一种两线非加热型片式氧传感器及其制备方法与流程

本发明涉及氧传感器技术领域，具体来说，涉及一种两线非加热型片式氧传感器及其制备方法。

背景技术：

近期以来，汽车尾气排放已经对环境造成了相当大的影响，现在出厂的新车在三元催化剂前后都会安装一个汽车氧传感器，有的车甚至更多。目前国内外各种车型使用的氧传感器大部分为片式氧化锆式氧传感器。因为片式氧传感器具有管式氧传感器不具备的一系列优点：如结构简单、易于成型、响应速度快、尺寸小等，发展片式氧传感器符合市场的需求。目前市场上使用的管式氧传感器已经逐渐被片式氧传感器所取代。

普通两线氧传感器的结构只具有多孔保护层、催化外电极、氧化锆基体、催化内电极及两组参考电极通道这六层结构，普通两线氧传感器产生氧传感器信号需要以下几个条件：1、高温条件（氧化锆成为离子电解质，氧离子可发生迁移）；2、铂电极（催化作用，促进氧离子的产生）；3、氧浓度差（氧化锆基体两侧空气和尾气的氧浓度差），普通两线氧传感器在使用时需要进行加热，从而使得普通两线氧传感器难以快速进入工作状态，进而不利于尾气的排放达标。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的问题，本发明提出一种两线非加热型片式氧传感器及其制备方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种两线非加热型片式氧传感器。

该两线非加热型片式氧传感器，包括参考电极通道、第一能斯特电池和第二能斯特电池，其中，所述参考电极通道的两侧分别设置有第一能斯特电池和所述第二能斯特电池。

进一步的，所述第一能斯特电池包括从下至上依次设置在所述参考电极通道顶端的第一催化内电极、第一氧化锆基体、第一催化外电极及第一多孔保护层。

进一步的，所述第二能斯特电池包括从上之下依次设置在所述参考电极通道底端的第二催化内电极、第二氧化锆基体、第二催化外电极及第二多孔保护层。

进一步的，所述参考电极通道上开设有与所述第一催化内电极及所述第二催化内电极相配合的孔槽。

进一步的，所述第一催化内电极与所述第一催化外电极、所述第二催化内电极及所述第二催化外电极均为铂金材质。

根据本发明的另一方面，提供了一种两线非加热型片式氧传感器的制备方法。

该两线非加热型片式氧传感器的制备，包括以下步骤：

将预先配置好的材料采用滚筒球磨工艺进行配料球磨处理，制得均匀混合的粉体；

将所述混合均匀的粉体采用钢带流延工艺进行浆料流延处理，制得第一氧化锆基体和第二氧化锆基体；

将预先配置好的第一催化内电极与第一催化外电极、第二催化内电极及第二催化外电极采用丝网印刷工艺，印刷制得铂金电极，并在所述第一催化外电极和所述第二催化外电极的外侧分别印刷第一多孔保护层和第二多孔保护层；

将上述印刷后的电极按照预先配置的顺序、方向定位排列在参考电极通道两侧后采用平板热压工艺处理，制得层压样品；

将所述层压样品采用热切工艺处理，制得切割样品；

将所述切割样品按照标准烧结曲线进行烧结处理，制得两线非加热型片式氧传感器。

进一步的，所述将预先配置好的材料采用滚筒球磨工艺进行配料球磨处理，制得均匀混合的粉体的步骤还包括：

一次球磨处理和二次球磨处理；

其中，所述一次球磨处理和所述二次球磨处理的时间均为24±4小时。

进一步的，所述钢带流延工艺的流延厚度为50-300μm，所述丝网印刷工艺的印刷厚度为16±2μm。

进一步的，所述平板热压工艺的预热温度为70℃，预热时间为1-3min，预热压力为4000-7000psi。

进一步的，所述热切工艺处理的切割平台温度为70℃，切割刀片温度70℃，切割长度47.8±0.5mm，切割宽度5.3±0.05mm；所述烧结使用高温钟罩炉在1480±20℃保温3±0.5小时烧结而成，其产品收缩率为19.3±0.2%。

本发明的有益效果为：

（1）、该氧传感器和空气、尾气接触的面积比普通设计的两线氧传感器增加一倍（增加第二催化内电极、第二氧化锆基体、第二催化外电极及第二多孔保护层，将一面反应变成两面反应），可以降低氧传感器的内阻，达到降低氧传感器的工作温度，同时可以降低起燃时间，保证氧传感器可以快速进入工作状态，有利于尾气排放达标。

（2）、该氧传感器的设计可以保证尾气排出方向一侧是有能斯特电池的，这样可以使铂电极和氧化锆基体有更高的工作温度（氧化锆基体全靠燃烧的尾气传热）。

（3）、该氧传感器的设计要求传感元件的反应区域（能斯特电池）完全进入排气管，其目的在于氧化锆基体能够充分被加热，不需要自身加热也可以工作。

（4）、该非加热型两线氧传感器其优势在于不需要加热也能达到四线加热型氧传感器的性能，那么该氧传感器的温度完全来源于尾气的热量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种两线非加热型片式氧传感器的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种两线非加热型片式氧传感器的制备方法流程图。

图中：

1、参考电极通道；2、第一能斯特电池；201、第一催化内电极；202、第一氧化锆基体；203、第一催化外电极；204、第一多孔保护层；3、第二能斯特电池；301、第二催化内电极；302、第二氧化锆基体；303、第二催化外电极；304、第二多孔保护层。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种两线非加热型片式氧传感器及其制备方法。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1所示，根据本发明实施例的两线非加热型片式氧传感器，包括参考电极通道1、第一能斯特电池2和第二能斯特电池3，其中，所述参考电极通道1的两侧分别设置有第一能斯特电池2和所述第二能斯特电池3。

