氧传感器及其制备方法和设有该氧传感器的电气设备与流程

本发明涉及传感器，特别是涉及一种氧传感器及其制备方法和设有该氧传感器的电气设备。

背景技术：

1、氧传感器在很多电气设备上具有广泛用途。例如在汽车上的作用是通过监测汽车尾气中的氧气浓度，将监测信号输入给发动机ecu（电子控制器单元），发动机ecu根据氧传感器反馈的监测信号调节发动机的空燃比，使空燃比保持在最佳状态，从而达到节能减排的目的。

2、氧传感器的核心元件是陶瓷芯片，陶瓷芯片用于检测气体浓度并输出信号，陶瓷芯片的材料是钇稳定氧化锆ysz（一般含5%mol氧化钇）。由于空气中含有水分，汽车尾气管中会有少量的水蒸气存在，这些水蒸气会凝结成露水。当陶瓷芯片开始工作时，陶瓷芯片表面的温度会瞬间升高到800℃左右，水蒸气凝结成的露水接触到陶瓷芯片表面会导致陶瓷芯片局部温度降低，产生的热应力会导致陶瓷芯片开裂。为了防止陶瓷芯片出现开裂，实现氧传感器快速启动，需要在陶瓷芯片表面增加tsp涂层(thermal shock protectionlayer，热冲击保护层)，tsp涂层的主要材料是氧化铝，可以阻止水接触到陶瓷芯片，防止陶瓷芯片开裂。此外，汽车尾气中含有硫、硅、铅等污染物，tsp涂层还可以阻止污染物接触陶瓷芯片，延长陶瓷芯片的使用寿命。

3、然而在陶瓷芯片表面使用等离子喷涂法制备tsp涂层的技术方案，在实际生产过程中发现，tsp涂层与陶瓷芯片的结合力不强，在振动试验中出现脱落，导致产品良率大大降低。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种能够提升膜层结合力的氧传感器及其制备方法和设有该氧传感器的电气设备。

2、本申请提供了一种氧传感器，包括：

3、陶瓷芯片；

4、过渡层，设于所述陶瓷芯片的表面，所述过渡层的制备原料按质量份数计，包括50~80份ysz粉体、5~20份氧化铝粉体、0.3~3份其他氧化物、0.2~1.5份造孔剂、20~80份溶剂、0.1~1份分散剂以及0.5~4份粘结剂，所述其他氧化物包括氧化铈、氧化铜、二氧化锰和氧化镁中的至少一种，所述造孔剂包括腐殖酸、炭黑、稻壳炭、椰壳炭和石墨中的至少一种；及

5、热冲击保护层，设于所述过渡层的远离所述陶瓷芯片的表面。

6、本申请上述氧传感器在陶瓷芯片和热冲击保护层之间设置上述过渡层，可以在制备热冲击保护层的过程中起到保护陶瓷芯片的作用，避免陶瓷芯片外侧的电极没有保护在制备热冲击保护层的过程中导致电极断路失去信号的问题，而且通过对过渡层的制备原料的组成和比例进行优化，使其与陶瓷芯片和热冲击保护层之间具有更好的膜层结合力，由此提升了其耐振动和耐机械冲击性能，提升了产品质量和良率。此外热冲击保护层可以阻止水接触到陶瓷芯片，防止陶瓷芯片开裂，还可以阻止污染物接触陶瓷芯片，延长陶瓷芯片的使用寿命。

7、在其中一些实施例中，所述过渡层的制备原料按质量份数计，包括60~74份ysz粉体、8~16份氧化铝粉体、2~3份其他氧化物、0.3~1.2份造孔剂、30~50份溶剂、0.3~0.8份分散剂以及0.8~3.2份粘结剂。

