氧傳感器多層復(fù)合保護層及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明技術(shù)方案旨在于設(shè)計一種有針對性地消除尾氣污染對于敏感電極毒化效果的保護層，采用多層結(jié)構(gòu)，并使得不同層承擔(dān)不同任務(wù)，實現(xiàn)不同功能，同時避免使用等離子噴涂等復(fù)雜工藝手段。一種氧傳感器多層復(fù)合保護層，其核心方案為雙層保護層，兩次成型。其特征在于，采用雙層保護結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)層和外層，內(nèi)層為捕捉功能層，外層為過濾功能層。本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點和功效是，復(fù)合保護層能有效避免長期工作條件下發(fā)生毒化、污染、堵塞等破壞，保證敏感電極的長期穩(wěn)定可靠。
【專利說明】氧傳感器多層復(fù)合保護層及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧傳感器多層復(fù)合保護層及其制造方法，特別是指制造一種具有功能劃分的保護層，屬于氧傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]氧傳感器敏感電極保護層的作用，是在長期工作條件下，減輕尾氣中復(fù)雜的污染物質(zhì)對敏感電極造成的破壞，尾氣中的硫，硅等元素會毒化敏感電極，而碳等雜質(zhì)會堵塞敏感電極多孔界面，歸結(jié)起來都是導(dǎo)致敏感電極三相界面減少，敏感性降低
[0003]傳統(tǒng)的敏感電極保護層一般為單層多孔厚膜，其材料選擇通常有氧化鋁、氧化鋯，以及氧化鋁/氧化鋯復(fù)合陶瓷，其主要作用為單純的多孔分子篩，用于過濾尾氣中的污染物質(zhì)，在長期工作后不可避免發(fā)生微孔被污染堵塞，導(dǎo)致過濾效果減弱。其制造工藝路線通常是在預(yù)成型階段就通過絲網(wǎng)印刷或浸潰在敏感電極表面施加保護層，然后與氧傳感器整體一起高溫共燒結(jié)，利用氧化鋁陶瓷燒結(jié)溫度(約2000度)明顯高于氧化鋯陶瓷(約1400度)特性，來獲得在1400度較低溫下燒結(jié)不充分的氧化鋁層，實現(xiàn)多孔效果。該過程孔隙率很難控制，往往發(fā)生燒結(jié)程度過大，孔隙率過小，透氣率不足問題，影響敏感電極反應(yīng)效果；而如果孔隙率過大，則很可能無法阻止氣體形式的硫與硅污染，特別是尾氣中大量包含的二氧化硫、三氧化硫氣體的污染。此外，國外先進制造工藝中還有采用熱噴涂、等離子噴涂等多種工藝手段，這類工藝都需要復(fù)雜設(shè)備與控制程序，增加了成本和制造復(fù)雜度。
[0004]作為技術(shù)改進的需要，雙層結(jié)構(gòu)的保護層也有所采用。
[0005]申請?zhí)?00810216127.1的專利提出了一種浸潰制備管式雙層保護層的方案，其工藝路線為將敏感電極區(qū)域先后在大尺寸顆粒和小尺寸顆粒保護層漿料中浸潰，然后經(jīng)過100-300度干燥，再進行900-1100度燒結(jié)，其優(yōu)點，按照文件中宣稱，可以用較簡單工藝獲得質(zhì)量與壽命都較佳的保護層。分析其工藝本質(zhì)，是利用外側(cè)的小尺寸顆粒陶瓷燒結(jié)性能較佳，能夠形成一層有一定強度的硬殼式保護殼，保護內(nèi)部大顆粒而強度很差的過濾層。然而其本質(zhì)上依然是一種多孔過濾結(jié)構(gòu)，沒有有針對性地對污染物進行防護。
[0006]申請?zhí)?01210468669.4的專利也提出了一種用于制作汽車氧傳感器電極著附層的組合物，其中也記錄的兩層結(jié)構(gòu)，但其內(nèi)層成分和基體成分完全一樣，就是讓外層陶瓷保護層不是直接和金屬敏感電極接觸而是和陶瓷成分接觸，來增強和基體的結(jié)合力，除此之外沒有其他用處。
