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專利名稱：一種氧傳感器芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種被覆保護(hù)層的氧傳感器芯片，屬于陶瓷應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景:在使用三元催化轉(zhuǎn)換器以減少排氣污染的發(fā)動(dòng)機(jī)上，氧傳感器是必不可少的元件。一旦混合氣的空燃比偏離最佳空燃比較大時(shí)，三元催化劑對(duì)CO、碳?xì)浠衔锖偷趸衔锏膬艋芰⒓眲∠陆?，故在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中安裝氧傳感器，用以檢測排氣中氧的濃度，并向ECU (汽車微機(jī)控制器)發(fā)出反饋信號(hào)，再由ECU控制噴油量的增減，從而將混合氣的空燃比控制在最佳值附近。氧傳感器一旦出現(xiàn)故障，將使控制電子燃油噴射系統(tǒng)的電腦不能得到排氣管中氧濃度的信息，因而不能對(duì)空燃比進(jìn)行反饋控制，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)油耗和排氣污染增加，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)怠速不穩(wěn)、缺火、喘振等故障。氧傳感器的常見故障有:氧傳感器鉛中毒:經(jīng)常使用含鉛汽油的汽車，即使是新的氧傳感器，也只能工作幾千公里。由于過高的排氣溫度，而使鉛侵入其內(nèi)部，阻礙了氧離子的擴(kuò)散，使氧傳感器失效。即使使用無鉛汽油，其含鉛量大約為0.01克/升。長期使用后同樣存在氧傳感器鉛中毒的可能性。氧傳感器硅中毒:一般來說，汽油和潤滑油中含有的硅化合物燃燒后生成的二氧化硅，硅橡膠密封墊圈使用不當(dāng)散發(fā)出的有機(jī)硅氣體，都會(huì)使氧傳感器失效。由于發(fā)動(dòng)機(jī)燃 燒不好，在氧傳感器表面形成積碳，或氧傳感器內(nèi)部進(jìn)入了油污或塵埃等沉積物，會(huì)阻礙或阻塞外部空氣進(jìn)入氧傳感器內(nèi)部，使氧傳感器輸出的信號(hào)失準(zhǔn)，ECU不能及時(shí)地修正空燃比。產(chǎn)生積碳，主要表現(xiàn)為油耗上升，尾氣中有害物質(zhì)排放濃度明顯增加。經(jīng)加速壽命測試，未被覆保護(hù)層的氧傳感器芯片使用壽命相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)行駛約4000kmo

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型在氧化鋯基氧傳感器芯片表面增加一層性能良好的多孔陶瓷的保護(hù)層可以很好的解決前述氧傳感器的常見故障。在氧傳感器芯片表面增加一層多孔陶瓷需要解決以下幾個(gè)方面的問題:1、多孔陶瓷與氧化鋯芯片基體之間的匹配，主要是二者間熱膨脹系數(shù)的匹配和必要的結(jié)合強(qiáng)度；2、多孔陶瓷與氧化鋯芯片基體表面多孔測氧材料之間的匹配，主要也是二者間熱膨脹系數(shù)的匹配和必要的結(jié)合強(qiáng)度；3、覆蓋多孔陶瓷材料后不能堵塞多孔測氧材料的孔道。本實(shí)用新型氧傳感器芯片，包括保護(hù)層1、測氧材料2及基體3，所述測氧材料2位于氧傳感器芯片基體3上面，測氧材料2表面被保護(hù)層I覆蓋。本實(shí)用新型氧傳感器芯片優(yōu)選技術(shù)方案之一:所述保護(hù)層(I)為多孔陶瓷。本實(shí)用新型表面被覆一層性能良好的多孔陶瓷的氧傳感器芯片再一優(yōu)選技術(shù)方案:所述多孔陶瓷為多孔氧化鋁陶瓷。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比取得下列優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型以鋁化合物與炭素材料為原料，在氧傳感器芯片及多孔測氧材料表面覆蓋一層多孔陶瓷。本實(shí)用新型被覆保護(hù)層的氧傳感器芯片適合在發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中含鉛、硅等有害物質(zhì)及尾氣易形成積碳等惡劣工況條件下工作，對(duì)尾氣中氧含量反應(yīng)靈敏，不易失真。所得多孔陶瓷性能優(yōu)良，和氧化鋯基體、測氧材料匹配性良好，可以保護(hù)氧傳感器、多孔Pt表面避免受強(qiáng)烈氣流吹刷，保證氧傳感器的使用效果，將氧傳感器芯片使用壽命自被覆保護(hù)層前約行駛4000km延長至被覆保護(hù)層后行駛10000km以上。本實(shí)用新型原料易得，制備工藝簡單、環(huán)保，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

