氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)及制備方法，在鋯元件的密封面區(qū)域設(shè)有陶瓷材料保護(hù)層，陶瓷材料保護(hù)層上設(shè)有絕緣材料保護(hù)層，絕緣材料保護(hù)層和陶瓷材料保護(hù)層包覆密封面區(qū)域的外電極引線，形成外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)。第一保護(hù)層(陶瓷材料保護(hù)層)的材料特性與基體材料完全一致，且通過(guò)一次燒結(jié)工藝，因此第一保護(hù)層與基體之間極難剝離，很好保護(hù)外電極引線；第二保護(hù)層(絕緣材料保護(hù)層)在高溫條件下絕緣，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間耐久后，即使與第一保護(hù)層相剝落，也不會(huì)影響到外電極引線，同時(shí)由于該材料層被緊密壓合，也不會(huì)影響到絕緣性能；較好解決了管形鋯元件外電極引線密封區(qū)域的保護(hù)和絕緣問(wèn)題，顯著改善產(chǎn)品的耐久性和可靠性。
【專利說(shuō)明】
氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)用氧傳感器，具體涉及氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)及 其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 氧傳感器用于發(fā)動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制，從而確保車輛在壽命期內(nèi)HC、C0以及NOx的排放滿 足法規(guī)要求。這對(duì)降低車輛的污染物排放，減少對(duì)環(huán)境的污染，都起到了至關(guān)重要的作用。 氧化鋯氧傳感器利用了氧化鋯的固體電解質(zhì)特性，即氧化鋯在高溫下對(duì)氧離子具有導(dǎo)電 性。這樣當(dāng)氧化鋯兩側(cè)的氧氣濃度，即氧分壓不同時(shí)，就會(huì)發(fā)生氧離子從一側(cè)迀移到另一側(cè) 的效應(yīng)，從而產(chǎn)生出一個(gè)電壓信號(hào)。具體來(lái)說(shuō)，氧化鋯的這種氧離子導(dǎo)電特性可用能斯特方 程來(lái)表示。
[0004] 其中，R為理想氣體常數(shù);F為法拉利常數(shù);T為絕對(duì)溫度
[0005] 管形氧傳感器是最常見(jiàn)的設(shè)計(jì)之一，如圖1所示，在管形鋯元件(01)的內(nèi)側(cè)涂敷鉑 金漿料，形成內(nèi)電極(21)，內(nèi)電極提供正信號(hào)，在管形鋯元件的外側(cè)涂敷鉑金漿料，形成外 電極（11)，外電極（11)通過(guò)外電極引線（12)連接到外接觸盤（13)上，內(nèi)電極(21)通過(guò)內(nèi)電 極引線(22)連接到內(nèi)接觸盤(23)上，然后通過(guò)接觸盤與導(dǎo)線連通將信號(hào)輸出。傳感器工作 時(shí)，外電極(11)與廢氣接觸，內(nèi)電極(21)與標(biāo)準(zhǔn)參考?xì)怏w接觸，標(biāo)準(zhǔn)參考?xì)怏w所提供的氧分 壓必須保持不變，這樣傳感器信號(hào)電壓的變化就反應(yīng)了廢氣中氧濃度的變化。在傳感器的 封裝上，必須保證廢氣與參考?xì)怏w完全隔絕，否則會(huì)導(dǎo)致參考?xì)怏w被污染而導(dǎo)致信號(hào)輸出 異常。
[0006] 氧傳感器連接密封結(jié)構(gòu)如圖2所示，在鋯元件(A1)與六角座(A2)之間設(shè)置金屬密 封圈(A3)，同時(shí)通過(guò)鉚壓護(hù)套(A5)，將碟形彈簧(A6)所提供的軸向壓力施加在三者之間，形 成可靠的密封，從而可以隔絕廢氣進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)參考腔的通道。外電極設(shè)于管形鋯元件的外壁， 需要跨過(guò)鋯元件的密封區(qū)域，連接到鋯元件的接觸盤區(qū)域，與信號(hào)引線(A4)導(dǎo)通，將信號(hào)傳 遞出去。這會(huì)帶來(lái)兩方面的問(wèn)題：一是由于密封面上的壓強(qiáng)很大，會(huì)壓斷外電極，造成產(chǎn)品 失效;另外一個(gè)問(wèn)題是外電極會(huì)與傳感器外殼導(dǎo)通，進(jìn)一步與車身導(dǎo)通，造成車身地干擾信 號(hào)對(duì)傳感器信號(hào)的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種氧傳感器鋯元件外電極引線 保護(hù)結(jié)構(gòu)及其制備方法。
[0008] 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0009]氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是:在鋯元件的密封面區(qū)域設(shè)有陶瓷 材料保護(hù)層，所述陶瓷材料保護(hù)層上設(shè)有絕緣材料保護(hù)層，所述絕緣材料保護(hù)層和陶瓷材 料保護(hù)層包覆密封面區(qū)域的外電極引線，形成外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0010] 進(jìn)一步地，上述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述陶瓷材料保護(hù) 層為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料層。
[0011] 更進(jìn)一步地，上述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述氧化釔穩(wěn)定 氧化鋯陶瓷材料層是3 %~12 %摩爾氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料層。
