氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，屬于氧傳感器材料技術領 域。
【背景技術】
[0002] 氧傳感器用于發(fā)動機閉環(huán)控制，從而確保車輛在壽命期內(nèi)對HC、CO以及NOx的排 放滿足法規(guī)要求。這對降低車輛的污染物排放，減少對環(huán)境的污染，都起到了至關重要的作 用。氧化鋯氧傳感器利用了氧化鋯的固體電解質(zhì)特性，即氧化鋯在高溫下對氧離子具有導 電性。這樣當氧化鋯兩側(cè)的氧氣濃度，即氧分壓不同時，就會發(fā)生氧離子從一側(cè)迀移到另一 側(cè)的效應，從而產(chǎn)生出一個電壓信號。具體來說，氧化鋯的這種氧離子導電特性可用能斯特 方程來表示：
[0004] 其中，R理想氣體常數(shù)；F法拉利常數(shù)；T絕對溫度；PO''參考氣體氧分壓；PO'測 量氧分壓。
[0005] 隨著排放法規(guī)的升級，需要氧傳感器在車輛一啟動就盡快激活，能夠給出檢測信 號。這就要求對氧傳感器的核心陶瓷元件進行快速加熱，勢必增加氧傳感器核心陶瓷元件 的溫度梯度。也就是對氧傳感器的抗熱震性提出了更高的要求。傳統(tǒng)的通過氧化釔增韌氧 化鋯的方法被業(yè)界公知，并能滿足傳統(tǒng)氧傳感器的使用，然而對于要求快速起燃的氧傳感 器以及超級快速起燃的氧傳感器，單純靠這種增韌方式就不能滿足汽車行業(yè)對氧傳感器的 壽命要求。
[0006] 因此，研發(fā)一種高抗熱震性、高可靠性的氧傳感器用氧化鋯陶瓷是急需解決的問 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制 備方法。
[0008] 本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)：
[0009] 氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，特點是：首先將納米氧化鋁粉體加入到氧化 釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷中，然后加入分散劑和溶劑，進行濕磨使其混合均勻；繼而加入粘結(jié)劑、 塑化劑和溶劑繼續(xù)進行球磨，得到流延漿料，漿料通過流延成型獲得用于制造氧傳感器的 氧化鋯陶瓷生坯。
[0010] 進一步地，上述的氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，其中，將質(zhì)量百分比0.1~ 0. 5%的納米氧化鋁粉體加入到5~8摩爾氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷中。
[0011] 更進一步地，上述的氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，其中，所述納米氧化鋁為 阿爾法氧化鋁，其平均粒徑為50~150nm。
[0012] 更進一步地，上述的氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，其中，所述氧化釔穩(wěn)定氧 化鋯的粒度D50為0. 5μπι。
[0013] 更進一步地，上述的氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，其中，所述分散劑為改性 魚油或苯磺酸。
[0014] 更進一步地，上述的氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，其中，所述溶劑為乙醇、 或者丙酮、或者乙醇與丙酮所構成的復合溶劑。
[0015] 更進一步地，上述的氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，其中，所述粘結(jié)劑為聚乙 烯醇或丁酸脂或硝酸纖維素。
[0016] 更進一步地，上述的氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，其中，所述塑化劑為鄰苯 二甲酸二丁酯或硬脂酸丁酯。
[0017] 本發(fā)明技術方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在：
[0018] 在傳統(tǒng)氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷（YSZ)材料的基礎上，進一步通過在粉體階段加入 一定質(zhì)量百分比的納米級氧化鋁粉，并經(jīng)過充分混合均勻，制備出一種綜合性能佳、特別適 用于氧傳感器的氧化鋯陶瓷。該氧化鋯陶瓷的特性在于不僅能夠提供良好的高溫氧離子導 電性，而且抗熱震性顯著提高，不但如此，該制備工藝還可以降低陶瓷的燒結(jié)溫度，節(jié)約能 源。
【具體實施方式】
[0019] 本發(fā)明基于納米陶瓷粉料的參雜特性和陶瓷相之間的浸潤特性，通過在氧化釔穩(wěn) 定氧化錯中進一步添加納米級的氧化錯粉，經(jīng)過充分混合均勾，通過成型工藝，制備出一種 新型氧傳感器用氧化鋯陶瓷。
[0020] 具體的制備工藝為：首先將質(zhì)量百分比0. 1~0.5%的納米氧化鋁粉體加入到 5~8摩爾氧化紀穩(wěn)定氧化錯陶瓷中，納米氧化鋁為阿爾法氧化鋁，其平均粒徑為50~ 150nm，氧化紀穩(wěn)定氧化錯的粒度D50為0. 5 μ m，然后加入分散劑和溶劑，進行濕磨使其混 合均勻；繼而加入粘結(jié)劑、塑化劑和溶劑繼續(xù)進行球磨，得到流延漿料，漿料通過流延成型 獲得用于制造氧傳感器的氧化鋯陶瓷生坯。
[0021] 實施例1
[0022] 將氧化錯瓷球加入球磨罐中，然后依次將100份、D50為0. 5 μπι氧化紀穩(wěn)定氧化 鋯陶瓷，4. 5份的改性魚油，乙醇加入到球磨罐中，通過行星球磨機，進行12小時濕磨混合 均勻。然后加入15份的硝酸纖維素、34. 5份的硬脂酸丁酯和乙醇繼續(xù)進行24球磨，得到流 延漿料，通過流延成型得到氧化鋯生坯，將制得的生坯切割、層壓和燒結(jié)，制備出試樣1。
