专利名称：一种氧传感器芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种被覆保护层的氧传感器芯片，属于陶瓷应用技术领域。
技术背景:在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。一旦混合气的空燃比偏离最佳空燃比较大时，三元催化剂对CO、碳氢化合物和氮氧化合物的净化能力将急剧下降，故在发动机排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU (汽车微机控制器)发出反馈信号，再由ECU控制喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在最佳值附近。氧传感器一旦出现故障，将使控制电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排气污染增加，发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障。氧传感器的常见故障有:氧传感器铅中毒:经常使用含铅汽油的汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。由于过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效。即使使用无铅汽油，其含铅量大约为0.01克/升。长期使用后同样存在氧传感器铅中毒的可能性。氧传感器硅中毒:一般来说，汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅，硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体，都会使氧传感器失效。由于发动机燃 烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油污或尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失准，ECU不能及时地修正空燃比。产生积碳，主要表现为油耗上升，尾气中有害物质排放浓度明显增加。经加速寿命测试，未被覆保护层的氧传感器芯片使用寿命相当于发动机行驶约4000kmo
实用新型内容本实用新型在氧化锆基氧传感器芯片表面增加一层性能良好的多孔陶瓷的保护层可以很好的解决前述氧传感器的常见故障。在氧传感器芯片表面增加一层多孔陶瓷需要解决以下几个方面的问题:1、多孔陶瓷与氧化锆芯片基体之间的匹配，主要是二者间热膨胀系数的匹配和必要的结合强度；2、多孔陶瓷与氧化锆芯片基体表面多孔测氧材料之间的匹配，主要也是二者间热膨胀系数的匹配和必要的结合强度；3、覆盖多孔陶瓷材料后不能堵塞多孔测氧材料的孔道。本实用新型氧传感器芯片，包括保护层1、测氧材料2及基体3，所述测氧材料2位于氧传感器芯片基体3上面，测氧材料2表面被保护层I覆盖。本实用新型氧传感器芯片优选技术方案之一:所述保护层(I)为多孔陶瓷。本实用新型表面被覆一层性能良好的多孔陶瓷的氧传感器芯片再一优选技术方案:所述多孔陶瓷为多孔氧化铝陶瓷。本实用新型与现有技术相比取得下列优点:本实用新型以铝化合物与炭素材料为原料，在氧传感器芯片及多孔测氧材料表面覆盖一层多孔陶瓷。本实用新型被覆保护层的氧传感器芯片适合在发动机尾气中含铅、硅等有害物质及尾气易形成积碳等恶劣工况条件下工作，对尾气中氧含量反应灵敏，不易失真。所得多孔陶瓷性能优良，和氧化锆基体、测氧材料匹配性良好，可以保护氧传感器、多孔Pt表面避免受强烈气流吹刷，保证氧传感器的使用效果，将氧传感器芯片使用寿命自被覆保护层前约行驶4000km延长至被覆保护层后行驶10000km以上。本实用新型原料易得，制备工艺简单、环保，适于大规模工业化生产。
图1是本实用新型产品结构示意图。
具体实施方式
