一种应用于氮氧传感器的陶瓷基复合密封材料及其制备方法和应用

本申请实施例涉及氮氧传感器，特别是涉及一种应用于氮氧传感器的陶瓷基复合密封材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着我国经济持续稳定、快速的发展，人民生活水准不断改善，我国汽车销售量每年稳定增加，汽车保有量不断攀升。汽车尾气中含有hc(碳氢化合物)、co(一氧化碳)、sox(硫化物)、nox(氮氧化合物)及颗粒物等污染物，这些是造成温室效应、酸雨和光化学污染的主要因素，严重危害人体健康与动植物生命。最新出台的国ⅵ标准中，对nox的排放标准进行了严格的要求，对氮氧(nox)传感器的性能提出了更高的要求。

2、nox传感器在不断地迭代过程中，对其热响应速度有了更高的标准，需在8秒内使传感器从室温升至工作温度，为确保nox传感器能在汽车行驶过程中由低温到高温的宽温域环境中正常工作，进而保证氧化锆芯片采集信号的准确性，密封材料作为其关键材料之一，必须提高足够的气密性与抗热循环性，以保证其在工作时的性能。

3、目前智能氮氧传感器中常用的密封材料是滑石粉，主要成分为含水的硅酸镁，晶体呈假六方或菱形的片状，是一种典型的压缩式密封材料。使用过程中需要对相互叠层的片状滑石施加很高的压应力才能够维持良好的气密性，但是过高的压力则会致使氧化锆芯片在组装过程中破损率增大。因此，寻找新型高温密封材料替代传统的滑石粉以保证优良的气密性与稳定性是目前氮氧传感器急需解决的问题之一。

4、综上所述，亟需提供一种应用于nox传感器高温密封材料，提升nox传感器芯片的密封性以及抗热循环性，保证传感器的工作状态与服役寿命。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供一种应用于氮氧传感器的陶瓷基复合密封材料及其制备方法和应用，解决了氮氧传感器密封件与相邻组件即陶瓷芯片与铁素体不锈钢间密封性能、浸润性能与抗热循环性能差的问题，且能够有效克服上述现有技术所存在的缺陷。

2、本申请实施例第一方面提供一种应用于氮氧传感器的陶瓷基复合密封材料，按照质量百分比计，包括50-100％陶瓷粉体和0-50％玻璃粉体；

3、所述玻璃粉体包括按质量份数计的如下组分：bao 50-55份、sio220-25份、b2o310-15份、al2o35-10份。

4、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述陶瓷粉体为h-bn粉体，其颗粒直径为5-15μm。优选地，其颗粒直径为5-10μm。

5、h-bn陶瓷粉体在高温下为六元环或五元环组成的层状结构，在高温下具有良好的热稳定性，能够有效堵塞玻璃流变特性软化时因流动产生的漏气通道；无机玻璃密封材料具有优良的气密性、抗热循环性及浸润性等，在高温工作环境下能够增强与相邻界面的浸润性。h-bn陶瓷粉体与玻璃粉体两者混合，重合堆叠构成稳定结构。

6、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述玻璃粉体的颗粒直径为0.1-1μm，其转变温度为800℃，软化温度为870℃，热膨胀系数为11×10-6/k。

7、本申请实施例第二方面还提供一种上述的应用于氮氧传感器的陶瓷基复合密封材料的制备方法，包括以下步骤：

8、s1、将bao、sio2、b2o3和al2o3混合，进行第一次球磨，烘干后过筛，升温至1400～1500℃并澄清120-150min，高温熔融后得到液态玻璃，水淬成型后得到玻璃碎渣；

9、s2、将玻璃碎渣进行第二次球磨，烘干后过筛，得到玻璃粉体；

10、s3、将陶瓷粉体和玻璃粉体混合，进行第三次球磨，得到陶瓷基复合密封材料。

11、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤s1中，所述第一次球磨珠尺寸分别为ф10、ф5、ф3；球料比例为3：1；球磨溶剂为无水乙醇；球磨转速为500r/min；球磨时间为24h。

12、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤s1中，所述烘干后过筛具体条件为：球磨后置于烘箱，90℃干燥24h，再以100目过筛。

