平板式氧化鋯汽車氧傳感器技術基礎研究.pdf

1、目前，平板式ZrO2汽車氧傳感器由于尺寸小，響應快，能耗低，易集成，在惡劣環(huán)境下工作穩(wěn)定等優(yōu)點成為汽車尾氣控制的主流氧傳感器，本文圍繞氧傳感器的制備工藝流程所涉及的粉體制備、成型燒結、器件制備與測試、材料表征等技術，進行了相關技術基礎研究。主要內容如下：
　　 ⑴采用適合于工業(yè)生產的化學共沉淀方法制備了摻雜8mol[％]Y2O3全穩(wěn)定氧化鋯超細粉(8YSZ)，應用激光粒度分析儀、熱重-差熱分析(TG-DTG)、X射線衍射分析(X

2、RD)、掃描電鏡(SEM)等手段對粉體進行了表征，研究了粉體制備過程中團聚形成的機理，討論了溶液濃度、pH值、沉淀方式、沉淀溫度、洗滌方式、表面改性和煅燒溫度等工藝參數對粉體粒度分布的影響，并總結出各工藝參數的合理值。
　　 ⑵基于球形氣孔模型建立了燒結中期和后期的顯微結構模型，推導出了固相燒結中期和后期的致密化方程。選擇粉體粒度與團聚程度不同的8YSZ粉體，對其進行干壓成型、無壓燒結實驗。結合致密化方程，改變燒結工藝參數，測試

3、燒結瓷體微觀形貌、密度及收縮率等性能指標，闡述了燒結溫度、粉體粒度、素坯密度和團聚等因素對瓷體致密度的影響。利用晶粒生長動力學，結合實驗結果研究了陶瓷單相系統(tǒng)晶粒正常生長的規(guī)律，以及燒結溫度、摻雜第二相Al2O3和素坯中氣孔尺寸分布對8YSZ瓷體晶粒尺寸的影響，得到了獲得致密8YSZ瓷體的合理燒結工藝。
　　 ⑶以La2O3，MnO2和SrCO3為原料，通過固相反應制備了混合導體材料La1-xSrxMnO3(LSM)。通過分析得

4、到LSM反應合成機理為：反應過程先是La2O3+SrCO3→La2SrOx+CO2，然后為La2O3+MnO2→LaMnO3，最后發(fā)生La2SrOx和LaMnO3向La1-xSrxMnO3轉化，獲得要求的產物。采用鉑漿粘結法，制備了致密擴散障極限電流氧傳感器，解決了小孔和多孔型極限電流型氧傳感器長期使用時容易造成小孔堵塞，變形等問題。研制了測試系統(tǒng)，測試結果顯示：這種傳感器在0～21％的全氧濃度范圍內都能得到很好的極限電流平臺，而且電流

5、與氧濃度有很好的線性關系，所制得的傳感器內阻低，輸出電流大，氧測量范圍寬。
　　 ⑷研究了利用氧化鈰的儲氧特性來制備氧濃差型氧傳感器，克服了傳統(tǒng)濃差型氧傳感器制作工藝復雜、成本高、不便于微型化的缺點。并利用添加鋯和釔形成鈰鋯復合固溶體氧化物(CZO)和鈰鋯釔復合固溶體氧化物(CZYO)來改善其氧儲能力(OSC)，采用共沉淀法制備了CZO和CZYO體系儲氧材料，研究了老化溫度對其相結構、比表面積及氧儲能力的影響。利用事先配制好的不