一種流延漿料及使用該流延漿料制備NOx傳感器用的氧化鋯基片的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種流延漿料，其特征在于，包括以下成分：陶瓷粉體、溶劑、粘結(jié)劑、分散劑、增塑劑，其中所述的陶瓷粉體、所述的溶劑、所述的粘結(jié)劑、所述的分散劑、所述的增塑劑的質(zhì)量比為100:60～75:8～20:1～8:5～10。本發(fā)明流延漿料應(yīng)用于制備NOx傳感器用的氧化鋯基片、可以形成表面狀況較好的厚度為0.15～0.5mm的適用于六層結(jié)構(gòu)的NOx傳感器的流延片、滿足傳感器的使用要求。本發(fā)明還提供了一種使用該流延漿料制備NOx傳感器用的氧化鋯基片的方法，其制作工藝簡單，為制備汽車用的NOx傳感器提供了關(guān)鍵靈敏部件及支撐體，而且還可根據(jù)本發(fā)明制備出不同厚度的流延片，應(yīng)用于其他需要陶瓷疊層結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域。
【專利說明】一種流延漿料及使用該流延漿料制備NOx傳感器用的氧化鋯基片的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車NOx傳感器開發(fā)領(lǐng)域，特別涉及針對于NOx傳感器的材料，尤其涉及一種流延漿料及使用該流延漿料制備NOx傳感器用的氧化鋯基片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當今汽車行業(yè)迅速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴重，人們的環(huán)保意識及對生存環(huán)境的質(zhì)量要求日益提高，故對于汽車尾氣排放的標準也隨之愈加嚴格。隨著我國國四排放標準的推進，針對汽車尾氣中顆粒物(PM2.5)及NOx氣體的排放的標準越來越嚴，一般的汽車氧傳感器已經(jīng)不能滿足排放標準，故需要專門的NOx傳感器對汽車尾氣中的NOx氣體進行精確檢測，進而將信號傳遞給汽車ECU，然后指導SCR系統(tǒng)對汽車尾氣進行處理，進而降低NOx氣體的排放。在制備NOx傳感器時，綜合性能良好的關(guān)鍵靈敏部件一氧化鋯基片是整個傳感器的基礎(chǔ)，開發(fā)研究性能良好的氧化鋯基片是非常重要的。
[0003]目前應(yīng)用最多的NOx傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，是由六層氧化鋯基片I~6疊加組成，它包括有兩個氣體室，一個參比氣體通道，一個加熱體，三個阻擋緩沖層，3個氧泵電池，3個能斯特電池。
[0004]第一氣體室里有一個氧泵電池和一個能斯特電池，尾氣通過第一、二阻擋緩沖層進入第一氣體室，在第一氣體室由能斯特電池反饋控制第一氧泵電池工作，使得第一氣體室的氧氣濃度低于50ppm，發(fā)生以下反應(yīng): [0005]
2 NO2 => 2NO + O
[0006]具有很低氧氣濃度的尾氣再經(jīng)過第三阻擋緩沖層進入第二氣體室，在第二氣體室內(nèi)，有2個氧泵電池和2個能斯特電池，其中一個氧泵電池是輔助泵氧電池，進一步使第二室的氧氣濃度降低，至6*10-3ppm左右，第二個氧泵電池就是NOx傳感器的測試電池，由于第二室的氧氣不斷被泵走，使得NO和02的平衡被打破，發(fā)生以下反應(yīng):
[0007]
2NO ^ N2+O2
[0008]在第二氣體室的測量電極附近，分解的氧氣不斷被泵出，這樣就會產(chǎn)生一個泵氧電流，即Ip2，這個電流也就相對應(yīng)于NOx氣體的濃度。
[0009]而且為了獲得精確度高的測試結(jié)果，對氧化鋯基片的各項性能的要求更高，要求的電導率也更高，故開發(fā)研制出一種適用于NOx傳感器要求的氧化鋯基片是非常重要的。
[0010]目前，制備氧化鋯基片的方法一般采用流延成型法，因為此方法操作簡單，易于工業(yè)化，應(yīng)用廣泛，但是很多都是采用流延成較薄(20-70 μ m)的素坯片，然后再進行疊壓成所需厚度的素坯基片的方法制備，這樣不僅工藝復雜，效率低，基片也容易分層。
[0011]所以一種工藝簡單，效率高，能夠一次流延出所需厚度的流延片且流延片的表面平整，各項性能滿足NOx傳感器的使用要求的流延漿料是十分具有實用價值的。
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0012]本發(fā)明的一個目的是為了解決上述問題，提供一種能夠用于制備NOx傳感器用的氧化錯基片、可以形成表面狀況較好的厚度為0.15~0.5mm的、適用于六層結(jié)構(gòu)的NOx傳感器的流延片、滿足傳感器使用要求的流延漿料。