8、在其中一些实施例中，所述ysz粉体与所述造孔剂的质量比为（75~200）：1。

9、在其中一些实施例中，所述ysz粉体中含有3%mol~8%mol氧化钇。

10、在其中一些实施例中，在所述过渡层的制备原料中，所述其他氧化物包括氧化铜、二氧化锰和氧化镁中的至少一种以及氧化铈。

11、在其中一些实施例中，所述其他氧化物中，所述氧化铜、二氧化锰和氧化镁中的至少一种的总量与所述氧化铈的质量比为1:(6~10)。

12、在其中一些实施例中，满足如下条件中的至少一个：

13、（1）在所述过渡层的制备原料中，所述溶剂包括水、乙醇、正丁醇和异丙醇中的至少一种；

14、（2）在所述过渡层的制备原料中，所述分散剂包括聚乙烯、聚丙烯和聚乙二醇中的至少一种；

15、（3）在所述过渡层的制备原料中，所述粘结剂包括羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇和聚丙烯酸中的至少一种；

16、（4）所述过渡层的孔隙率为5%~10%；

17、（5）所述过渡层的厚度为60μm~120μm；

18、（6）所述热冲击保护层为氧化铝层；

19、（7）所述热冲击保护层的厚度为240μm~280μm；

20、（8）所述热冲击保护层的孔隙率为17%~22%。

21、本申请还提供了上述氧传感器的制备方法，包括如下步骤：

22、制备过渡层浆料，所述过渡层浆料的组分包括所述制备原料；

23、在陶瓷芯片的表面施加所述过渡层浆料，烧结形成所述过渡层；

24、在所述过渡层的远离所述陶瓷芯片的表面形成所述热冲击保护层。

25、在其中一些实施例中，满足如下条件中的至少一个：

26、（1）所述烧结的温度为1200℃~1500℃，时间为72~85小时；

27、（2）采用等离子喷涂法形成所述热冲击保护层。

28、本申请还提供了一种电气设备，设有上述任一的氧传感器。

技术特征：

1.一种氧传感器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的氧传感器，其特征在于，所述过渡层的制备原料按质量份数计，包括60~74份ysz粉体、8~16份氧化铝粉体、2~3份其他氧化物、0.3~1.2份造孔剂、30~50份溶剂、0.3~0.8份分散剂以及0.8~3.2份粘结剂。

3.如权利要求1所述的氧传感器，其特征在于，所述ysz粉体与所述造孔剂的质量比为（75~200）：1。

4.如权利要求1所述的氧传感器，其特征在于，所述ysz粉体中含有3%mol~8%mol氧化钇。

5.如权利要求1至4任一项所述的氧传感器，其特征在于，在所述过渡层的制备原料中，所述其他氧化物包括氧化铜、二氧化锰和氧化镁中的至少一种以及氧化铈。

6.如权利要求5所述的氧传感器，其特征在于，所述其他氧化物中，所述氧化铜、二氧化锰和氧化镁中的至少一种的总量与所述氧化铈的质量比为1:(6~10)。

7.如权利要求1至4、6任一项所述的氧传感器，其特征在于，满足如下条件中的至少一个：

8.如权利要求1至7任一项所述的氧传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的氧传感器的制备方法，其特征在于，满足如下条件中的至少一个：

10.一种电气设备，其特征在于，设有如权利要求1至7任一项所述的氧传感器。

技术总结本申请提供了一种氧传感器及其制备方法和设有该氧传感器的电气设备。该氧传感器包括：陶瓷芯片；过渡层，设于所述陶瓷芯片的表面，所述过渡层的制备原料按质量份数计，包括50~80份YSZ粉体、5~20份氧化铝粉体、0.3~3份其他氧化物、0.2~1.5份造孔剂、20~80份溶剂、0.1~1份分散剂以及0.5~4份粘结剂，所述其他氧化物包括氧化铈、氧化铜、二氧化锰和氧化镁中的至少一种，所述造孔剂包括腐殖酸、炭黑、稻壳炭、椰壳炭和石墨中的至少一种；及热冲击保护层，设于所述过渡层的远离所述陶瓷芯片的表面。本申请上述氧传感器在陶瓷芯片和热冲击保护层之间设置上述过渡层提升了其耐振动和耐机械冲击性能，提升了产品质量和良率。技术研发人员：高宏宇,孙韵婷,孙东睿,王金兴,欣白宇,丛鑫,商安琪,李爽,任松,付泉鑫受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9