2009年6月材料开发与应用·27·文章编号:100321545(2009)0320027204车用氧传感器多孔保护层的制备及性能研究周欣燕1,向蓝翔1,张振涛1,李云1,陈宗璋2,赵璐1,沙顺萍1,鲁盛会1(1.中国原子能科学研究院,北京102413;2.湖南大学化学化工学院,湖南长沙410082)摘要:为了延长汽车氧传感器的寿命,通常在氧传感器敏感元件的铂电极表面涂覆多孔陶瓷保护层。本文以尖晶石、氧化铝、氧化锌等为原料,通过控制各组分的配比和烧结工艺参数,制得了性能良好的多孔陶瓷保护层。关键词:保护层;氧传感器;陶瓷;性能中图分类号:TQ174.75文献标识码:A氧传感器用于汽车电子控制燃油喷射装置1.2涂层的制备的反馈系统中,可以使喷射装置实现闭环控制,陶瓷涂层的涂覆方法主要有浸涂法、溶胶-精确控制燃油的喷射时间和喷射量,使燃油充分凝胶法、预涂覆法以及化学气相沉积法。浸涂法燃烧,这样不仅可以降低油耗、提升功率,而且还实验条件要求不高、简单易行,因此本实验采用有效地降低排放污染。在实际使用过程中,常常浸涂法。发现氧传感器失效的情况,如响应速度减慢、输将尖晶石、氧化铝、氧化锌、粘结剂、造孔剂出信号减弱等等,这主要是由于铂电极失效引起等按一定的比例混合,搅拌均匀,调制成浆料,采的。电极中毒是电极失效的主要原因,可以分为用浸涂法将保护层浆料涂覆在有铂电极的氧化物理中毒和化学中毒两种。物理中毒主要是由锆陶瓷管表面,在合适的温度下烧结成保护层。于渗碳、铅微粒等物质在多孔电极表面沉积,多本研究中粘结剂A的含量为氧化铝的2%、孔电极的空隙被堵,失去进行电极反应的三相界4%、6%、8%、10%(质量分数,下同),造孔剂B面;化学中毒则主要是汽油中S、P、Pb等与电极的含量为氧化铝的1%、3%、5%、7%、9%,尖晶材料发生化学反应而导致电极失效,因此通常在石和氧化锌的总含量为浆料的1%、5%、10%、锆管外表面的铂电极上包裹一层多孔陶瓷保护15%、20%,采用正交实验法,研究添加剂含量对层,对废气中的杂质起到“过滤”作用[1]。保护层性能的影响。目前主要有3种材料可作电极保护层:无机1.3性能测试材料、金属氧化物、合金涂层[2]。无机材料其作为保护层的附着性采用划痕法[4]测试。涂层一般是用硅酸盐类的一些材料[3]。本实验以热震试验:试样在加热炉中加热到800℃,保氧化铝为主要原料,通过添加合适的添加剂,在较温取出水淬急冷以涂层开裂宏观裂纹低温度下制得了性能良好的多孔保护层。5min,;()或开始剥落作为热震破坏判断依据,如无破坏,1试验重复热震试验。以破坏前经历的热循环次数作为热震性能判断依据。1.1主要原料通过扫描电镜观察涂层的形貌,用模拟尾气尖晶石,氧化铝,氧化锌,粘结剂A(聚乙二测试氧传感器的响应性能,检验涂层的透气性是醇),造孔剂B(糊精)。否符合使用要求。收稿日期:2009-01-19·28·材料开发与应用2009年6月2结果及讨论正交实验发现,各成分的配比如表1时,涂层附着性好,采用划痕法测试涂层不缺口也不脱落。而其他配比时保护层都有不同程度的开裂(如图1)和脱落现象。图2和图3分别为性能良好的涂层SEM和涂层对传感器响应性能的影响图。图2性能良好的保护层断面SEM图1开裂的保护层表面SEM图3保护层对电性能的影响表1附着性良好的涂层配方及其热震结果尖晶石开裂前热剥落前热序号w(A)/%w(B)/%气孔率/%+氧化锌/%震次数震次数143550482450643237347157326324631043273556515543438667561812783541243088554215239871052202410103538152211105104120281210715461823由表1可知,当粘结剂的含量为4%～6%、间在100ms以下,可以满足使用要求。造孔剂的含量为5%～7%时,涂层具有较好的附2.1粘结剂和造孔剂的研究着性和热震性能。由图3可知,当各原料配比为由表1可以看出,在附着性能良好的涂层2号、3号和5号配方,即孔隙率超过50%,抗热中,当造孔剂的含量一定时,气孔率随着粘结剂震次数超过30次的保护层,带有这几种保护层的增加先减小后增加。当粘结剂的含量一定时,的氧传感器的浓差电势仍超过800mV,响应时气孔率随着造孔剂的增加而增加。这是因为在第24卷第3期周欣燕等:车用氧传感器多孔保护层的制备及性能研究·29·烧结过程中,粘结剂会与原料本身形成化学键或通过分子间力结合,在常温和低温时可起到均匀分散和提高粘结力的作用,