[0013]本發(fā)明提供的用于制備NOx傳感器用的氧化鋯基片的流延漿料，具有以下特征，包括以下成分:
[0014]陶瓷粉體、溶劑、粘結(jié)劑、分散劑、增塑劑，所述的這些成分的質(zhì)量比為100:60~75:8 ~20:1 ~8:5 ~10。
[0015]較佳地,所述的陶瓷粉體為為摻雜氧化釔摩爾分數(shù)為4~8%的氧化錯粉體,所述的氧化鋯粉體的平均粒度為0.1~1.5 μ m，比表面積為7~9m2/g，純度為99%以上。
[0016]更佳地，所述的流延漿料中氧化鋯的固含量為70%~85%，最佳地為75%~80%。
[0017]較佳地，所述的溶劑為丁酮與無水乙醇的混合物，所述的丁酮與所述的無水乙醇的質(zhì)量比為0.5~I。
[0018]較佳地，所述的分散劑為三乙醇胺。
[0019]較佳地，所述的粘結(jié)劑為乙基纖維素和聚乙烯醇縮丁醛的混合物，聚乙烯醇縮丁醛與乙基纖維素的質(zhì)量比為5~10。較佳地，所述的增塑劑為聚乙二醇與鄰苯二甲酸二丁酯共沸混合物，所述的聚乙 二醇與所述的鄰苯二甲酸二丁酯的質(zhì)量比為1:1。
[0020]本發(fā)明的有益效果具體在于:本發(fā)明流延漿料調(diào)整中氧化鋯粉體的固含量、粘度等特征，還對漿料中的氧化鋯粉體、分散劑、溶劑、粘結(jié)劑、塑化劑的用量比例進行調(diào)整，結(jié)合流延機參數(shù)的配合，獲得一種可以制備出可以適用于六層結(jié)構(gòu)NOx傳感器(如圖1所示)的厚度為0.15~0.5mm的流延片的漿料，能夠一次流延出所需厚度的流延片且流延片的表面平整，各項性能滿足NOx傳感器的使用要求，經(jīng)過排膠燒結(jié)后綜合性能良好的氧化鋯基片，使用工藝簡單。
[0021]本發(fā)明另一個目的是提供一種制備過程簡單的使用上述流延漿料制備NOx傳感器用的氧化鋯基片的方法。
[0022]本發(fā)明提供的使用上述流延漿料制備NOx傳感器用的氧化鋯基片的方法，包含以下步驟:
[0023]步驟一:采用球磨的方法將上述組分的陶瓷粉體、溶劑、分散劑混勻，球磨時間為12~20h，然后加入上述組分的粘結(jié)劑，增塑劑進行球磨，球磨時間為10~18h，得到所述的流延漿料；
[0024]步驟二:將所述的流延漿料真空脫泡處理后，在流延機上流延成厚度為0.15~
0.5mm的氧化鋯生坯膜，將所述的氧化鋯生坯膜按照NOx傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計要求切割，制備出長方形的陶瓷生坯片；
[0025]步驟三:將所述的氧化鋯生坯片經(jīng)過排膠，高溫燒結(jié)后得到陶瓷基片。
[0026]較佳地，所述的漿料經(jīng)過真空脫泡處理后，使用旋轉(zhuǎn)粘度計進行粘度測試，粘度為6000 ~1000OmPa.S。
[0027]較佳地，制得的氧化鋯生坯膜的厚度為0.15~0.5mm，后期也可根據(jù)實際需要調(diào)整為適合厚度的氧化鋯薄膜。
[0028]較佳地，所述的長方形的氧化鋯生坯片，放置于平整的氧化鋯基板上，進行氧化鋁粉埋粉，放入排膠爐，按照設(shè)定的排膠程序進行排膠。
[0029]更佳地，所述的排膠程序，可以是從室溫(25°C )以低于1°C /min的升溫速率升溫到400°C，保溫，再將溫度升至800°C，保溫2h。排膠完成之后，可置入控溫高溫燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，按照設(shè)定的燒結(jié)程序。
[0030]燒結(jié)之后獲得氧化鋯基片平整，收縮率為15~22 %，厚度為0.15~0.5mm。氧化鋯基片的抗折強度達到500~750MPa。在一個大氣壓下800°C時，陶瓷基片電阻率小于10 Ω m。
[0031 ] 本發(fā)明的制備方法制作工藝簡單，為制備汽車用的NOx傳感器提供了關(guān)鍵靈敏部件及支撐體，而且還可根據(jù)本發(fā)明制備出不同厚度的流延片，應(yīng)用于其他需要陶瓷疊層結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是現(xiàn)有 技術(shù)中由氧化鋯基片形成的NOx傳感器的六層結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方法作進一步說明。
[0034]實施例
[0035]一種NOx傳感器用的氧化鋯基片的流延制備方法，具體步驟如下:
[0036]步驟一:取摻雜氧化釔摩爾分數(shù)為5%的氧化鋯粉體1000g和一定量的不同直徑的氧化鋯球放入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的球磨罐中，將按質(zhì)量比例為1:1配好的丁酮與無水乙醇700g，加入占粉體質(zhì)量比為1%~8%的三乙醇胺溶液，在行星球磨機上球磨18h。
