平板式浓差型氧传感器数值模拟及zro_2固体电解质性能研究

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1、分类号密级ＵＤＣ编号硕士学位论文平板式浓差型氧传感器数值模拟及ZrO2固体电解质性能研究学位申请人：蔡福兵学科专业：机械工程指导教师：任继文教授答辩日期：独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有

2、关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。本人签名____________导师签名__________日期___________摘要平板式浓差型氧传感器数值模拟及ZrO2固体电解质性能研究摘要汽车氧传感器是电喷发动机闭环控制系统中的检测元件，是提高汽车发动机燃烧效率、控制汽车尾气排放、减少汽车对环境污染的关键部件之一。目前，平板式氧传感器由于具有响应时间快、性能可靠、尺寸小、制造成本低等优点而成为主流产品。本文针对平板式浓差型汽

3、车氧传感器的结构及其核心部件固体电解质性能进行了一些基础研究，主要内容如下：采用固相合成法，在8YSZ（8mol%Y2O3stabilizedZrO2）电解质纳米材料中，添加不同配比的Al2O3和Bi2O3纳米粉，并对其进行干压成型、无压烧结实验，通过Archimedes法、SEM、XRD、显微硬度仪及万能试验机等测试手段和设备对烧结体的密度、微观形貌、相结构及力学特性进行了分析和研究，结果表明：Al2O3和Bi2O3烧结助剂可以降低8YSZ的烧结温度；同一烧结温度下，随着Al2O3含量减少、Bi2O3含量增加，烧结样品致密度逐渐提高，当复合添加1%（质量分数，下同）Al2O3和4%Bi2O

4、3时，试样在1300℃烧结2h致密度最大，达99.5%。试样硬度变化趋势与致密度变化趋势基本相似。添加剂Al2O3和Bi2O3均可以提高试样抗弯强度，但当Bi2O3含量超过4%时，过高的烧结温度对提高试样抗弯强度不利。利用铈锆（CeO2-ZrO2，CZ）储氧材料作为氧分压参比层，设计了平板式浓差型氧传感器多层结构，建立了传感器有限元模型，分别对8YSZ和3YSZ两种不同电解质传感器进行了热传导和热应力分析，结果显示，传感器在t=5s时就达到响应温度300℃以上，传感器稳定时敏感区域温度在800℃左右，并且在厚度方向上温度表现出一致性；传感器各层的热应力随着温度升高而逐渐增大，在传感器稳定时到

5、达最大值，但均小于各材料的断裂强度。8YSZ因为与上下层材料热膨胀系数比3YSZ更加匹配，因此传感器各层受到的热应力也相对较小。关键词：平板式氧传感器，YSZ固体电解质，烧结助剂，烧结性能，力学性能，热应力IAbstractNUMERICALSIMULATIONOFTHEPLANARPOTENTIOMETRICOXYGENSENSORANDRESEARCHONPROPERTYOFZIRCONIASOLIDELECTROLYTEABSTRACTAutomobileoxygensensorisdetectingelementofEFIengineclosed-loopcontrolsystema

6、ndit’salsooneofthekeycomponentstoimprovethecarenginecombustionefficiency,controlvehicleemissionsandreduceautomobilepollutiontotheenvironment.Atpresent,planarzirconiaoxygensensorshavebeenthedominatingproductsinthemarketfortheirshortresponsetime,dependableperformance,smallsizeandlowmanufacturingcost.

7、Thestructureoftheplanarpotentiometricautomobileoxygensensoranditscorecomponentofsolidelectrolytewerestudied.Themainresearchcontentsareasfollows:8YSZelectrolytenanometermaterialscompositedopedbydifferentrati