粘结层浆料制备材料、制备方法及气体传感器技术

一种粘结层浆料制备材料、制备方法及气体传感器，该粘结层浆料制备材料包括按照质量百分比计的以下组分：氧化锆粉体36％～77％；氧化钇粉体1％～7％；无机添加剂1％～5％；有机溶剂16％～35％；有机载体3％～7％；有机助剂2％～9％；其中，所述有机载体包括聚丙烯酸树脂、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、已二酸二辛酯、癸二酸二丁酯、邻苯二甲酸二丁酯中的至少一种。由该粘结层制备材料制备的粘结层浆料具有较好的流平性、附着性和成膜性，使用该粘结层浆料制备的粘结层尤其能够增强YSZ流延片层间粘结强度以及与氧传感器和氮氧传感器的其它材料烧结很好地匹配。由于采用该浆料制备的粘结层粘结强度高、收缩率匹配，应用于氧传感器和氮氧传感器，能够提高其气密性、机械性能等性能。等性能。等性能。

【技术实现步骤摘要】
粘结层浆料制备材料、制备方法及气体传感器


[0001]本专利技术涉及一种粘结层浆料制备材料、制备方法及气体传感器。

技术介绍

[0002]氧化钇稳定氧化锆(YSZ)是一种在高温下具有较高氧离子导电性的固态电解质，广泛应用于氧传感器、氮氧传感器、SOFC等领域。其中，氮氧传感器芯片内部具有加热丝，在外加加热电压的情况下实现自发热，将芯片加热到工作温度，高温下YSZ内部存在大量氧离子空位，此时YSZ具有高温电导性。当汽车尾气(含有O2、NO
X
等)进入内部空腔后，在金属电极以及金属电极两端施加的电压作用下，在三相界面处检测气体得到电子分解出氧离子，由于YSZ内部具有大量氧离子空位，使得氧离子能传导到公共电极，在公共电极三相界面处失去电子生成氧气释放至外界。在此过程中，氧离子的传导形成了电流，电流的大小取决于氧离子传导的数量，因此通过检测电流的大小，即可间接检测汽车尾气NO
X
含量，为SCR催化剂的喷射量提供依据，从而实现对汽车尾气氮氧化合物排放量控制。而氧传感器的工作机理与氮氧传感器类似，利用YSZ固态电解质的高温氧离子传导性的特点，对汽车尾气中O2含量进行检测，进而转化为电信号反馈给ECU，为燃油的喷射量提供依据。
[0003]氧传感器和氮氧传感器的核心部件―多层结构陶瓷芯体，通常采用叠层工艺将多层YSZ电解质流延片堆叠形成所需结构，在此工艺中，由于YSZ流延片层与层之间粘结强度不佳，容易导致叠层和烧结后出现分层现象，使得陶瓷芯体出现开裂、气密性不佳、机械性能差等不良现象。<br/>[0004]以上
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内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
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不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于克服上述
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的缺陷，提供一种粘结层浆料制备材料、制备方法及气体传感器，以提高具有该粘结层结构的气体传感器的气密性、机械性能等性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种粘结层浆料制备材料，按照质量百分比计，包括以下组分：
[0008][0009]其中，所述有机载体包括聚丙烯酸树脂、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、已二酸二辛酯、癸二酸二丁酯、邻苯二甲酸二丁酯中的至少一种。
[0010]进一步地：
[0011]所述无机添加剂包括ZnO、Al2O3、CaO、MgO、SiO2、CeO2、Sc2O3中的至少一种；所述有机溶剂包括异丙醇、松油醇、醋酸丙酯、乙醇、异丁醇、乙酸乙酯、乙二醇丁醚、二甲基乙酰胺、环己酮中的至少一种。
[0012]所述氧化锆粉体的粒径分布D50为0.1μm～0.8μm，所述氧化钇粉体的粒径分布D50为0.1μm～0.5μm。
[0013]所述有机助剂包括分散剂、增塑剂、消泡剂、触变剂、流平剂、润滑剂中的至少一种。
[0014]所述分散剂为丙烯酸酯类、烷基类、聚酯共聚物或硅烷偶联剂，在所述粘结层浆料制备材料中的质量百分比为0.4％～1.2％；
[0015]所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯和三甘醇二异辛酸酯的混合物或聚己二酸类，在所述粘结层浆料制备材料中的质量百分比为1.2％～3％；
[0016]所述消泡剂为破泡聚合物和聚硅氧烷溶液，在所述粘结层浆料制备材料中的质量百分比为0.1％～1.2％；
[0017]所述触变剂为改性脲溶液，在所述粘结层浆料制备材料中的质量百分比为0.1％～1.2％；
[0018]所述流平剂为聚醚改性甲基烷基聚硅氧烷共聚物，在所述粘结层浆料制备材料中的质量百分比为0.1％～1.2％；
