[发明专利]一种加热电极浆料和加热电极、以及含有该加热电极的片式氧传感器

说明书

技术领域

本发明属于氧传感器领域，尤其涉及一种加热电极浆料和加热电极、以及含有该加热电极的片式氧传感器。

背景技术

氧传感器是闭环控制的汽车发动机电喷系统(EMS)的核心部件之一，安装在汽车发动机排气管上，用于检测发动机排出废气中氧的含量。目前使用的片式氧传感器，采用的固体电解质均为二氧化锆。二氧化锆在低温下电导率很低，使得氧传感器在350℃以上的温度才能工作。因此，常用的片式氧传感器都设有加热体，用于对固体电解质加热。

例如，CN101000320A公开了一种片式氧传感器及其制备方法，该片式氧传感器包括加热器和氧敏感探头，其中加热器内包括加热器基体、设在加热器基体上的绝缘层和位于绝缘层内部的加热体；所述加热体是在铂粉中加入氧化铝和氧化锆微粉制成纯铂浆料，然后采用厚膜丝网印刷技术得到。CN101168472A公开了一种无铅铂电极浆料及其制备方法，其中，该电极浆料含有无铅玻璃粘结剂、有机粘结剂、金属氧化物和铂金属粉末。上述专利中，均采用铂金属粉作为加热电极材料，贵金属用量大，使得芯片的原材料成本高。为了降低成本，技术人员在铂粉中加入其它发热原料，但是导致电极的发热效率不佳，从而影响了最终的氧传感器电极的响应时间。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的氧传感器用加热电极成本高、发热效率低的技术问题。

本发明提供了一种加热电极浆料，由无机粉末和有机浆料载体组成；其中，所述无机粉末中含有硅化钽、铌合金、氧化铝和二氧化硅。

本发明还提供了一种加热电极，所述加热电极由本发明提供的加热电极浆料烧结得到。

本发明提供了一种片式氧传感器，所述片式氧传感包括加热体和加热体上部的测氧体；加热体，包括两个绝缘层和夹持于两绝缘层间的加热电极；测氧体，从下至上依次包括参比气基片、电解质层和多孔保护层；其中，所述加热电极为本发明提供的加热电极。

本发明的加热电极浆料中采用硅化钽和铌合金作为主要发热原料，通过铌合金提高硅化钽的韧性，降低硅化钽的电阻率，从而使采用的本发明的加热电极浆料烧结制备的加热电极具有较高的发热效率。另外，本发明的加热电极浆料中不采用贵金属铂，成本得到大大降低。

具体实施方式

本发明提供了加热电极浆料，由无机粉末和有机浆料载体组成；其中，所述无机粉末中含有硅化钽(TaSi₂)、铌合金、氧化铝(Al₂O₃)和二氧化硅(SiO₂)。

本发明的加热电极浆料中，采用添加铌合金的硅化钽制作加热电极，得到的加热电极的电阻率为0.24-0.3Ω·cm，比铬酸镧(LaCrO₃)陶瓷的电阻率还低70％；恒定电压下向该加热电极直接通电即可发热，电极表面温度可达1700℃，发热效率得到大大提高，能有效保证片式氧传感器的响应时间在8s以内。因此，采用本发明的加热电极浆料制作的加热电极，可替代现有技术中的铂加热电极，大大节约了铂的用量，降低成本。另外，本发明的加热电极浆料烧结后得到的加热电极，高温稳定性好，力学性能佳，能有效延长片式氧传感器加热体的寿命，从而延长氧传感器的寿命。

以无机粉末的总重量为基准，硅化钽的含量为78-92wt％，铌合金的含量为2-6wt％，氧化铝的含量为3-10wt％，二氧化硅的含量为2-6wt％。优选情况下，以无机粉末的总重量为基准，硅化钽的含量为82-86wt％，铌合金的含量为3-5wt％，氧化铝的含量为6-8wt％，二氧化硅的含量为3-5wt％。

所述无机粉末的粒径可以在一定范围内改变，优选情况下，所无机粉末的粒径均低于1.8μm，中位径小于1.2μm。

本发明中硅化钽、铌合金可直接购买商购产品，球磨至所需粒径即可。例如，硅化钽可采用大沥化工有限公司的硅化钽粉末，振动球磨、干燥处理即可直接用于本发明的加热电极浆料中。铌合金可采用东方钽业公司的Nb521，其中各组分的含量为：钨(W)4.5-5.2wt％，钼(Mo)1.6-2.1wt％，锆(Zr)0.75-1.0wt％，余量为铌(Nb)。