤维的直径为 1-2 μ m,长度为40-70 μ m,软化温度为650_680°C，熔融温度为660_720°C。
4.根据权利要求1所述的气体传感器密封件，其特征在于，所述混合滑石单元中含有滑石、石英、石墨、长石、氧化铝和/或二硫化钼。
5.根据权利要求4所述的气体传感器密封件，其特征在于，以混合滑石单元的质量为基准，滑石的含量为30-60%，石英的含量为10-30%，石墨的含量为5-15%，长石的含量为 5-15%，氧化铝的含量为5-15%，二硫化钼的含量为2-10%。
6.根据权利要求1所述的气体传感器密封件，其特征在于，所述气体传感器密封件由两段组成，其中一段为混合滑石单元，另一段为氮化硼单元；混合滑石单元的质量为氮化硼单元的质量的两倍。
7.根据权利要求1所述的气体传感器密封件，其特征在于，所述气体传感器密封件由三段组成，其中中间一段为氮化硼单元，另外两段均为混合滑石单元；三段的质量相同。
8.一种汽车氧传感器，包括基座和穿设于基座上的传感元件；传感元件具有两端，一端为探测端，另一端为参比端；传感元件和基座之间设置有密封装置，用于隔绝传感元件的探测端与参比端；所述密封装置由两段陶瓷支撑体和位于两段陶瓷支撑体之间的密封件构成；其特征在于，所述密封件为权利要求1-7任一项所述的气体传感器密封件。
9.根据权利要求8所述的汽车氧传感器，其特征在于，基座上具有通孔，传感元件穿设于通孔内；密封装置套设于传感元件上，并位于基座的通孔内，用于填充传感元件与基座之间的空隙。
10.根据权利要求8所述的汽车氧传感器，其特征在于，陶瓷支撑体通过烧结滑石制备。
全文摘要
本发明提供了一种气体传感器密封件，所述气体传感器密封件含有至少两段，其中含有至少一段混合滑石单元和至少一段氮化硼单元；所述氮化硼单元中含有玻璃纤维。本发明还提供了采用该气体传感器密封件的汽车氧传感器。本发明的气体传感器密封件，具有较好的耐高温性和密封性。
文档编号G01N33/00GK102346178SQ20101024033
公开日2012年2月8日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者向其军, 王金鑫, 马国超 申请人:比亚迪股份有限公司