[0007]此外，申請?zhí)?00810172351.5的專利還提出了一種氧傳感器鉬電極及其制備方法，其兩層保護層的厚度都高達100-200微米，屬于厚膜范疇，都有起過濾的作用。其內(nèi)層本質(zhì)是過渡層，意圖是注意到了純鎂鋁尖晶石燒結(jié)溫度太高，與氧化鋯基體結(jié)合度不行，于是設(shè)置過度性內(nèi)層，使鎂鋁尖晶石和氧化鋯組分對半，該內(nèi)層由于添加了氧化鋯所以燒結(jié)性能有所改善，且理論上和外層的純鎂鋁尖晶石以及內(nèi)層的純氧化鋯都有一定親和力，屬于很標(biāo)準(zhǔn)的過渡層引入。內(nèi)層本身并也沒有特殊的其他功能。
[0008]將氧傳感器的外保護層的雙層以至多層結(jié)構(gòu)，賦予不同的功能要求，以更好地滿足技術(shù)要求，獲得更加良好的性能效果，一直是一個具有開創(chuàng)意義的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決【背景技術(shù)】的難題，本發(fā)明技術(shù)方案旨在于設(shè)計一種有針對性地消除尾氣污染對于敏感電極毒化效果的保護層，采用多層結(jié)構(gòu)，并使得不同層承擔(dān)不同任務(wù)，實現(xiàn)不同功能，同時避免使用等離子噴涂等復(fù)雜工藝手段。
[0010]一種氧傳感器多層復(fù)合外保護層，其核心方案為雙層保護層，兩次成型。其特征在于，采用雙層保護結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)層和外層，內(nèi)層為捕捉功能層，外層為過濾功能層。
[0011]捕捉功能層較為致密，孔隙率較低，功能為捕獲污染中的氣態(tài)硫、硅等毒化成分，將其固定為硫酸根離子和硅酸跟離子；
[0012]過濾功能層較為疏松，孔隙率較大，起到分子篩作用，過濾排除碳等固態(tài)雜質(zhì)，同時不影響氣態(tài)成分通過。
[0013]雙層保護結(jié)構(gòu)配合最內(nèi)部的復(fù)合多孔敏感電極，保證了長期工作條件下(2-3年)敏感電極表面三相界面的始終穩(wěn)定。
[0014]所述的捕捉功能層，其材料組成為鎂鋁尖晶石49-70%，氧化鋁29-50%，
[0015]催化劑1-2% ；
[0016]所述催化劑是指，鑭鍶錳鈣鈦礦復(fù)合陶瓷(LSM)，鑭鍶鈷鈣鈦礦陶瓷(LSC)或鑭鍶鈷鐵鈣鈦礦陶瓷(LSCF)之一種或幾種的組合。
[0017]所述的捕捉功能層，其厚度為5-10微米。
[0018]所述的過濾功能層，其材料組成為氧化鋁20-50%，氧化鋯50-80%;前述氧化鋁亦可為氧化鎂，氧化鈣，氧化鋇之一種或幾種代替。
[0019]所述的過濾功能層，其厚度為厚度為200-250微米。
[0020]所述敏感電極可以為單金屬電極，也可以為復(fù)合多孔電極。
[0021]一種氧傳感器多層復(fù)合外保護層的制造方法，其成型工藝上過程為:
[0022]第一步:制備捕捉功能層漿料，采用絲網(wǎng)印刷將其施加在未高溫?zé)Y(jié)的氧傳感器基底上，覆蓋敏感電極層；
[0023]第二步:與氧傳感器基體，整體共同經(jīng)歷約1400度高溫共燒結(jié)，最終成型狀態(tài)為高強度，包含大量細密微孔的結(jié)構(gòu)；
[0024]第三步:制備過濾功能層漿料，通過浸潰與噴涂等工藝，將其施加在已高溫成型的捕捉功能層外側(cè)；
[0025]第四步，通過600度低溫處理，將外層最終成型狀態(tài)為中等強度，耐熱震性，含有大量粗大孔隙的結(jié)構(gòu)。
[0026]所述捕捉功能層漿料，其組分與前述捕捉功能層材料相同，其絲網(wǎng)印刷厚度為5-10微米。
[0027]所述過濾功能層漿料，其組分與前述過濾功能層材料相同，其浸潰或噴涂厚度為400-500 微米。