[0012] 更進(jìn)一步地，上述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述陶瓷材料保 護(hù)層的材質(zhì)與鋯元件基體的材質(zhì)相同。
[0013] 更進(jìn)一步地，上述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述絕緣材料保 護(hù)層為玻璃釉材料層。
[0014] 本發(fā)明氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)的制備方法，首先，在鋯元件的密封 面區(qū)域均勻涂敷一層陶瓷材料漿料，形成陶瓷材料保護(hù)層，陶瓷材料保護(hù)層與鋯元件的基 體于1400~1500°C高溫?zé)Y(jié);然后，在陶瓷材料保護(hù)層上均勻涂敷一層絕緣材料漿料，形成 絕緣材料保護(hù)層，絕緣材料保護(hù)層與陶瓷材料保護(hù)層于800~1000°C二次燒結(jié)。
[0015] 再進(jìn)一步地，上述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述 陶瓷材料漿料的制備工藝為：在球磨管中依次按質(zhì)量百分比添加60~80wt%的氧化鋯陶 瓷、15~25wt%的松油醇、1~3wt%的改性魚(yú)油、3~7wt%的乙基纖維素、1~5wt%的鄰苯 二甲酸二乙酯，球磨數(shù)小時(shí)后制備得到。
[0016] 再進(jìn)一步地，上述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，依次 按質(zhì)量百分比添加7〇wt %的氧化錯(cuò)陶瓷、20wt %的松油醇、2wt %的改性魚(yú)油、5wt %的乙基 纖維素、3wt %的鄰苯二甲酸二乙酯。
[0017] 再進(jìn)一步地，上述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述 球磨時(shí)間為18小時(shí)以上。
[0018] 再進(jìn)一步地，上述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述 絕緣材料漿料為玻璃釉漿料。
[0019] 本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在：
[0020] ①本發(fā)明由于第一保護(hù)層(陶瓷材料保護(hù)層)的材料特性與基體材料完全一致，而 且通過(guò)一次燒結(jié)工藝制備，因此第一保護(hù)層與基體之間極難剝離，這樣可以很好的保護(hù)外 電極引線；
[0021] ②第二保護(hù)層(絕緣材料保護(hù)層)的主要作用是在高溫條件下絕緣，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間耐 久后，即使與第一保護(hù)層相剝落，也不會(huì)影響到外電極引線，同時(shí)由于該材料層被緊密壓 合，也不會(huì)影響到絕緣性能；
[0022]③本發(fā)明較好解決了管形鋯元件外電極引線密封區(qū)域的保護(hù)和絕緣問(wèn)題，顯著改 善產(chǎn)品的耐久性和可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1:【背景技術(shù)】氧傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2:【背景技術(shù)】氧傳感器連接密封結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0025]圖3:本發(fā)明氧傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4:保護(hù)結(jié)構(gòu)的局部示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 如圖3、圖4所示，氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)，在鋯元件01的內(nèi)側(cè)涂敷鉑 金漿料，形成內(nèi)電極21，內(nèi)電極提供正信號(hào)，在鋯元件01的外側(cè)涂敷鉑金漿料，形成外電極 11，內(nèi)電極21通過(guò)內(nèi)電極引線22連接到內(nèi)接觸盤23上，外電極11通過(guò)外電極引線12連接到 外接觸盤13上;在鋯元件的密封面區(qū)域F設(shè)有陶瓷材料保護(hù)層31，陶瓷材料保護(hù)層31上設(shè)有 絕緣材料保護(hù)層32,絕緣材料保護(hù)層32和陶瓷材料保護(hù)層31包覆密封面區(qū)域的外電極引線 12，形成外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0028] 其中，陶瓷材料保護(hù)層31的材質(zhì)與鋯元件基體的材質(zhì)相同，可采用氧化釔穩(wěn)定氧 化鋯陶瓷材料層，具體為3 %~12 %摩爾氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料。
[0029] 絕緣材料保護(hù)層32為玻璃釉材料層。
[0030] 實(shí)施例1
[0031] 氧化鋯陶瓷粉經(jīng)過(guò)等靜壓成型后，得到形狀較大的陶瓷坯體，通過(guò)車削或磨削加 工到需要的產(chǎn)品外形尺寸，然后在管形鋯元件的內(nèi)、外側(cè)分別涂敷鉑金漿料，干燥后，分別 涂敷內(nèi)外電極接觸盤，進(jìn)一步干燥，然后涂敷內(nèi)外電極引線，進(jìn)一步干燥，得到尚未燒結(jié)的 管形鋯元件。
[0032] 在鋯元件外電極引線制備完成后，在密封面區(qū)域F涂敷一層陶瓷材料漿料(氧化鋯 漿料），然后進(jìn)行干燥。該漿料的制備工藝是:在球磨管中依次按質(zhì)量百分比添加70wt%的 氧化鋯陶瓷、20wt %的松油醇、2wt %的改性魚(yú)油、5wt %的乙基纖維素、3wt %的鄰苯二甲酸 二乙酯，球磨18小時(shí)后制備得到。
