[发明专利]一种气体传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体传感器及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的发展，大气环境的污染越来越严重，控制各种有害气体的排放逐渐成为一个社会性议题，其中工业废气和汽车尾气是人们关注的重点，而监控排放气体中N_xO/C_xH和O₂的含量是人们研究最多的课题之一。目前常见的用于监控排放气体的元件主要是汽车氧传感器。汽车氧传感器用于将燃烧后的气体情况实时反馈给发动机控制单元，而发动机电控喷射系统则依据氧传感器提供的信号精确控制空燃比，从而调整混合气的空燃比(A/F，空气与汽油的质量比)在理论值附近。

例如，CN101042366A中公开了一种平板式氧传感器芯片的制备方法，先通过流延法制备传感器片、中间片(即参比气层)和加热片，其中传感器片、中间片和加热片的基材均采用YSZ，绝缘层采用氧化铝；在叠层热压之前，在中间片的两面印涂YSZ或者含氧化铝80-99％的陶瓷粉。该方法在中间片的两面涂覆陶瓷粉，能一定程度提高传感器片、中间片、加热片之间的结合力，但是各叠层结合力仍达不到要求，使得片式氧传感器的密封性较差。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的制备过程中异质结合困难使得气体传感器各叠层结合力较弱、密封性差的技术问题。

本发明提供了一种气体传感器，从下至上依次包括绝缘层、参比气层和传感层，其中所述绝缘层含有氧化铝和玻璃粉，所述参比气层含有YSZ、氧化铝和玻璃粉，所述传感层含有钇稳定氧化锆、氧化铝和玻璃粉。

本发明还提供了一种气体传感器的制备方法，包括将绝缘层、参比气层和传感层从下至上依次叠加压制，烧结得到所述气体传感器。

本发明提供的气体传感器，通过适当调节绝缘层、参比气层和传感层的组成，在参比气层和传感层中加入氧化铝，并在三个叠层中均加入玻璃粉，从而提高参比气基片、绝缘层以及传感层的异质结合程度，提高绝缘层、参比气层和传感层之间的结合力，从而保证气体传感器具有较好的密封性。从表1的测试结果可以看出，本发明提供的气体传感器测试前后气压压强变化小于0.05MPa，抗拉拔强度达到1.7MPa及以上。

具体实施方式

本发明提供了一种气体传感器，从下至上依次包括绝缘层、参比气层和传感层，其特征在于，所述绝缘层含有氧化铝和玻璃粉，所述参比气层含有钇稳定氧化锆、氧化铝和玻璃粉，所述传感层含有钇稳定氧化锆、氧化铝和玻璃粉。

本发明的发明人通过大量实验发现：参比气层中含有氧化铝，能提高参比气层与绝缘层的结合力；类似地，传感层中也含有氧化铝，保证传感层与参比气层的部分同质结合，从而提高结合力；另外，本发明的绝缘层、参比气层和传感层中均含有玻璃粉，一方面使得绝缘层、参比气层和传感层的材料部分同质；另一方面玻璃粉可以用于增强氧化铝与YSZ的结合程度，具体包括(1)绝缘层中氧化铝与参比气层中YSZ、(2)参比气层中YSZ与氧化铝、(3)参比气层中YSZ与传感层中氧化铝、(4)参比气层中氧化铝与传感层中YSZ、以及(5)传感层中氧化铝与YSZ之间的结合。因此，本发明的气体传感器的绝缘层、参比气层和传感层具有较高的结合力，从而使得气体传感器具有较好的密封性，延长本发明的气体传感器的使用寿命。

此外，本发明的发明人还发现，传感层中含有玻璃粉还具有如下优点：(a)玻璃粉能抑制传感层中氧化锆晶粒的过分长大，使YSZ的电性能更稳定；(b)玻璃粉能减少氧化锆晶粒间的晶界电阻，尤其减少氧化锆和电极之间的边界电阻值，从而减少电压损耗，增强电压信号。

所述绝缘层中氧化铝的含量为92-98wt％，玻璃粉的含量为2-8wt％；所述参比气层中钇稳定氧化锆的含量为85-95wt％，氧化铝的含量为2-8wt％，玻璃粉的含量为2-8wt％；所述传感层中钇稳定氧化锆的含量为80-95wt％，氧化铝的含量为2-15wt％，玻璃粉的含量为2-8wt％。

本发明绝缘层、参比气层和传感层中均含有玻璃粉，所述玻璃粉为本领域技术人员公知的由多种无机氧化物预烧形成的具有玻璃相的一类物质。优选情况下，本发明采用的玻璃粉中含有5-40wt％氧化硅、30-60wt％氧化硼、10-35wt％氧化铋、2-10wt％氧化锂、5-20wt％氧化锶、2-20wt％氧化铅、5-25wt％氧化铝和2-8wt％氧化锆。