一种YSZ陶瓷芯片的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种YSZ陶瓷芯片的制备方法及其应用，具体选用不同粒径的YSZ粉料进行混合，其中，大粒径YSZ粉料作为骨架，小粒径YSZ粉料填充到大粒径YSZ粉料之间的间隙中，得到的陶瓷浆料的固含量较高，使制得的陶瓷芯片致密性更好，收缩更小，强度更高，另外，使用无水乙醇作为溶剂，既克服了水基流延干燥速度慢、流延片强度低的缺点，又克服了传统非水基流延成型对环境不友好的问题，成本低，有好的市场前景；由于流延片和陶瓷浆料中存在SiO2、P2O5、K2O、CaO、TiO2、Fe2O3、As2O3等玻璃相，最后采用脱脂烧结进行除杂，并在不同温度点对其进行保温，将上述杂质玻璃相挥发；采用分段式、逐步升温的方法，能防止芯片产生弯曲、开裂等缺陷。开裂等缺陷。开裂等缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种YSZ陶瓷芯片的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于陶瓷材料制备
，具体涉及一种YSZ陶瓷芯片的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]以氮氧传感器为例，其陶瓷芯片是一种固态电解质，可以在发动机尾气排放管高温的工作环境下，测量汽车排气管道中的氮氧电势。而制作陶瓷芯片必须采用一种特殊的原材料，这种原材料能经受住
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40℃到900℃的极限温差考验，且对其尺寸等参数需要严格控制，尺寸稍有不合，产品就很难对尾气中氮氧化物的分压变化作出极为快速、精确的响应。为了满足车用传感器陶瓷芯片的要求，目前市面上大多数厂家都采用流延成型技术制备YSZ陶瓷流延片，并用丝网印刷技术在流延片上面印刷电极，并对其进行测量、加热、测温等测试，最后对所叠层的生坯进行脱脂烧结，以此得到所需的陶瓷芯片。
[0003]流延成型适合生产薄片状陶瓷，具有生产速度快、自动化程度高、组织结构均匀以及产品质量好的优点，然而，传统的流延成型工艺使用尺寸单一的YSZ 粉体、大量的苯类和酮类溶剂，对环境不友好，也增加了成本。另外，使用流延成型工艺制备YSZ陶瓷的过程中需要添加大量的有机物包括分散剂、粘结剂及增塑剂等，有机物的含量和配比对流延片的质量有很大的影响，当其配比不恰当时，容易产生裂纹、起皮、凹坑及卷曲等缺陷，因此，选择恰当的配比进行流延成型对流延片的质量至关重要。同时，还需要考虑后续电极在流延片上烧结时，两者的收缩系数不同而导致芯片变形等缺陷。
[0004]有鉴于此，有必要提供一种YSZ陶瓷芯片的制备方法来解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种YSZ陶瓷芯片的制备方法及其应用。解决现有的流延成型工艺使用尺寸单一的YSZ粉体、大量的苯类和酮类溶剂，对环境不友好，也增加了成本；并且制得的陶瓷芯片容易产生裂纹、起皮、凹坑及卷曲等问题。
[0006]本专利技术的一个目的在于提供一种YSZ陶瓷芯片的制备方法。
[0007]一种YSZ陶瓷芯片的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1、将不同粒径的YSZ粉料进行混合，然后加入分散剂和溶剂后，进行第一次球磨，球磨结束后，再次加入粘结剂和增塑剂，进行第二次球磨，得到陶瓷浆料；
[0009]S2、将步骤S1中得到的陶瓷浆料经筛网过滤、真空除泡处理后，进行流延成型，得到流延片；
[0010]S3、将步骤S2中得到的流延片经丝网印刷、叠层和真空包装密封处理后，进行温等静压，得到生坯；
[0011]S4、将步骤S3中得到的生坯经切片、脱脂、烧结后，即可得到YSZ陶瓷芯片。
[0012]进一步地，步骤S1中，所述YSZ粉料选自粒径为0.1～0.2μm的粉料、粒径为0.3～0.6μm的粉料、粒径为0.8～0.9μm的粉料和粒径为1.2～1.5μm的粉料中的至少两种的组合，
并且所述YSZ粉料的含量为所述陶瓷浆料总量的55～ 60％。
[0013]更进一步地，所述YSZ粉料选自粒径为0.3～0.6μm的粉料、粒径为0.8～ 0.9μm的粉料和粒径为1.2～1.5μm的粉料，并且三者的质量配比为3：5：2。
[0014]更进一步地，所述YSZ粉料选自粒径为0.3～0.6μm的粉料和粒径为1.2～ 1.5μm的粉料，并且两者的质量配比为(3～5)：1。
[0015]进一步地，步骤S1中，所述分散剂的添加量为所述陶瓷浆料总量的0.5～ 1％，所述溶剂的添加量为所述陶瓷浆料总量的30～40％，所述第一次球磨的参数如下：球磨8～10h，球磨转速为300～350r/min；所述分散剂选自三乙醇胺、磷酸三丁酯和松油醇中的一种，所述溶剂为无水乙醇。