实施例1参见图1。将粒度为D50=0.52 μ m,纯度98.5wt%的氧化铝和胶体石墨分散在有机溶剂中，其中氧化铝和胶体石墨的重量比为4:1 ;有机溶剂选择松油醇、邻苯二甲酸二丁酯混合物，同时加入乙基纤维素，重量比为松油醇:邻苯`二甲酸二丁酯:乙基纤维素1:0.05 ；:0.03。氧化铝和胶体石墨的总重与有机溶剂的重量比为1:0.8 ;将获得的浆料采用丝网印刷的方法印刷在被有多孔Pt材料的氧化锆氧传感器芯片表面；将前面制备的氧传感器芯片放入75°C的烘箱烘干，保温24小时；将干燥的氧传感器芯片取出，在窑炉中烧结，烧结温度为1400°C，烧结时间为3h。冷却后氧传感器芯片上多孔Pt材料表面被覆一层多孔氧化铝陶瓷。烧结制备的多孔陶瓷和氧化锆陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘结强度和热匹配。经加速寿命测试，本实施例被覆保护层后的氧传感器芯片使用寿命相当于发动机行驶10000km以上。实施例2参见图1。将粒度为D50=0.98 μ m,纯度99wt%的氧化铝和胶体石墨分散在有机溶剂中，其中氧化铝和胶体石墨的重量比为5:1 ;有机溶剂选择松油醇、邻苯二甲酸二丁酯的混合物，并加入PVB，重量比为松油醇:邻苯二甲酸二丁酯:PVB=1:0.2:0.04 ;氧化铝和胶体石墨的总重与有机溶剂的重量比为1:1 ;将获得的浆料采用丝网印刷的方法印刷在被有多孔Pt材料的氧化锆氧传感器芯片表面；将前面制备的氧传感器芯片放入80°C的烘箱烘干，保温16小时；将干燥的氧传感器芯片取出，在马福炉中烧结，烧结温度为1500°C，烧结时间为2.5h。[0028]烧结制备的多孔陶瓷和氧化锆陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘结强度和热匹配。经加速寿命测试，本实施例被覆保护层后的氧传感器芯片使用寿命相当于发动机行驶约11000km。实施例3参见图1。将粒度为D50=l.97 μ m,纯度99.99%的氧化铝和胶体石墨分散在有机溶剂中，其中氧化铝和胶体石墨的重量比为6:1 ;有机溶剂选择松油醇、邻苯二甲酸二丁酯混合物，并加入乙基纤维素。重量比为松油醇:邻苯二甲酸二丁酯:乙基纤维素=1:0.2:0.05 ;氧化铝和胶体石墨的总重与有机溶剂的重量比为1:1.2 ;将获得的浆料采用喷涂的方法印刷在被有多孔Pt材料的氧化锆氧传感器芯片表面；将前面制备的氧传感器芯片放入85°C的烘箱烘干，保温14小时；将干燥的氧传感器芯片取出，在马福炉中烧结，烧结温度为1550°C，烧结时间为2.5h。烧结制备的多孔陶瓷和氧化锆陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘结强度和热匹配。经加速寿命测试，本实施例被覆保护层后的氧传感器芯片使用寿命相当于发动机行驶约11000km。实施例4参见图1。将粒度为D50=l.·05 μ m,纯度大于98.5%的氧化铝和胶体石墨分散在有机溶剂中制备浆料，其中氧化铝和胶体石墨的重量比为8:1，有机溶剂选择松油醇、乙基纤维素、邻苯二甲酸二丁酯混合物，混合配比松油醇:邻苯二甲酸二丁酯:乙基纤维素=1:0.08:0.08 ；氧化铝和胶体石墨的总重与有机溶剂的重量比为1:1.9 ;将获得的浆料采用喷涂的方法印刷在被有多孔Pt材料的氧化锆氧传感器芯片表面；将前面制备的氧传感器芯片放入95°C的烘箱烘干，保温12小时；将干燥的氧传感器芯片取出，在马福炉中烧结，烧结温度为1600°C，烧结时间为lh。烧结制备的多孔陶瓷和氧化锆陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘结强度和热匹配。经加速寿命测试，本实施例被覆保护层后的氧传感器芯片使用寿命相当于发动机行驶超过10000km。实施例5参见图1。将粒度为D50=0.51 μ m,纯度99%的氧化铝和胶体石墨分散在有机溶剂中，其中氧化铝和胶体石墨的重量比为8:1 ;有机溶剂选择松油醇、乙基纤维素、邻苯二甲酸二丁酯，混合配比1:0.03:0.08 ;氧化铝和胶体石墨的总重与有机溶剂的重量比为1:1.5 ;将获得的浆料采用喷涂的方法印刷在被有多孔Pt材料的氧化锆氧传感器芯片表面；将前面制备的氧传感器放入85°C的干燥箱中烘干，保温15小时；将干燥的氧传感器芯片取出，在马福炉中烧结，烧结温度为1350°C，烧结时间为4h。