[0037]步驟二:球磨18h后的漿料中，放入100g的粘結(jié)劑，粘結(jié)劑為聚乙烯醇縮丁醛與乙基纖維素質(zhì)量比例為5~10的混合物。然后放入聚乙二醇與鄰苯二甲酸二丁酯質(zhì)量比為1:1的共沸混合物若干，在行星球磨機上再進行球磨10h。
[0038]步驟三:球磨IOh后處理后的漿料經(jīng)過靜置，冷卻到室溫后，倒入真空脫泡機中進行抽真空，攪拌，脫泡，直至漿料觀察不到氣泡。
[0039]步驟四:取少許的上述漿料，在旋轉(zhuǎn)粘度計上進行粘度測試，粘度為7000mPa.S。
如粘度不合適，需重復進行步驟三。
[0040]步驟五:將制備好的流延漿料放入長4.5米的膜帶流延機的漿料槽內(nèi)，調(diào)整刀高及膜帶速度至合適值后，開啟排風裝置，進行流延成型。流延后的薄膜的厚度為0.2mm，且表面光滑，無明顯缺陷。
[0041]步驟六:將流延出來的各薄膜片進行氣體室成型，參比氣體槽成型等處理后，進行各個電極及保護層絕緣層的印刷。
[0042]步驟七:將上述加工好的符合要求的薄膜片進行疊層處理，進行等靜壓處理。
[0043]步驟八:等靜壓處理后的疊片按照NOx傳感器尺寸外形進行切割成單個的NOx傳感器芯片。
[0044]步驟九:將上述NOx傳感器芯片按照一定的程序進行脫脂燒結(jié)成型為NOx傳感器陶瓷芯片。制成的NOx傳感器寬為4.2~4.5mm,長度為67.5~68.5mm,厚度大致為1.45~
1.55mm,通過與市場購買的NOx傳感器進行功能對比,可基本達到NOx氣體測試功能,精度為 ±25%。
[0045] 在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書應(yīng)被認為是說明性的而非限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種流延漿料，其特征在于，包括以下成分: 陶瓷粉體、溶劑、粘結(jié)劑、分散劑、增塑劑，其中所述的陶瓷粉體、所述的溶劑、所述的粘結(jié)劑、所述的分散劑、所述的增塑劑的質(zhì)量比為100:60~75:8~20:1~8:5~10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流延漿料，其特征在于，所述的陶瓷粉體為摻雜氧化釔摩爾分數(shù)為4~8%的氧化鋯粉體，所述的氧化鋯粉體的平均粒度為0.1~1.5 μ m，比表面積為7~9m2/g，純度為99%以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流延漿料，其特征在于，所述的溶劑為丁酮與無水乙醇的混合物，所述的丁酮與所述的無水乙醇的質(zhì)量比為0.5~I。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流延漿料，其特征在于，所述的分散劑為三乙醇胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流延漿料，其特征在于，所述的粘結(jié)劑為乙基纖維素和聚乙烯醇縮丁醛的混合物，其中，所述聚乙烯醇縮丁醛與所述乙基纖維素的質(zhì)量比為5~10。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流延漿料，其特征在于，所述的增塑劑為聚乙二醇與鄰苯二甲酸二丁酯共沸混合物，所述的聚乙二醇與所述的鄰苯二甲酸二丁酯的質(zhì)量比為1:1。
7.一種使用權(quán)利要求1~6的流延漿料制備NOx傳感器用的氧化鋯基片的方法，其特征在于: 步驟一:采用球磨的方法將上述組分的陶瓷粉體、溶劑、分散劑混勻，球磨時間為12~20h，然后加入上述組 分的粘結(jié)劑，增塑劑進行球磨，球磨時間為10~18h，得到所述的流延漿料； 步驟二:將所述的流延漿料真空脫泡處理后，在流延機上流延成厚度為0.15~0.5mm的氧化鋯生坯膜，將所述的氧化鋯生坯膜按照NOx傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計要求切割，制備出長方形的氧化鋯生坯片； 步驟三:將所述的氧化鋯生坯片經(jīng)過排膠，高溫燒結(jié)后得到氧化鋯陶瓷基片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的漿料經(jīng)過真空脫泡處理后，使用旋轉(zhuǎn)粘度計進行粘度測試，粘度為6000~1000OmPa.S。
【文檔編號】C04B35/622GK103951421SQ201410169463
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】王紅勤, 王崢, 韓慶, 王廣平 申請人:東風電子科技股份有限公司