氧敏元件的制备方法以及用该方法制备的氧敏元件

摘要

本发明提供的氧敏元件的制备方法以及用该方法制备的氧敏元件，主要由氧化锆、氧化铝、氧化镁组成，在制备过程中添加分散剂聚羧酸铵、粘结剂PVA溶液、去离子水、增塑剂聚乙二醇400、润滑剂油酸以及溶剂聚丙烯乙二醇。通过配料、多次球磨、浆料检测、喷雾干燥、等静压成型、高温烧结等多道程序制备完成。采用本发明制备的氧敏元件的锆管制成的氧传感器响应时间快，灵敏度高，成本低，使用寿命长，大大降低了汽车尾气中的有害物质含量，使燃烧过程更充分，降低环境污染。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于车用氧传感器的锆管，具体涉及锆管的氧敏元件的制备方法及用该方法制备的氧敏元件。

背景技术

随着人们对汽车的需求越来越大，汽车已经逐渐成为人们生活的必需品。而随之带来的污染、能源短缺等问题也就越来越严重。针对越来越严重的汽车尾气污染，世界各国制定了越来越严格的汽车排放标准，因此也就对发动机的燃烧控制要求更加严格，相应对用于控制尾气的氧传感器也提到了一个新的高度。为了使汽车排放污染物尽可能的少，用于控制的氧传感器必须有较高的灵敏度，也应具有较长的工作寿命。

而氧传感器的工作性能很大程度上依靠其核心部件锆管，而锆管的核心部件是氧敏元件，该氧敏元件内外表面涂覆一层金属作为电极。将氧传感器插入到汽车的排气管中，氧化锆固体电解质的内侧通参比气体（通常为空气），外表面与尾气接触。由于内、外侧的氧分压不同，氧离子从浓度高的一侧穿过氧化锆固体电解质向浓度低的一侧扩散，从而在固体电解质两侧电极上产生氧浓差电势，且随着可燃混合气的浓度的变化而变化。

发明内容

本发明提供一种氧敏元件的制备方法以及用该方法制备的氧敏元件，采用这种方法制备的氧敏元件的锆管制成的氧传感器响应时间快，灵敏度高，成本低，使用寿命长。

为解决上述问题，本发明提供的用于氧敏元件的制备方法，其步骤如下：

（1）球磨机和球石清洗干净后，注入离子水，将氧化锆粉、分散剂、氧化铝、氧化镁分别入球磨机，清洗配料口，关好球磨机；

（2）启动开关，开始球磨，球磨2-8小时；

（3）将粘结剂、去离子水入球磨机，关闭球磨机，球磨1-3小时；

（4）检测比重：用比重瓶测比重，比重范围1.85-2.12；

（5）检测酸碱度：用PH试纸测PH值，如果不合格，用氨水调试，PH值为8-12；

（6）检测粘度：用粘度计测粘度，粘度小于70CP；

（7）将浆料进行喷雾干燥；

（8）等静压成型，等静压力为50-80MPa；

（9）将氧敏元件在高温电炉里按温度曲线1500℃烧结35～45个小时。

作为本发明的一种优选方案所述第（1）步骤中加入的氧化锆粉、氧化铝、氧化镁的质量含量百分数如下：

氧化锆粉   90%-98%

氧化铝     1%-8%

氧化镁      0.1%-5%。

作为本发明的一种优选方案，在第（3）步骤中还加入增塑剂、润滑剂以及聚丙烯乙二醇。

作为本发明的一种优选方案，所述第（8）步骤采用注射成型。

作为本发明的一种优选方案，所述分散剂为聚羧酸铵，聚羧酸铵的质量含量百分数为0.2%-3%。

作为本发明的一种优选方案，所述粘结剂为PVA溶液，微晶蜡或者丙烯酸树脂。

作为本发明的一种优选方案，所述增塑剂为聚乙二醇400或者甘油。

作为本发明的一种优选方案，所述润滑剂为油酸或者甘油硬脂酸氨。

作为本发明的一种优选方案，所述第三步骤中加入一半的聚丙烯乙二醇，第三步骤结束后，再加入一半的聚丙烯乙二醇。

根据上述方法制备的氧敏元件，由氧化锆、氧化铝、氧化镁组成，各组分的质量含量百分数如下：

氧化锆粉  90%-98%

氧化铝     1%-8%

氧化镁    0.1%-5%。

采用本发明的制备方法制造的氧敏元件的锆管制成的氧传感器响应时间快，灵敏度高，成本低，使用寿命长，大大降低了汽车尾气中的有害物质含量，使燃烧过程更充分，降低环境污染。