圖1是本實(shí)用新型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1參見圖1。將粒度為D50=0.52 μ m,純度98.5wt%的氧化鋁和膠體石墨分散在有機(jī)溶劑中，其中氧化鋁和膠體石墨的重量比為4:1 ;有機(jī)溶劑選擇松油醇、鄰苯二甲酸二丁酯混合物，同時(shí)加入乙基纖維素，重量比為松油醇:鄰苯`二甲酸二丁酯:乙基纖維素1:0.05 ；:0.03。氧化鋁和膠體石墨的總重與有機(jī)溶劑的重量比為1:0.8 ;將獲得的漿料采用絲網(wǎng)印刷的方法印刷在被有多孔Pt材料的氧化鋯氧傳感器芯片表面；將前面制備的氧傳感器芯片放入75°C的烘箱烘干，保溫24小時(shí)；將干燥的氧傳感器芯片取出，在窯爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1400°C，燒結(jié)時(shí)間為3h。冷卻后氧傳感器芯片上多孔Pt材料表面被覆一層多孔氧化鋁陶瓷。燒結(jié)制備的多孔陶瓷和氧化鋯陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘結(jié)強(qiáng)度和熱匹配。經(jīng)加速壽命測試，本實(shí)施例被覆保護(hù)層后的氧傳感器芯片使用壽命相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)行駛10000km以上。實(shí)施例2參見圖1。將粒度為D50=0.98 μ m,純度99wt%的氧化鋁和膠體石墨分散在有機(jī)溶劑中，其中氧化鋁和膠體石墨的重量比為5:1 ;有機(jī)溶劑選擇松油醇、鄰苯二甲酸二丁酯的混合物，并加入PVB，重量比為松油醇:鄰苯二甲酸二丁酯:PVB=1:0.2:0.04 ;氧化鋁和膠體石墨的總重與有機(jī)溶劑的重量比為1:1 ;將獲得的漿料采用絲網(wǎng)印刷的方法印刷在被有多孔Pt材料的氧化鋯氧傳感器芯片表面；將前面制備的氧傳感器芯片放入80°C的烘箱烘干，保溫16小時(shí)；將干燥的氧傳感器芯片取出，在馬福爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1500°C，燒結(jié)時(shí)間為2.5h。[0028]燒結(jié)制備的多孔陶瓷和氧化鋯陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘結(jié)強(qiáng)度和熱匹配。經(jīng)加速壽命測試，本實(shí)施例被覆保護(hù)層后的氧傳感器芯片使用壽命相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)行駛約11000km。實(shí)施例3參見圖1。將粒度為D50=l.97 μ m,純度99.99%的氧化鋁和膠體石墨分散在有機(jī)溶劑中，其中氧化鋁和膠體石墨的重量比為6:1 ;有機(jī)溶劑選擇松油醇、鄰苯二甲酸二丁酯混合物，并加入乙基纖維素。重量比為松油醇:鄰苯二甲酸二丁酯:乙基纖維素=1:0.2:0.05 ;氧化鋁和膠體石墨的總重與有機(jī)溶劑的重量比為1:1.2 ;將獲得的漿料采用噴涂的方法印刷在被有多孔Pt材料的氧化鋯氧傳感器芯片表面；將前面制備的氧傳感器芯片放入85°C的烘箱烘干，保溫14小時(shí)；將干燥的氧傳感器芯片取出，在馬福爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1550°C，燒結(jié)時(shí)間為2.5h。燒結(jié)制備的多孔陶瓷和氧化鋯陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘結(jié)強(qiáng)度和熱匹配。經(jīng)加速壽命測試，本實(shí)施例被覆保護(hù)層后的氧傳感器芯片使用壽命相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)行駛約11000km。實(shí)施例4參見圖1。將粒度為D50=l.·05 μ m,純度大于98.5%的氧化鋁和膠體石墨分散在有機(jī)溶劑中制備漿料，其中氧化鋁和膠體石墨的重量比為8:1，有機(jī)溶劑選擇松油醇、乙基纖維素、鄰苯二甲酸二丁酯混合物，混合配比松油醇:鄰苯二甲酸二丁酯:乙基纖維素=1:0.08:0.08 ；氧化鋁和膠體石墨的總重與有機(jī)溶劑的重量比為1:1.9 ;將獲得的漿料采用噴涂的方法印刷在被有多孔Pt材料的氧化鋯氧傳感器芯片表面；將前面制備的氧傳感器芯片放入95°C的烘箱烘干，保溫12小時(shí)；將干燥的氧傳感器芯片取出，在馬福爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1600°C，燒結(jié)時(shí)間為lh。燒結(jié)制備的多孔陶瓷和氧化鋯陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘結(jié)強(qiáng)度和熱匹配。經(jīng)加速壽命測試，本實(shí)施例被覆保護(hù)層后的氧傳感器芯片使用壽命相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)行駛超過10000km。實(shí)施例5參見圖1。將粒度為D50=0.51 μ m,純度99%的氧化鋁和膠體石墨分散在有機(jī)溶劑中，其中氧化鋁和膠體石墨的重量比為8:1 ;有機(jī)溶劑選擇松油醇、乙基纖維素、鄰苯二甲酸二丁酯，混合配比1:0.03:0.08 ;氧化鋁和膠體石墨的總重與有機(jī)溶劑的重量比為1:1.5 ;將獲得的漿料采用噴涂的方法印刷在被有多孔Pt材料的氧化鋯氧傳感器芯片表面；將前面制備的氧傳感器放入85°C的干燥箱中烘干，保溫15小時(shí)；將干燥的氧傳感器芯片取出，在馬福爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1350°C，燒結(jié)時(shí)間為4h。