致密扩散障碍极限电流氧传感器的制备及氧敏性能研究

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1、摘要宽范围空燃比极限电流型氧传感器是汽车尾气传感器重要的发展方向，也是节约能源和减少汽车尾气污染的不可缺少的元件。小孔和多孔层极限电流型氧传感器由于长期使用导致小孔堵塞，气孔率变化，从而影响测试性能；而浓差型氧化锆氧传感器存在需参比气体，且检测氧浓度偏低等问题。本文在国内外研究基础上，用混合导体材料LaBMn03(B--Sr，Ca，Ba)作为氧传感器致密扩散障碍层，8％molY203稳定的Zr02(YSZ)材料作为传感器的固体电解质，采用瓷片复合工艺制备出了致密扩散障碍极限电流型氧传感器，并对其氧敏感性能进行了系统研究。采用高温固相合成法制备了扩散障碍混合导

2、体材料LaBMn03，对原料的球磨工艺、粉体的预烧温度、成型工艺、烧成温度、烧结致密度以及高温电导率作了较细致的研究。制备出了以LaosSr02Mn03为代表的、密度为5．99／em3的、电导率为10。数量级的扩散障碍陶瓷。采用化学共沉淀法制备8％molY203稳定的Zr02，主要考察了粉体预烧温度、烧结温度、保温时间、烧结体致密度以及高温电阻。制备出了密度为5．69／c：m3的、高温电导率为10五数量级的YSZ固体电解质陶瓷。利用瓷片复合工艺将烧结好的YSZ陶瓷与致密的扩散障碍陶瓷复合，并进行密封处理，制备出了致密扩散障碍极限电流氧传感器。此制备工艺简单、

3、过程可控，避开了扩散障碍层与YSZ共烧结的不匹配等问题。通过对该传感器氧敏性能的系统检测，结果表明，以LaBMn03为扩散障层、YSZ为固体电解质的极限电流型氧传感器，在0-21％氧浓度范围内都能获得很好的极限电流平台，最大达到12mA；出现极限电流平台的电压区间达0．6．1V；氧浓度与极限电流呈指数对应关系，检测精度高，特别是对高氧浓度气氛检测，分辨率达O．1％；该传感器的稳定性能好、灵敏度高，反应时问约10秒左右。本课题的研究，为该传感器的实际应用提供了理论与实验依据。关键词：致密扩散障：极限电流：氧传感器：瓷片复合工艺：LaBMn03：YSZABSTR

4、ACTWiderangeair·fuelratioandlimitingcurrentzirconiaoxygensensorsareoneofthemajortrendsinthedevelopmentoftheautomobileexhaustsensors．Theycanbeusedtoimprovefuelenergyandreduceautomobileexhaustpollution．Theperformanceoftheaperturetypeoflimitingcurrentoxygensensorsandtheporouslayertype

5、oflimitingcurrentoxygensensorswillbeinfluencedthrou曲longtimeuse，becausetheholeofthefirstty7peofsensorswilloccludeeasilyandtheporosityoftheporouslayerofthesecondtypeofsensorswillchangeduringlongtermoperation．Wealsoknownthatconcentration·zirconiaoxygensensorsneedtoreferencegases，whic

6、hdetecthighoxygenconcentrationisnotveryaccurate．Theseproblemsmaybeovercamebyusingamixedelectronicandoxygenion-conductionsoliddiffusionbarrier．Inthepaper,LaBM03(B=Sr，Ca，Ba)isusedasmaterialsofdensediffusionbarrierofsensorsandYttria(8％m01)stabilizedzirconia(YSZ)isusedasmaterialsofsoli

7、delectrolytelayer，anddensediffusionbarrierlimitingcurrentoxygensensorsarepreparedbyceramiccompositeprocessandtestoxygensensitivity．Mixedelectronicandoxygenion·conductionsoliddiffusionbarrier(LaBM03)ispreparedbyhigh—temperaturesolid-phasesynthesis．Millingprocess，powdercalciningtempe

8、rature，formingprocess，sint