具体实施方式

以下结合较佳的具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1：

用于氧传感器锆管的氧敏元件，主要由92%的氧化锆、5%的氧化铝、3%的氧化镁组成。另外，添加1.3%的聚羧酸铵、2.8%的PVA溶液、0.8%的油酸、0.23%的聚丙烯乙二醇以及一定量的去离子水，添加物的百分含量均是相对氧化锆、氧化铝和氧化镁混合粉末的质量。

本发明提供的氧敏元件的制备方法，具体步骤如下：

1）配料：

①球磨机和球石清洗干净后，球磨机中放入球石；

②先将92%的氧化锆、5%的氧化铝、3%的氧化镁入球磨机，再加入相对氧化锆、氧化铝和氧化镁混合粉末的质量1%的聚羧酸铵，然后注入一定量的去离子水。去离子水和氧化锆、氧化铝和氧化镁混合粉末的质量的重量比为46:100。清洗配料口，关好球磨机；

2）启动开关，开始球磨，球磨4小时；

3）打开球磨机，将配备好的PVA溶液、聚乙二醇400、油酸以及一半的聚丙烯乙二醇入球磨机，关闭球磨机，球磨2小时；再加入一半的的聚丙烯乙二醇；

4）检测浆料的比重：用比重瓶测比重，比重为1.96；

5）检测酸碱度：用PH试纸测PH值，PH值为10；

6）检测粘度：用粘度计测粘度，粘度为40CP；

7）将浆料进行喷雾干燥；

8）等静压成型，等静压力为60MPa；

9）将氧敏元件在高温电炉里按温度曲线1500℃烧结40个小时。

实施例2：

用于氧传感器锆管的氧敏元件，主要由90%的氧化锆、6%的氧化铝、4%的氧化镁组成。另外，添加0.5%的聚羧酸铵、1.2%的PVA溶液、0.52%的油酸、0.56%的聚丙烯乙二醇以及一定量的去离子水，添加物的百分含量均是相对氧化锆、氧化铝和氧化镁混合粉末的质量。

本发明提供的氧敏元件的制备方法，具体步骤如下：

1）配料：

①球磨机和球石清洗干净后，球磨机中放入球石；

②先将90%的氧化锆、6%的氧化铝、4%的氧化镁入球磨机，再加入相对氧化锆、氧化铝和氧化镁混合粉末的质量0.5%的聚羧酸铵，然后注入一定量的去离子水。去离子水和氧化锆、氧化铝和氧化镁混合粉末的质量的重量比为52:100。清洗配料口，关好球磨机；

2）启动开关，开始球磨，球磨2小时；

3）打开球磨机，将配备好的PVA溶液、聚乙二醇400、油酸以及聚丙烯乙二醇入球磨机，关闭球磨机，球磨1小时；

4）检测浆料的比重：用比重瓶测比重，比重为1.86；

5）检测酸碱度：用PH试纸测PH值，PH值为11；

6）检测粘度：用粘度计测粘度，粘度为30CP；

7）将浆料进行喷雾干燥；

8）等静压成型，等静压力为55MPa；

9）将氧敏元件在高温电炉里按温度曲线1500℃烧结37个小时。

实施例3：

用于氧传感器锆管的氧敏元件，主要由98%的氧化锆、1.2%的氧化铝、0.8%的氧化镁组成。另外，添加2.2%的聚羧酸铵、3.5%的PVA溶液、1%的油酸、0.83%的聚丙烯乙二醇以及一定量的去离子水，添加物的百分含量均是相对氧化锆、氧化铝和氧化镁混合粉末的质量。

本发明提供的氧敏元件的制备方法，具体步骤如下：

1）配料：

①球磨机和球石清洗干净后，球磨机中放入球石；

②先将98%的氧化锆、1.2%的氧化铝、0.8%的氧化镁入球磨机，再加入相对氧化锆、氧化铝和氧化镁混合粉末的质量2.2%的聚羧酸铵，然后注入一定量的去离子水。去离子水和氧化锆、氧化铝和氧化镁混合粉末的质量的重量比为42:100。清洗配料口，关好球磨机；

2）启动开关，开始球磨，球磨6小时；

3）打开球磨机，将配备好的PVA溶液、聚乙二醇400、油酸以及一半的聚丙烯乙二醇入球磨机，关闭球磨机，球磨3小时；再加入一半的的聚丙烯乙二醇；

4）检测浆料的比重：用比重瓶测比重，比重为2.02；

5）检测酸碱度：用PH试纸测PH值，PH值为9；

6）检测粘度：用粘度计测粘度，粘度为55CP；

7）将浆料进行喷雾干燥；

8）等静压成型，等静压力为70MPa；

9）将氧敏元件在高温电炉里按温度曲线1500℃烧结42个小时。