燒結(jié)制備的多孔陶瓷和氧化鋯陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘結(jié)強(qiáng)度和熱匹配。經(jīng)加速壽命測試，本實(shí)施例被覆保護(hù)層后的氧傳感器芯片使用壽命相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)行駛約12000km。實(shí)施例6參見圖1。將市售粒度為5000目、純度99.9wt%的氫氧化鋁12.5克、乙炔炭黑0.98克與AR鄰苯二甲酸二丁酯60ml充分?jǐn)嚢杌旌希瞥蓾{料后涂覆在被有多孔Pt材料的氧化鋯氧傳感器芯片表面；將前面制備的氧傳感器芯片放入80°C的烘箱烘干，保溫24小時(shí)；將干燥的氧傳感器芯片取出，在高溫爐以溫度為1400°C燒結(jié)4h。冷卻后氧傳感器芯片上多孔Pt材料表面被覆一層多孔氧化鋁陶瓷。燒結(jié)制備的多孔陶瓷和氧化鋯陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘結(jié)強(qiáng)度和熱匹配。經(jīng)加速壽命測試，本實(shí)施例被覆保護(hù)層后的氧傳感器芯片使用壽命相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)行駛約10000km。實(shí)施例7參見圖1。將粒度為D50=l.97 μ m,純度99.99%的氧化鋁10克、粒度為5000目(2.6 μ m)、純度99.9wt%的氫氧化鋁15克、膠體石墨4.2克分散在36克松油醇中并加入PVB7克制成漿料；將獲得的漿料噴涂在被有多孔Pt材料的氧化鋯氧傳感器芯片表面；將前面制備的氧傳感器芯片放入85°C的烘箱烘干，保 溫16小時(shí)；將干燥的氧傳感器芯片取出，在馬福爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1550°C，燒結(jié)時(shí)間為2.5h。燒結(jié)制備的多孔陶瓷和氧化鋯陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘結(jié)強(qiáng)度和熱匹配。經(jīng)加速壽命測試，本實(shí)施例被覆保護(hù)層后的氧傳感器芯片使用壽命相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)行駛約11000km。實(shí)施例8參見圖1。將市售粒度為5000目、純度99.9wt%的氫氧化鋁30克、自石灰氮水解渣中分離的碳粉4.5克分散在41克松油醇中，同時(shí)加入乙基纖維素I克和PVB0.8克制成漿料；將獲得的漿料噴涂在被有多孔Pt材料的氧化鋯氧傳感器芯片表面；將前面制備的氧傳感器芯片放入85°C的烘箱烘干，保溫15小時(shí)；將干燥的氧傳感器芯片取出，在馬福爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1500°C，燒結(jié)時(shí)間為2.5h。燒結(jié)制備的多孔陶瓷和氧化鋯陶瓷以及多孔Pt材料具有很好的粘結(jié)強(qiáng)度和熱匹配。經(jīng)加速壽命測試，本實(shí)施例被覆保護(hù)層后的氧傳感器芯片使用壽命相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)行駛約10000km。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制。盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求 范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種氧傳感器芯片，包括保護(hù)層(I)、測氧材料(2)及基體(3)，所述測氧材料(2)位于基體(3)表面，其特征在于:測氧材料(2)表面被保護(hù)層(I)覆蓋。
2.如權(quán)利要求1所述的氧傳感器芯片，其特征在于:所述保護(hù)層(I)為多孔陶瓷。
3.如權(quán)利要求2 所述的氧傳感器芯片，其特征在于:所述多孔陶瓷為多孔氧化鋁陶瓷。
專利摘要本實(shí)用新型氧傳感器芯片，涉及一種在表面被覆了保護(hù)層的氧傳感器芯片。包括保護(hù)層(1)、測氧材料(2)及基體(3)，所述測氧材料(2)位于基體(3)表面，測氧材料(2)表面被保護(hù)層(1)覆蓋。本實(shí)用新型氧傳感器芯片上的保護(hù)層(1)、基體(3)以及測氧材料(2)之間有較好的粘結(jié)強(qiáng)度和熱匹配。本實(shí)用新型氧傳感器芯片可以在惡劣工況下長期工作，有效延長氧傳感器芯片使用壽命。
文檔編號(hào)G01N33/00GK203117181SQ20122074684
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者謝楠, 彭牛生, 馮濤, 夏金峰 申請(qǐng)人:贛州虔東稀土集團(tuán)股份有限公司, 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所