致密扩散层极限电流型氧传感器的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种致密扩散层极限电流型氧传感器的制备方法，所述方法包括：分别单独制备固体电解质层和致密扩散层；在固体电解质层的下表面涂覆Pt浆膜以形成阳极，在致密扩散层的上表面涂覆Pt浆膜以形成阴极，在致密扩散层的厚度方向上侧面涂覆Pt浆条与阴极电连接；将固体电解质层和致密扩散层叠置组合并采用Pt浆粘接，共烧，得到双层结构体，将双层结构体的四周侧面用耐高温材料密封。在致密扩散层厚度方向侧面上涂刷Pt浆条与上表面的Pt浆连接，可显著改善致密扩散层的电子电导率，有利于提高氧传感器的性能，拓宽作为致密扩散层材料的选择范围、传感器结构更加稳定、克服震荡等苛刻条件。此外，本发明专利技术工艺非常简单易操作、成本低、时间短，成功率高。

【技术实现步骤摘要】
致密扩散层极限电流型氧传感器的制备方法
本专利技术涉及氧传感器
，尤其是一种致密扩散层极限电流型氧传感器的制备方法。
技术介绍
致密扩散障碍层极限电流型氧传感器作为一类新型氧传感器，近年来获得了突飞猛进的发展，对它的研究已成为热点，其剖面结构示意图如图1所示，其主要包括由致密扩散层11和固体电解质层12所组合的双层结构，在测定氧浓度时，该双层结构连接在外电压13的两端，电路上串联电流表14。通过增加该外电压值，得到一系列电流值，直到电流达到饱和(电流不再随外电压值增加而增大)，形成极限电流，该极限电流反应氧浓度。连接外电压13时，电源负极端与致密扩散层11(表面有铂电极)连接，电源正极端与固体电解质层12(表面有铂电极)连接。该双层结构的四周侧面被玻璃粉或玻璃釉等材料15密封，使致密扩散层的外表面可与被测环境接触。氧分子在致密扩散层材料的催化作用下变为吸附氧，在致密扩散层的表面变成氧离子，并在氧浓度化学式梯度的推动下，氧离子由致密扩散层的表面扩散至“致密扩散层和固体电解质层”的界面处，而后在外加电场的推动下，通过固体电解质层中的氧空穴缺陷迁移到阳极，氧离子又在阳极释放电子变成氧分子。目前，用作致密扩散层的材料主要是混合导体材料，其所具有的高离子导电率和电子导电率，可以保证氧传感器具有高灵敏度等优良性能。但混合导体材料与固体电解质材料属于物化性质差异较大的材料，容易在生产和应用中因两种材料的膨胀率差异出现裂纹、甚至导致外部起密封作用的玻璃釉裂开，使传感器失效。如传统的制备方法包括共压共烧结法，即在模具中填充固体电解质粉料和致密扩散材料共压成素坯，再共同高温烧结得到。在烧结过程中，烧结体易因热膨胀系数及烧结收缩率不匹配而出现裂纹。于是，考虑到匹配性，有研究人员提出使用固体电解质制作致密扩散层，这种致密扩散层可与固体电解质层结合强度高，可形成紧密连接体。但是，由于固体电解质不具有电子电导性，会在致密扩散层内形成很大的电势梯度阻碍氧离子移动，传感器不能使用或灵敏度极差。为了使“固体电解质”制作的致密扩散层具有电子电导率，有研究人员提出在材料中掺入一定量的高电子导电率的材料粉末(如贵金属粉)压合制作致密扩散层，但是掺入量非常难以控制，掺入量过高将阻碍氧离子移动、掺入量过少内部无法形成连续的电子导体，效果很不理想。同时，掺入组分与固体电解质材料之间同样会因匹配性差等原因导致致密层不够致密、影响传感器性能。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种致密扩散层极限电流型氧传感器的制备方法，可以提高致密扩散层的电子电导率，使致密扩散层的材料选择范围更宽，可解决致密扩散层与固体电介质层间材料匹配性并兼顾致密扩散层高电子电导率的问题，适于大规模生产。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：第一方面，本专利技术提供一种致密扩散层极限电流型氧传感器的制备方法，其方法包括：分别单独制备固体电解质层和致密扩散层；在固体电解质层的下表面涂覆Pt浆膜以形成阳极，在致密扩散层的上表面涂覆Pt浆膜以形成阴极，同时在致密扩散层的厚度方向上侧面涂覆Pt浆条，以与致密扩散层的上表面的阴极电性连接；将固体电解质层和致密扩散层叠置组合并采用Pt浆粘接，共烧，得到双层结构体，将所述双层结构体的周侧面用耐高温材料密封。