在一个实施例中，所述第一能斯特电池2包括从下至上依次设置在所述参考电极通道1顶端的第一催化内电极201、第一氧化锆基体202、第一催化外电极203及第一多孔保护层204。

在一个实施例中，所述第二能斯特电池3包括从上之下依次设置在所述参考电极通道1底端的第二催化内电极301、第二氧化锆基体302、第二催化外电极303及第二多孔保护层304。

在一个实施例中，所述参考电极通道1上开设有与所述第一催化内电极201及所述第二催化内电极301相配合的孔槽。

在一个实施例中，所述第一催化内电极201与所述第一催化外电极203、所述第二催化内电极301及所述第二催化外电极303均为铂金材质。

借助于上述技术方案，该氧传感器和空气、尾气接触的面积比普通设计的两线氧传感器增加一倍（增加第二催化内电极301、第二氧化锆基体302、第二催化外电极303及第二多孔保护层304，将一面反应变成两面反应），可以降低氧传感器的内阻，达到降低氧传感器的工作温度，同时可以降低起燃时间，保证氧传感器可以快速进入工作状态，有利于尾气排放达标。该氧传感器的设计可以保证尾气排出方向一侧是有能斯特电池的，这样可以使铂电极和氧化锆基体有更高的工作温度（氧化锆基体全靠燃烧的尾气传热）。该氧传感器的设计要求传感元件的反应区域（能斯特电池）完全进入排气管，其目的在于氧化锆基体能够充分被加热，不需要自身加热也可以工作。该非加热型两线氧传感器其优势在于不需要加热也能达到四线加热型氧传感器的性能，那么该氧传感器的温度完全来源于尾气的热量。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下结合附图对本发明的上述方案的流程进行详细说明，具体如下：

如图2所示，在实际生产过程中，该两线非加热型片式氧传感器的制备，包括以下步骤：

步骤s101，将预先配置好的材料采用滚筒球磨工艺进行配料球磨处理，制得均匀混合的粉体；

步骤s102，将所述混合均匀的粉体采用钢带流延工艺进行浆料流延处理，制得第一氧化锆基体202和第二氧化锆基体302；

步骤s103，将预先配置好的第一催化内电极201与第一催化外电极203、第二催化内电极301及第二催化外电极303采用丝网印刷工艺，印刷制得铂金电极，并在所述第一催化外电极203和所述第二催化外电极303的外侧分别印刷第一多孔保护层204和第二多孔保护层304；

步骤s104，将上述印刷后的电极按照预先配置的顺序、方向定位排列在参考电极通道1两侧后采用平板热压工艺处理，制得层压样品；

步骤s105，将所述层压样品采用热切工艺处理，制得切割样品；

步骤s106，将所述切割样品按照标准烧结曲线进行烧结处理，制得两线非加热型片式氧传感器。

在一个实施例中，所述将预先配置好的材料采用滚筒球磨工艺进行配料球磨处理，制得均匀混合的粉体的步骤还包括：

一次球磨处理和二次球磨处理；

其中，所述一次球磨处理和所述二次球磨处理的时间均为24±4小时。

在一个实施例中，所述钢带流延工艺的流延厚度为50-300μm，根据不同功能层厚度的要求来控制流延厚度，所述丝网印刷工艺的印刷厚度为16±2μm，防止铂金电极烧结时被压板破坏，也可以阻止污染物接触铂金。

在一个实施例中，所述平板热压工艺的预热温度为70℃，预热时间为1-3min，预热压力为4000-7000psi。

在一个实施例中，所述热切工艺处理的切割平台温度为70℃，切割刀片温度70℃，切割长度47.8±0.5mm，切割宽度5.3±0.05mm；所述烧结使用高温钟罩炉在1480±20℃保温3±0.5小时烧结而成，其产品收缩率为19.3±0.2%。

工作原理：本发明提供的两线非加热型片式氧传感器的工作原理与干电池相似，传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用。其基本工作原理是：在一定条件下（高温和铂催化），利用氧化锆内外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。大气中氧的含量为21%，浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。

在高温及铂的催化下，带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上。由于大气中的氧气比废气中的氧气多，套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子，两侧离子的浓度差产生电动势。当套管废气一侧的氧浓度低时，在电极之间产生一个高电压（0.6-1v）。

第一催化外电极203和第二催化外电极303通过印刷工艺连接在一起成为能斯特外电极，其接触的是尾气；第一催化内电极201和第二催化内电极301也是通过印刷工艺连接在一起成为能斯特内电极，其接触的是大气。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，该氧传感器和空气、尾气接触的面积比普通设计的两线氧传感器增加一倍（增加第二催化内电极301、第二氧化锆基体302、第二催化外电极303及第二多孔保护层304，将一面反应变成两面反应），可以降低氧传感器的内阻，达到降低氧传感器的工作温度，同时可以降低起燃时间，保证氧传感器可以快速进入工作状态，有利于尾气排放达标。该氧传感器的设计可以保证尾气排出方向一侧是有能斯特电池的，这样可以使铂电极和氧化锆基体有更高的工作温度（氧化锆基体全靠燃烧的尾气传热）。该氧传感器的设计要求传感元件的反应区域（能斯特电池）完全进入排气管，其目的在于氧化锆基体能够充分被加热，不需要自身加热也可以工作。该非加热型两线氧传感器其优势在于不需要加热也能达到四线加热型氧传感器的性能，那么该氧传感器的温度完全来源于尾气的热量。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。