[0016]进一步地，步骤S1中，所述粘结剂的添加量为所述陶瓷浆料总量的3～4％，所述增塑剂的添加量为所述陶瓷浆料总量的1～2％，所述第二次球磨的参数如下：球磨12～14h，球磨转速为300～350r/min；所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，所述增塑剂选自邻苯二甲酸二丁酯和聚乙二醇中的一种。
[0017]进一步地，步骤S2中，所述筛网的规格为150～200目，所述真空除泡的参数如下：真空度为
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0.1MPa，除泡时间为20～24h，所述流延片的厚度为110～ 125μm。
[0018]进一步地，步骤S3中，所述温等静压的参数如下：在40MPa、80℃的条件下，进行温等静压30～60min。
[0019]进一步地，步骤S4中，所述脱脂工艺如下：100℃保温1h，升温至210℃保温2h，最后升至350℃保温3h，之后随炉冷却；所述烧结工艺如下：升温至 350℃保温1h，再升温至550℃保温1h，升至650℃保温1h，升温至1200℃保温2h，最后升温至烧结温度1350～1450℃保温2h，将其降温至800℃再随炉冷却。
[0020]本专利技术的另一个目的在于提供一种上述YSZ陶瓷芯片的制备方法制得的 YSZ陶瓷芯片在车用传感器中的应用。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0022]1)本专利技术选用不同粒径的YSZ粉料进行混合，其中，大粒径YSZ粉料作为骨架，小粒径YSZ粉料填充到大粒径YSZ粉料之间的间隙中，得到的陶瓷浆料的固含量较高，由于陶瓷浆料的固含量的提高，使制得的陶瓷芯片致密性更好，收缩更小，强度更高，另外，使用无水乙醇作为溶剂，既克服了水基流延干燥速度慢、流延片强度低的缺点，又克服了传统非水基流延成型对环境不友好的问题，成本低，有好的市场前景；由于流延片和陶瓷浆料中存在SiO2、P2O5、 K2O、CaO、TiO2、Fe2O3、As2O3等玻璃相，最后采用脱脂烧结进行除杂，并在不同温度点对其进行保温，将上述杂质玻璃相挥发；在烧结的过程中，采用分段式、逐步升温的方法，能防止芯片产生弯曲或者开裂等缺陷；
[0023]2)本专利技术选用的YSZ粉料，无需进行进一步处理，成本较低；最后所制得的陶瓷芯片表面光滑、没有缺陷、强度高、致密性好，本专利技术所述的制备方法适用于车用传感器陶瓷芯片的大规模制备。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于
本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术制得的YSZ陶瓷芯片的扫描电镜图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]本专利技术所使用的常规试剂和设备，如无特殊说明，均可市售获得。
[0028]实施例1不同粒径的YSZ粉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种YSZ陶瓷芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将不同粒径的YSZ粉料进行混合，然后加入分散剂和溶剂后，进行第一次球磨，球磨结束后，再次加入粘结剂和增塑剂，进行第二次球磨，得到陶瓷浆料；S2、将步骤S1中得到的陶瓷浆料经筛网过滤、真空除泡处理后，进行流延成型，得到流延片；S3、将步骤S2中得到的流延片经丝网印刷、叠层和真空包装密封处理后，进行温等静压，得到生坯；S4、将步骤S3中得到的生坯经切片、脱脂、烧结后，即可得到YSZ陶瓷芯片。2.根据权利要求1所述的YSZ陶瓷芯片的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述YSZ粉料选自粒径为0.1～0.2μm的粉料、粒径为0.3～0.6μm的粉料、粒径为0.8～0.9μm的粉料和粒径为1.2～1.5μm的粉料中的至少两种的组合，并且所述YSZ粉料的含量为所述陶瓷浆料总量的55～60％。3.据权利要求2所述的YSZ陶瓷芯片的制备方法，其特征在于，所述YSZ粉料选自粒径为0.3～0.6μm的粉料、粒径为0.8～0.9μm的粉料和粒径为1.2～1.5μm的粉料，并且三者的质量配比为3：5：2。4.据权利要求2所述的YSZ陶瓷芯片的制备方法，其特征在于，所述YSZ粉料选自粒径为0.3～0.6μm的粉料和粒径为1.2～1.5μm的粉料，并且两者的质量配比为(3～5)：1。5.根据权利要求1所述的YSZ陶瓷芯片的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述分散剂的添加量为所述陶瓷浆料总量的0.5～1％，所述溶剂的添加量为所述陶瓷浆料总量的30～40％，所述第一次球磨的参数如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵梅，廖志杰，许晨希，卢帅，刘成明，胡秉权，
申请(专利权)人：湖北丹瑞新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：