[0023] 實施例2
[0024] 將氧化鋯瓷球加入球磨罐中，然后依次將0. 1份、D50為80nm的納米氧化鋁粉體， 99. 9份、D50為0. 5 ym氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷，4. 5份的改性魚油，乙醇加入到球磨罐中， 通過行星球磨機，進行12小時濕磨混合均勻。然后加入15份的丁酸脂、34. 5份的硬脂酸丁 酯和乙醇繼續(xù)進行24球磨，得到流延漿料，通過流延成型得到氧化鋯生坯，將制得的生坯 切割、層壓和燒結(jié)，制備出試樣2。
[0025] 實施例3
[0026] 將氧化鋯瓷球加入球磨罐中，然后依次將0. 5份、D50為80nm的納米氧化鋁粉體， 99. 5份、D50為0. 5 μ m氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷，4. 5份的苯磺酸，丙酮加入到球磨罐中，通 過行星球磨機，進行12小時濕磨混合均勻。然后加入15份的丁酸脂、34. 5份的鄰苯二甲酸 二丁酯和丙酮繼續(xù)進行24球磨，得到流延漿料，通過流延成型得到氧化鋯生坯，將制得的 生坯切割、層壓和燒結(jié)，制備出試樣3。
[0027] 實施例4
[0028] 將氧化鋯瓷球加入球磨罐中，然后依次將1份、D50為80nm的納米氧化鋁粉體，99 份、D50為0. 5 μ m氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷，4. 5份的苯磺酸，溶劑加入到球磨罐中，溶劑為乙 醇與丙酮所構成的復合溶劑，通過行星球磨機，進行12小時濕磨混合均勻。然后加入15份 的聚乙烯醇、34. 5份的鄰苯二甲酸二丁酯和溶劑繼續(xù)進行24球磨，得到流延漿料，通過流 延成型得到氧化鋯生坯，將制得的生坯切割、層壓和燒結(jié)，制備出試樣4。
[0029] 下表為實施例的測試結(jié)果
[0030]
[0031] 由此可見本發(fā)明獲得的產(chǎn)品，在保持氧化鋯陶瓷的離子導電性能的條件下，顯著 提高了機械強度和抗熱震性，可有效避免遭受機械沖擊和溫度沖擊后裂紋的產(chǎn)生，并降低 了燒結(jié)溫度，取得了良好的綜合性能，適用于制造新型氧傳感器。
[0032] 需要理解到的是：以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，對于本技術領域的普通 技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤 飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，其特征在于：首先將納米氧化鋁粉體加入到氧 化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷中，然后加入分散劑和溶劑，進行濕磨使其混合均勻；繼而加入粘結(jié) 劑、塑化劑和溶劑繼續(xù)進行球磨，得到流延漿料，漿料通過流延成型獲得用于制造氧傳感器 的氧化鋯陶瓷生坯。2. 根據(jù)權利要求1所述的氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，其特征在于：將質(zhì)量百 分比0. 1~0. 5%的納米氧化鋁粉體加入到5~8摩爾氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷中。3. 根據(jù)權利要求1所述的氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，其特征在于：所述納米 氧化鋁為阿爾法氧化鋁，其平均粒徑為50~150nm。4. 根據(jù)權利要求1所述的氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，其特征在于：所述氧化 ?乙穩(wěn)定氧化錯的粒度D50為0. 5ym。5. 根據(jù)權利要求1所述的氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，其特征在于：所述分散 劑為改性魚油或苯磺酸。6. 根據(jù)權利要求1所述的氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方huo法，其特征在于：所述 溶劑為乙醇、或者丙酮、或者乙醇與丙酮所構成的復合溶劑。7. 根據(jù)權利要求1所述的氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，其特征在于：所述粘結(jié) 劑為聚乙烯醇或丁酸脂或硝酸纖維素。8. 根據(jù)權利要求1所述的氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，其特征在于：所述塑化 劑為鄰苯二甲酸二丁酯或硬脂酸丁酯。
【專利摘要】本發(fā)明涉及氧傳感器用氧化鋯陶瓷的制備方法，首先將納米氧化鋁粉體加入到氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷中，然后加入分散劑和溶劑，進行濕磨使其混合均勻；繼而加入粘結(jié)劑、塑化劑和溶劑繼續(xù)進行球磨，得到流延漿料，漿料通過流延成型獲得用于制造氧傳感器的陶瓷生坯。制備出綜合性能佳、特別適用于氧傳感器的氧化鋯陶瓷，可有效避免遭受機械沖擊和溫度沖擊后裂紋的產(chǎn)生，并降低燒結(jié)溫度，節(jié)約能源。
【IPC分類】C04B35/622, C04B35/10
【公開號】CN104891969
【申請?zhí)枴緾N201510275880
【發(fā)明人】楊玉海, 陳珍強
【申請人】蘇州工業(yè)園區(qū)傳世汽車電子有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月26日