[0028]本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點和功效是，復(fù)合保護層能有效避免長期工作條件下發(fā)生毒化、污染、堵塞等破壞，保證敏感電極的長期穩(wěn)定可靠?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0029]圖1為實施例一總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本實施例一高溫控溫工藝變化曲線圖；
[0031]圖3為本實施例一低溫控溫工藝變化曲線圖；
[0032]圖4為本實施例一與傳統(tǒng)技術(shù)輸出信號效果比較圖。
【具體實施方式】
[0033]下面通過具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步的說明:
[0034]實施例一:
[0035]一種氧傳感器多層復(fù)合外保護層，其核心方案為雙層保護層，兩次成型。其特征在于，采用雙層保護結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)層和外層，內(nèi)層為捕捉功能層，外層為過濾功能層。
[0036]捕捉功能層較為致密，孔隙率較低，功能為捕獲污染中的氣態(tài)硫、硅等毒化成分，將其固定為硫酸根離子和硅酸跟離子；
[0037]過濾功能層孔隙率較大，起到分子篩作用，過濾排除碳等固態(tài)雜質(zhì)，同時不影響氣態(tài)成分通過。
[0038]雙層保護結(jié)構(gòu)配合最內(nèi)部的單金屬敏感電極，保證了長期工作條件下敏感電極表面三相界面的始終穩(wěn)定。
[0039]所述的捕捉功能層，其材料組成為鎂鋁尖晶石49%，氧化鋁49%，催化劑2% ；
[0040]所述催化劑是指，鑭鍶錳鈣鈦礦復(fù)合陶瓷(LSM)。
[0041]所述的捕捉功能層，其厚度為10微米。
[0042]所述的過濾功能層，其材料組成為氧化鋁50%，氧化鋯50% ;所述的過濾功能層，其厚度為厚度為250微米。
[0043]一種氧傳感器多層復(fù)合外保護層的制造方法，其成型工藝上過程為:
[0044]第一步:制備捕捉功能層漿料，采用絲網(wǎng)印刷將其施加在未高溫?zé)Y(jié)的氧傳感器基底上，覆蓋敏感電極層；
[0045]第二步:與氧傳感器基體，整體共同經(jīng)歷升溫工藝，如圖2所示，高溫共燒結(jié)，最終成型狀態(tài)為高強度，形成大量細密微孔的結(jié)構(gòu)；
[0046]第三步:制備過濾功能層漿料，通過浸潰與噴涂等工藝，將其施加在已高溫成型的捕捉功能層外側(cè)；
[0047]第四步，通過如圖3所示，低溫處理，將外層最終成型狀態(tài)為中等強度，耐熱震性，含有大量粗大孔隙的結(jié)構(gòu)。
[0048]所述捕捉功能層漿料，其組分與前述捕捉功能層材料相同，其絲網(wǎng)印刷厚度為10微米。
[0049]所述過濾功能層漿料，其組分與前述過濾功能層材料相同，其噴涂厚度為500微米。
[0050]實施例二
[0051]一種氧傳感器多層復(fù)合外保護層，其核心方案為雙層保護層，兩次成型。其特征在于，采用雙層保護結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)層和外層，內(nèi)層為捕捉功能層，外層為過濾功能層。
[0052]雙層保護結(jié)構(gòu)配合最內(nèi)部的復(fù)合多孔敏感電極，保證了長期工作條件下敏感電極表面三相界面的始終穩(wěn)定。
[0053]所述的捕捉功能層，其材料組成為鎂鋁尖晶石70%，氧化鋁29%，催化劑1% ；
[0054]所述催化劑是指，鑭鍶鈷鈣鈦礦陶瓷(LSC)或鑭鍶鈷鐵鈣鈦礦陶瓷(LSCF)。
[0055]所述的捕捉功能層，其厚度為5微米。
[0056]所述的過濾功能層，其材料組成為氧化鎂20%，氧化鋯80% ；