[0019]所述润滑剂为甘油或聚乙二醇，在所述粘结层浆料制备材料中的质量百分比为0.1％～1.2％。
[0020]一种使用所述的粘结层浆料制备材料的粘结层浆料制备方法，包括以下步骤：
[0021](1)将所述氧化锆粉体、所述氧化钇粉体、所述无机添加剂、所述有机溶剂、所述有机助剂球磨12～36小时得到混合物；
[0022](2)向所述混合物中加入所述有机载体、所述有机助剂，继续球磨12～36小时得到预浆料；
[0023](3)将所述预浆料经过100～400目过滤网过滤，经调制粘度后静置至少1小时，得到所述粘结层浆料。
[0024]一种粘结层的制备方法，包括以下步骤：将使用如权利要求6制备得到的所述粘结
层浆料采用丝网印刷法印刷在YSZ电解质流延片表面后烘干。
[0025]所述丝网印刷法采用100目-500目尼龙网或不锈钢网印刷。
[0026]将表面印刷有所述粘结层浆料的所述YSZ电解质流延片置于80℃-100℃烘箱中烘干5分钟～20分钟。
[0027]一种气体传感器，包含由所述的制备方法制备的粘结层。
[0028]所述气体传感器为氧传感器或氮氧传感器。
[0029]本专利技术具有如下有益效果：
[0030]本专利技术提供一种粘结层制备材料，该粘结层制备材料以氧化锆作为主粉体材料，还包括氧化钇、无机添加剂、有机溶剂、有机载体、有机助剂，通过添加所述有机载体并辅以有机助剂等组分，有利于使制备的粘结层浆料具有较好的流平性、附着性和成膜性，尤其是能够增强YSZ流延片层间的粘结强度以及与氧传感器和氮氧传感器的其它材料烧结很好地匹配。由于采用该浆料制备的粘结层粘结强度高、收缩率匹配，应用于氧传感器和氮氧传感器，能够提高其气密性、机械性能等性能。
[0031]本专利技术实施例中，通过添加氧化铝、二氧化硅等无机添加剂来进一步提高产品抗热震性，且降低烧结温度。
[0032]本专利技术实施例中，通过在纳米氧化锆粉体中添加适量氧化钇，使粘结层具有较高的高温电导率，使氧传感器和氮氧传感器灵敏性较好，同时，抗热震性也满足产品要求。
[0033]本专利技术实施例中，增塑剂、分散剂、触变剂、流平剂、润滑剂等适量添加，也进一步提高了粘结层浆料的流平性、附着性、成膜性和收缩性能。
[0034]本专利技术实施例中，浆料采用球磨方式混合均匀，合适的转速、球料比、球磨时间确保了浆料能分散均匀，然后通过过滤网过滤，将浆料中不易分散的团聚体过滤掉，避免混入浆料中影响印刷外观，粘度调制能使浆料达到印刷所需的粘度，合适的印刷参数能够使粘结层印刷厚度、外观达到要求。
[0035]本专利技术制备的粘结层浆料流平性、附着性、成膜性好，适合于丝网印刷，用该浆料制备的粘结层外观好、无针孔、粘结效果好、收缩匹配，应用于如叠层工艺制备的气体传感器如氧传感器和氮氧传感器能有效解决开裂分层问题，提高其气密性、机械性能等性能，且原料环保，制备工艺简单，适合规模化生产，具有很好的应用前景。
附图说明
[0036]图1是本专利技术实施例1制备的粘结层浆料。
[0037]图2是采用本专利技术实施例1制备的粘结层浆料所制得的粘结层断面SEM图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粘结层浆料制备材料，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下组分：其中，所述有机载体包括聚丙烯酸树脂、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、已二酸二辛酯、癸二酸二丁酯、邻苯二甲酸二丁酯中的至少一种。2.根据权利要求1所述的粘结层浆料制备材料，其特征在于，所述无机添加剂包括ZnO、Al2O3、CaO、MgO、SiO2、CeO2、Sc2O3中的至少一种；所述有机溶剂包括异丙醇、松油醇、醋酸丙酯、乙醇、异丁醇、乙酸乙酯、乙二醇丁醚、二甲基乙酰胺、环己酮中的至少一种。3.根据权利要求1所述的粘结层浆料制备材料，其特征在于，所述氧化锆粉体的粒径分布D50为0.1μm～0.8μm，所述氧化钇粉体的粒径分布D50为0.1μm～0.5μm。4.根据权利要求1所述的粘结层浆料制备材料，其特征在于，所述有机助剂包括分散剂、增塑剂、消泡剂、触变剂、流平剂、润滑剂中的至少一种。5.根据权利要求4所述的粘结层浆料制备材料，其特征在于，所述分散剂为丙烯酸酯类、烷基类、聚酯共聚物或硅烷偶联剂，在所述粘结层浆料制备材料中的质量百分比为0.4％～1.2％；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯和三甘醇二异辛酸酯的混合物或聚己二酸类，在所述粘结层浆料制备材料中的质量百分比为1.2％～3％；所述消泡剂为破泡聚合物和聚硅氧烷溶液，在所述粘结层浆料制备材料中的质量百分比为0.1％～1.2％；所述触变剂为改性脲溶液，在所述粘结层浆料制备材...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宁宁，贾广平，李可，陈可，王俊，郑智，
申请(专利权)人：深圳顺络电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：