优选地，所述技术方案为：分别单独制备固体电解质层和致密扩散层，然后按如下方式之一进行处理：方式A：在固体电解质层的上下两个表面涂覆Pt浆膜，在820-850℃下处理5-15min；在致密扩散层的上下两个表面涂覆Pt浆膜，同时在其厚度方向的侧面涂覆Pt浆条以与上下两个表面涂覆的Pt浆层连接起来，然后在820-850℃下处理5-15min；将经上述步骤处理的固体电解质层与致密扩散层用Pt浆粘接起来，在820-850℃下处理5-15min，得到双层结构体，将所述双层结构体的周侧面用耐高温材料密封；方式B：在固体电解质层的一个表面涂覆Pt浆膜，在820-850℃下处理5-15min；在致密扩散层的上下两个表面涂覆Pt浆膜，同时在其厚度方向的侧面涂覆Pt浆条以与上下两个表面涂覆的Pt浆层连接起来，然后在820-850℃下处理5-15min；将经上述步骤处理的固体电解质层未涂覆Pt浆膜的表面与致密扩散层一个表面相对贴合并采用Pt浆粘接起来，在820-850℃下处理5-15min，得到双层结构体，将所述双层结构体的周侧面用耐高温材料密封；方式C：在固体电解质层的上下两个表面涂覆Pt浆膜，在820-850℃下处理5-15min；在致密扩散层的一个表面涂覆Pt浆膜，同时在其厚度方向的侧面涂覆Pt浆条以与表面涂覆的Pt浆层连接起来，然后在820-850℃下处理5-15min；将经上述步骤处理的固体电解质层与致密扩散层未涂覆Pt浆层的表面相对贴合并采用Pt浆粘接起来，在820-850℃下处理5-15min，得到双层结构体，将所述双层结构体的周侧面用耐高温材料密封；方式D：在固体电解质层的一个表面涂覆Pt浆膜，在820-850℃下处理5-15min；在致密扩散层的一个表面涂覆Pt浆膜，同时在其厚度方向的侧面涂覆Pt浆条以与其表面涂覆的Pt浆层连接起来，然后在820-850℃下处理5-15min；将经上述步骤处理的固体电解质层未涂覆Pt浆膜的表面与致密扩散层未涂覆Pt浆膜的表面相对贴合并采用Pt浆粘接起来，在820-850℃下处理5-15min，得到双层结构体，将所述双层结构体的周侧面用耐高温材料密封。优选地，所述技术方案为：分别单独制备固体电解质层和致密扩散层，然后按如下方式之一进行处理：方式E：在固体电解质层的上下两个表面涂覆Pt浆膜；在致密扩散层的上下两个表面涂覆Pt浆膜，同时在其厚度方向的侧面涂覆Pt浆条以与上下两个表面涂覆的Pt浆层连接起来；将经上述步骤处理的固体电解质层与致密扩散层相对贴合，在820-850℃下处理5-15min，得到双层结构体，将所述双层结构体的周侧面用耐高温材料密封；方式F：在固体电解质层的一个表面涂覆Pt浆膜；在致密扩散层的上下两个表面涂覆Pt浆膜，同时在其厚度方向的侧面涂覆Pt浆条以与上下两个表面涂覆的Pt浆层连接起来；将经上述步骤处理的固体电解质层未涂覆Pt浆膜的表面与致密扩散层相对贴合，在820-850℃下处理5-15min，得到双层结构体，将所述双层结构体的周侧面用耐高温材料密封；方式G：在固体电解质层的上下两个表面涂覆Pt浆膜；在致密扩散层的一个表面涂覆Pt浆膜，同时在其厚度方向的侧面涂覆Pt浆条以与其表面涂覆的Pt浆层连接起来；将经上述步骤处理的固体电解质层表面与致密扩散层未涂覆Pt浆膜的表面相对贴合，在820-850℃下处理5-15min，得到双层结构体，将所述双层结构体的周侧面用耐高温材料密封。第二方面，本专利技术提供一种致密扩散层极限电流型氧传感器的制备方法，其方法为：首先制备固体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种致密扩散层极限电流型氧传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：分别单独制备固体电解质层和致密扩散层；/n在固体电解质层的下表面涂覆Pt浆膜以形成阳极，在致密扩散层的上表面涂覆Pt浆膜以形成阴极，同时在致密扩散层的厚度方向上侧面涂覆Pt浆条，以与致密扩散层的上表面的阴极电性连接；/n将固体电解质层和致密扩散层叠置组合并采用Pt浆粘接，共烧，得到双层结构体，将所述双层结构体的周侧面用耐高温材料密封。/n