[0057]所述的過濾功能層，其厚度為厚度為200微米。
[0058]一種氧傳感器多層復(fù)合外保護層的制造方法，其成型工藝上過程為:
[0059]第一步:制備捕捉功能層漿料，采用絲網(wǎng)印刷將其施加在未高溫?zé)Y(jié)的氧傳感器基底上，覆蓋敏感電極層；
[0060]第二步:與氧傳感器基體，整體共同經(jīng)歷類似實施例一的工藝，高溫共燒結(jié)，最終成型狀態(tài)為高強度，形成大量細密微孔的結(jié)構(gòu)；
[0061]第三步:制備過濾功能層漿料，通過浸潰與噴涂等工藝，將其施加在已高溫成型的捕捉功能層外側(cè)；
[0062]第四步，通過類似實施例一的工藝，低溫處理，將外層最終成型狀態(tài)為中等強度，耐熱震性，含有大量粗大孔隙的結(jié)構(gòu)。
[0063]所述捕捉功能層漿料，其組分與前述捕捉功能層材料相同，其絲網(wǎng)印刷厚度為5微米。
[0064]所述過濾功能層漿料，其組分與前述過濾功能層材料相同，其噴涂厚度為400微米。
【權(quán)利要求】
1.氧傳感器多層復(fù)合保護層，其特征在于，采用雙層保護結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)層和外層，內(nèi)層為捕捉功能層，外層為過濾功能層； 雙層保護結(jié)構(gòu)配合最內(nèi)部的敏感電極，保證了長期工作條件下，敏感電極表面三相界面的始終穩(wěn)定。
2.如權(quán)利要求1所述的氧傳感器多層復(fù)合保護層，其特征在于，捕捉功能層，其材料組成為鎂鋁尖晶石49-70%，氧化鋁29-50%，催化劑1_2%。
3.如權(quán)利要求2所述的氧傳感器多層復(fù)合保護層，其特征在于，所述催化劑是指，鑭鍶錳鈣鈦礦復(fù)合陶瓷，鑭鍶鈷鈣鈦礦陶瓷或鑭鍶鈷鐵鈣鈦礦陶瓷之一種或幾種的組合。
4.如權(quán)利要求1或2所述的氧傳感器多層復(fù)合保護層，其特征在于，所述的捕捉功能層，其厚度為5-10微米。
5.如權(quán)利要求1所述的氧傳感器多層復(fù)合保護層，其特征在于，所述的過濾功能層，其材料組成為氧化招20-50%,氧化錯50-80% ;前述氧化招亦可為氧化鎂,氧化|丐，氧化鋇之一種或幾種代替。
6.如權(quán)利要求1或5所述的氧傳感器多層復(fù)合保護層，其特征在于，所述的過濾功能層，其厚度為厚度為200-250微米。
7.如權(quán)利要求1或2或3或5所述的氧傳感器多層復(fù)合保護層，其特征在于，所述敏感電極可以為單金屬電極，也可以為復(fù)合多孔電極。
8.氧傳感器多層復(fù)合保護層的制造方法，其特征在于，成型工藝上過程為: 第一步:制備捕捉功能層漿料，采用絲網(wǎng)印刷將其施加在未高溫?zé)Y(jié)的氧傳感器基底上，覆蓋敏感電極層； 第二步:與氧傳感器基體，整體共同經(jīng)歷約1400度高溫共燒結(jié)，最終成型狀態(tài)為高強度，形成大量細密微孔的結(jié)構(gòu)； 第三步:制備過濾功能層漿料，通過浸潰與噴涂等工藝，將其施加在已高溫成型的捕捉功能層外側(cè)； 第四步，通過600度低溫處理，將外層最終成型狀態(tài)為中等強度，耐熱震性，含有大量粗大孔隙的結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的氧傳感器多層復(fù)合保護層，其特征在于，所述捕捉功能層漿料，其組分與前述捕捉功能層材料相同，其絲網(wǎng)印刷厚度為5-10微米。
10.如權(quán)利要求8所述的氧傳感器多層復(fù)合保護層，其特征在于，所述過濾功能層漿料，其組分與前述過濾功能層材料相同，其浸潰或噴涂厚度為400-500微米。
【文檔編號】G01N27/30GK103529102SQ201310509176
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】鄭龍華 申請人:鄭龍華