13、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤s2中，所述第二次球磨时间为24h；或

14、步骤s2中，所述烘干后以300目过筛。

15、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤s3中，所述第三次球磨时间为12h。

16、本申请实施例第三方面还提供一种使用上述的应用于氮氧传感器的陶瓷基复合密封材料的密封方法，包括以下步骤：

17、(1)装配：将氮氧传感器氧化锆芯片置于fe-cr16壳体中间并通过模具定位，将陶瓷基复合密封材料粉体进行研磨处理，少量多次填入到氮氧传感器氧化锆芯片与fe-16cr壳体之间的间隙中；

18、(2)施压：通过粉末压片机对陶瓷基复合密封材料施加装配压力，使其在氮氧传感器氧化锆芯片与fe-16cr壳体之间紧密贴合，并施加压力；

19、(3)升温：对填充陶瓷基复合密封材料完毕的氮氧传感器进行升温热处理。

20、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(1)中，研磨时间为30min；或

21、步骤(2)中，施加压力为75-100kpa；或

22、步骤(3)中，升温速率2-5℃/min，热处理温度为850-900℃。

23、为保证密封材料的堆积密度，通过粉末压片机对密封材料施加装配压力，使其在nox传感器氧化锆芯片与fe-16cr壳体之间紧密贴合，为保护氧化锆芯片，施加压力范围应保证在75-100kpa。

24、本申请实施例与现有技术相比，具有如下有益效果：

25、本申请实施例中的制备方法简便，制得的陶瓷基复合密封材料性能优良，由于h-bn陶瓷粉体在高温下具有良好的热稳定性，且能够有效堵塞玻璃流变特性软化时因流动产生的漏气通道；无机玻璃密封材料具有优良的气密性、抗热循环性及浸润性等，h-bn陶瓷粉体与玻璃粉体两者混合，重合堆叠构成稳定结构，在重复室温快速升至高温的复杂工作环境下能够与相邻界面紧密连接。

技术特征：

1.一种应用于氮氧传感器的陶瓷基复合密封材料，其特征在于，按照质量百分比计，包括50-100％陶瓷粉体和0-50％玻璃粉体；

2.根据权利要求1所述的应用于氮氧传感器的陶瓷基复合密封材料，其特征在于，所述陶瓷粉体为h-bn粉体，其颗粒直径为5-15μm。

3.根据权利要求1所述的应用于氮氧传感器的陶瓷基复合密封材料，其特征在于，所述玻璃粉体的颗粒直径为0.1-1μm，其转变温度为800℃，软化温度为870℃，热膨胀系数为11×10-6/k。

4.一种权利要求1-3任一项所述的应用于氮氧传感器的陶瓷基复合密封材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述第一次球磨珠尺寸分别为ф10、ф5、ф3；球料比例为3：1；球磨溶剂为无水乙醇；球磨转速为500r/min；球磨时间为24h。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述烘干后过筛具体条件为：球磨后置于烘箱，90℃干燥24h，再以100目过筛。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述第二次球磨时间为24h；或

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述第三次球磨时间为12h。

9.一种使用权利要求1-3任一项所述的应用于氮氧传感器的陶瓷基复合密封材料的密封方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的密封方法，其特征在于，步骤(1)中，研磨时间为30min；或

技术总结本申请实施例涉及一种应用于氮氧传感器的陶瓷基复合密封材料及其制备方法和应用，属于氮氧传感器技术领域。本申请实施例旨在解决氮氧传感器密封件与相邻组件即陶瓷芯片与铁素体不锈钢间密封性能、浸润性能与抗热循环性能差的技术问题。本申请实施例的应用于氮氧传感器的陶瓷基复合密封材料，按照质量百分比计，包括50‑100％陶瓷粉体和0‑50％玻璃粉体；玻璃粉体包括按质量份数计的如下组分：BaO 50‑55份、SiO<subgt;2</subgt;20‑25份、B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;10‑15份、Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;5‑10份。本申请实施例所提供的陶瓷基复合密封材料性能优良，由于h‑BN陶瓷粉体在高温下具有良好的热稳定性，且能够有效堵塞玻璃流变特性软化时因流动产生的漏气通道。技术研发人员：王晓春,侯彬,李丽,汪伟,蒲健,冯江涛,池波受保护的技术使用者：江苏理工学院技术研发日：技术公布日：2024/6/13