[0033] 干燥后該氧化鋯漿料與鋯元件的基體經(jīng)過(guò)1400~1500°C高溫一次燒結(jié)成型，得到 燒結(jié)完成的鋯元件01的基體和陶瓷材料保護(hù)層31。
[0034]鋯元件01的基體與陶瓷材料保護(hù)層31經(jīng)過(guò)1400~1500°C高溫?zé)Y(jié)，已經(jīng)變成致密 的陶瓷體，然后在陶瓷材料保護(hù)層31上均勻涂敷玻璃釉漿料，干燥后，于800~1000°C二次 燒結(jié)制備完成。
[0035] 由于第一保護(hù)層(陶瓷材料保護(hù)層31)的材料特性與基體材料完全一致，而且通過(guò) 一次燒結(jié)工藝制備，因此第一保護(hù)層與基體之間極難剝離，這樣可以很好的保護(hù)外電極引 線12。第二保護(hù)層(絕緣材料保護(hù)層32)的主要作用是在高溫條件下絕緣，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間耐久 后，即使與第一保護(hù)層相剝落，也不會(huì)影響到外電極引線12,同時(shí)由于該材料層被緊密壓 合，也不會(huì)影響到絕緣性能。
[0036] 本發(fā)明解決了管形鋯元件外電極引線密封區(qū)域的保護(hù)和絕緣問(wèn)題，顯著改善產(chǎn)品 的耐久性和可靠性。
[0037]需要說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的權(quán) 利范圍；同時(shí)以上的描述，對(duì)于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專門人士應(yīng)可明了及實(shí)施，因此其它未脫離 本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在申請(qǐng)專利范圍中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:在鋯元件的密封面區(qū)域設(shè)有陶 瓷材料保護(hù)層，所述陶瓷材料保護(hù)層上設(shè)有絕緣材料保護(hù)層，所述絕緣材料保護(hù)層和陶瓷 材料保護(hù)層包覆密封面區(qū)域的外電極引線，形成外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述陶瓷 材料保護(hù)層為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料層。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述氧化 釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料層是3 %~12 %摩爾氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料層。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述陶瓷 材料保護(hù)層的材質(zhì)與鋯元件基體的材質(zhì)相同。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述絕緣 材料保護(hù)層為復(fù)合氧化鋁陶瓷材料層或者玻璃釉材料層。6. 權(quán)利要求1所述氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：首 先，在鋯元件的密封面區(qū)域均勻涂敷一層陶瓷材料漿料，形成陶瓷材料保護(hù)層，陶瓷材料保 護(hù)層與鋯元件的基體于1400~1500°C高溫?zé)Y(jié);然后，在陶瓷材料保護(hù)層上均勻涂敷一層 絕緣材料漿料，形成絕緣材料保護(hù)層，絕緣材料保護(hù)層與陶瓷材料保護(hù)層于800~1000°C二 次燒結(jié)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在 于:所述陶瓷材料衆(zhòng)料的制備工藝為：在球磨罐中依次按質(zhì)量百分比添加60~80wt %的氧 化錯(cuò)陶瓷、15~25wt%的松油醇、1~3wt%的改性魚(yú)油、3~7wt%的乙基纖維素、1~5wt% 的鄰苯二甲酸二乙酯，球磨數(shù)小時(shí)后制備得到。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在 于：依次按質(zhì)量百分比添加7 0 w t %的氧化鋯陶瓷、2 0 w t %的松油醇、2 w t %的改性魚(yú)油、 5wt %的乙基纖維素、3wt %的鄰苯二甲酸二乙酯。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在 于:所述球磨時(shí)間為18小時(shí)以上。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氧傳感器鋯元件外電極引線保護(hù)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在 于:所述絕緣材料漿料為玻璃釉漿料。
【文檔編號(hào)】G01N27/407GK106093165SQ201610675960
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月17日 公開(kāi)號(hào)201610675960.7, CN 106093165 A, CN 106093165A, CN 201610675960, CN-A-106093165, CN106093165 A, CN106093165A, CN201610675960, CN201610675960.7
【發(fā)明人】楊玉海, 陳珍強(qiáng), 郭杰烽
【申請(qǐng)人】蘇州工業(yè)園區(qū)傳世汽車電子有限公司