【技术特征摘要】
1.一种致密扩散层极限电流型氧传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：分别单独制备固体电解质层和致密扩散层；
在固体电解质层的下表面涂覆Pt浆膜以形成阳极，在致密扩散层的上表面涂覆Pt浆膜以形成阴极，同时在致密扩散层的厚度方向上侧面涂覆Pt浆条，以与致密扩散层的上表面的阴极电性连接；
将固体电解质层和致密扩散层叠置组合并采用Pt浆粘接，共烧，得到双层结构体，将所述双层结构体的周侧面用耐高温材料密封。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，分别单独制备固体电解质层和致密扩散层，然后按如下方式之一进行处理：
方式A：
在固体电解质层的上下两个表面涂覆Pt浆膜，在820-850℃下处理5-15min；在致密扩散层的上下两个表面涂覆Pt浆膜，同时在其厚度方向的侧面涂覆Pt浆条以与上下两个表面涂覆的Pt浆层连接起来，然后在820-850℃下处理5-15min；
将经上述步骤处理的固体电解质层与致密扩散层用Pt浆粘接起来，在820-850℃下处理5-15min，得到双层结构体，将所述双层结构体的周侧面用耐高温材料密封；
方式B：在固体电解质层的一个表面涂覆Pt浆膜，在820-850℃下处理5-15min；在致密扩散层的上下两个表面涂覆Pt浆膜，同时在其厚度方向的侧面涂覆Pt浆条以与上下两个表面涂覆的Pt浆层连接起来，然后在820-850℃下处理5-15min；
将经上述步骤处理的固体电解质层未涂覆Pt浆膜的表面与致密扩散层一个表面相对贴合并采用Pt浆粘接起来，在820-850℃下处理5-15min，得到双层结构体，将所述双层结构体的周侧面用耐高温材料密封；
方式C：在固体电解质层的上下两个表面涂覆Pt浆膜，在820-850℃下处理5-15min；在致密扩散层的一个表面涂覆Pt浆膜，同时在其厚度方向的侧面涂覆Pt浆条以与表面涂覆的Pt浆层连接起来，然后在820-850℃下处理5-15min；
将经上述步骤处理的固体电解质层与致密扩散层未涂覆Pt浆层的表面相对贴合并采用Pt浆粘接起来，在820-850℃下处理5-15min，得到双层结构体，将所述双层结构体的周侧面用耐高温材料密封；
方式D：在固体电解质层的一个表面涂覆Pt浆膜，在820-850℃下处理5-15min；在致密扩散层的一个表面涂覆Pt浆膜，同时在其厚度方向的侧面涂覆Pt浆条以与其表面涂覆的Pt浆层连接起来，然后在820-850℃下处理5-15min；
将经上述步骤处理的固体电解质层未涂覆Pt浆膜的表面与致密扩散层未涂覆Pt浆膜的表面相对贴合并采用Pt浆粘接起来，在820-850℃下处理5-15min，得到双层结构体，将所述双层结构体的周侧面用耐高温材料密封。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，分别单独制备固体电解质层和致密扩散层，然后按如下方式之一进行处理：
方式E：在固体电解质层的上下两个表面涂覆Pt浆膜；
在致密扩散层的上下两个表面涂覆Pt浆膜，同时在其厚度方向的侧面涂覆Pt浆条以与上下两个表面涂覆的Pt浆层连接起来；
将经上述步骤处理的固体电解质层与致密扩散层相对贴合，在820-850℃下处理5-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王相南，董一航，韩野，丁建旭，姚树玉，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37