[发明专利]一种氧传感器芯片上被覆多孔陶瓷材料保护层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧传感器芯片上被覆保护层的制备方法，属于陶瓷应用技术领域。

背景技术：

在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。一旦混合气的空燃比偏离最佳空燃比较大时，三元催化剂对CO、碳氢化合物和氮氧化合物的净化能力将急剧下降，故在发动机排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU（汽车微机控制器）发出反馈信号，再由ECU控制喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在最佳值附近。

氧传感器一旦出现故障，将使控制电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排气污染增加，发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障。

氧传感器的常见故障有：

氧传感器铅中毒：经常使用含铅汽油的汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。由于过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效。即使使用无铅汽油，其含铅量大约为0.01克/升。长期使用后同样存在氧传感器铅中毒的可能性。

氧传感器硅中毒：一般来说，汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅，硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体，都会使氧传感器失效。

由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油污或尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失准，ECU不能及时地修正空燃比。产生积碳，主要表现为油耗上升，尾气中有害物质排放浓度明显增加。

经加速寿命测试，未被覆保护层的氧传感器芯片使用寿命相当于发动机行驶约4000km。

发明内容

本发明在氧化锆基氧传感器芯片表面增加一层性能良好的多孔陶瓷的保护层可以很好的解决前述氧传感器的常见故障。

在氧传感器芯片表面增加一层多孔陶瓷需要解决以下几个方面的问题：

1、多孔陶瓷与氧化锆芯片基体之间的匹配，主要是二者间热膨胀系数的匹配和必要的结合强度；

2、多孔陶瓷与氧化锆芯片基体表面多孔测氧材料之间的匹配，主要也是二者间热膨胀系数的匹配和必要的结合强度；

3、覆盖多孔陶瓷材料后不能堵塞多孔测氧材料的孔道。

本发明包括表面被覆一层性能良好的多孔陶瓷的氧化锆基氧传感器芯片制备方法及其产品。

本发明在氧传感器芯片上被覆多孔陶瓷的方法，以铝化合物与炭素材料为原料，采用以下技术方案实现在氧传感器芯片表面被覆一层多孔陶瓷保护层的目的。包括如下步骤：

（1）将铝化合物与炭素材料分散在有机溶剂中制备浆料。

（2）将步骤（1）获得的浆料覆盖在被覆有测氧材料的氧传感器芯片的测氧材料表面。

（3）将步骤（2）制备的氧传感器芯片干燥。

（4）将干燥后的氧传感器芯片烧结。

所述铝化合物包括氧化铝、氢氧化铝、醋酸铝、草酸铝等灼烧后呈氧化铝的物质。所述炭素材料包括石墨、炭黑、活性碳等以碳元素为主的物质。

所述有机溶剂包括松油醇、邻苯二甲酸二丁酯、甲苯、乙苯、丁内脂等。

本发明优选技术方案之一：步骤（2）中，所述覆盖方法包括丝网印刷或喷涂、涂覆、浸渍等。

本发明再一优选技术方案：步骤（4）所述烧结为烧结温度1350℃～1600℃，保温时间1～4小时。

本发明再一优选技术方案：步骤（2）所述干燥为干燥温度75～95℃，干燥时间为12～24小时。

本发明再一优选技术方案：所述铝化合物为氧化铝和/或氢氧化铝，所述炭素材料为胶体石墨或乙炔炭黑。

本发明再一优选技术方案：所述氧化铝、氢氧化铝含量≥98.5wt%，粒度D50为0.5μm～3μm。

本发明再一优选技术方案：步骤（1）中，铝化合物与炭素材料的重量比为铝化合物：炭素材料=4～13:1。

本发明再一优选技术方案：所述铝化合物与炭素材料的重量和与有机溶剂的重量比为1:0.8～5。

本发明再一优选技术方案：所述铝化合物与炭素材料的重量和与有机溶剂的重量比为1:1～1.5。

本发明再一优选技术方案：所述有机溶剂为松油醇和/或邻苯二甲酸二丁酯。

本发明再一优选技术方案：在有机溶剂加入成膜剂。。

本发明再一优选技术方案：所述成膜剂为乙基纤维素和/或PVB，所述有机溶剂与成膜剂的重量比为有机溶剂：成膜剂=1：0.03～0.2。