烧结制备的多孔陶瓷和氧化锆陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘结强度和热匹配。经加速寿命测试，本实施例被覆保护层后的氧传感器芯片使用寿命相当于发动机行驶约12000km。实施例6参见图1。将市售粒度为5000目、纯度99.9wt%的氢氧化铝12.5克、乙炔炭黑0.98克与AR邻苯二甲酸二丁酯60ml充分搅拌混合，制成浆料后涂覆在被有多孔Pt材料的氧化锆氧传感器芯片表面；将前面制备的氧传感器芯片放入80°C的烘箱烘干，保温24小时；将干燥的氧传感器芯片取出，在高温炉以温度为1400°C烧结4h。冷却后氧传感器芯片上多孔Pt材料表面被覆一层多孔氧化铝陶瓷。烧结制备的多孔陶瓷和氧化锆陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘结强度和热匹配。经加速寿命测试，本实施例被覆保护层后的氧传感器芯片使用寿命相当于发动机行驶约10000km。实施例7参见图1。将粒度为D50=l.97 μ m,纯度99.99%的氧化铝10克、粒度为5000目(2.6 μ m)、纯度99.9wt%的氢氧化铝15克、胶体石墨4.2克分散在36克松油醇中并加入PVB7克制成浆料；将获得的浆料喷涂在被有多孔Pt材料的氧化锆氧传感器芯片表面；将前面制备的氧传感器芯片放入85°C的烘箱烘干，保 温16小时；将干燥的氧传感器芯片取出，在马福炉中烧结，烧结温度为1550°C，烧结时间为2.5h。烧结制备的多孔陶瓷和氧化锆陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘结强度和热匹配。经加速寿命测试，本实施例被覆保护层后的氧传感器芯片使用寿命相当于发动机行驶约11000km。实施例8参见图1。将市售粒度为5000目、纯度99.9wt%的氢氧化铝30克、自石灰氮水解渣中分离的碳粉4.5克分散在41克松油醇中，同时加入乙基纤维素I克和PVB0.8克制成浆料；将获得的浆料喷涂在被有多孔Pt材料的氧化锆氧传感器芯片表面；将前面制备的氧传感器芯片放入85°C的烘箱烘干，保温15小时；将干燥的氧传感器芯片取出，在马福炉中烧结，烧结温度为1500°C，烧结时间为2.5h。烧结制备的多孔陶瓷和氧化锆陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘结强度和热匹配。经加速寿命测试，本实施例被覆保护层后的氧传感器芯片使用寿命相当于发动机行驶约10000km。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求 范围当中。
权利要求1.一种氧传感器芯片，包括保护层(I)、测氧材料(2)及基体(3)，所述测氧材料(2)位于基体(3)表面，其特征在于:测氧材料(2)表面被保护层(I)覆盖。
2.如权利要求1所述的氧传感器芯片，其特征在于:所述保护层(I)为多孔陶瓷。
3.如权利要求2 所述的氧传感器芯片，其特征在于:所述多孔陶瓷为多孔氧化铝陶瓷。
专利摘要本实用新型氧传感器芯片，涉及一种在表面被覆了保护层的氧传感器芯片。包括保护层(1)、测氧材料(2)及基体(3)，所述测氧材料(2)位于基体(3)表面，测氧材料(2)表面被保护层(1)覆盖。本实用新型氧传感器芯片上的保护层(1)、基体(3)以及测氧材料(2)之间有较好的粘结强度和热匹配。本实用新型氧传感器芯片可以在恶劣工况下长期工作，有效延长氧传感器芯片使用寿命。
文档编号G01N33/00GK203117181SQ20122074684
公开日2013年8月7日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者谢楠, 彭牛生, 冯涛, 夏金峰 申请人:赣州虔东稀土集团股份有限公司, 中国科学院上海硅酸盐研究所