氧化鋯基電化學NOx傳感器芯片狹縫的填充漿料及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及氧化鋯基電化學NOx傳感器芯片狹縫的填充漿料及制作方法，填充漿料由以下組分按重量百分比計，溶劑30～50%、粘結(jié)劑20～40%、填充劑10～20%、增塑劑10～20%、潤滑劑10～20%；將上述組分混合均勻，且在25℃，粘度為4000～20000Pa.s。制作方法為NOx傳感器芯片的狹縫印刷高度和印刷厚度成正比，印刷試驗配制填充漿料的印刷厚度與狹縫的對應關系，并根據(jù)NOx傳感器芯片的狹縫來確定印刷厚度，由印刷高度設計印刷網(wǎng)版，從而得到所需要的狹縫厚度；通過設計好的印刷網(wǎng)版將制得的填充漿料印刷到NOx傳感器芯片的狹縫中，放入爐中一起燒結(jié)，所印刷的填充漿料在共燒結(jié)后全部燒除沒有殘留。本發(fā)明通過調(diào)整狹縫的高度來調(diào)整擴散阻力。
【專利說明】氧化鋯基電化學NOx傳感器芯片狹縫的填充漿料及制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化鋯基氮氧化物(NOx)傳感器芯片狹縫的填充漿料及制作方法。
【背景技術】
[0002]NOx的檢測方法有:離子選擇性電極法，化學發(fā)光法，生物化學傳感器法,半導體傳感器法，固體電解質(zhì)電流型傳感器法等。目前國外已經(jīng)有一些機構(gòu)研發(fā)出固體電解質(zhì)電流型傳感器并產(chǎn)業(yè)化，主要用于重型柴油發(fā)動機的尾氣排放處理系統(tǒng)。這種NOx傳感器的結(jié)構(gòu)為片式結(jié)構(gòu)，由六層甚至更多層的釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ和Al2O3陶瓷片疊合而成，結(jié)構(gòu)和制作工藝都很復雜。
[0003]專利申請201010525727.3介紹了發(fā)明人之前發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)和制作方法，其中關于狹縫大小的控制和制備沒有進行具體的研究。
[0004]狹縫的大小直接影響泵電流信號的大小，如何控制好NOx傳感器中的三個狹縫的大小是非常重要的，狹縫過大，氧泵的速度來不及泵走氧氣，不能出現(xiàn)極限電流；狹縫過小，氣體擴散太慢，極限電流值太低，對氣體濃度的分辨率低，對低濃度的氧氣變化沒有反應。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的提供一種氧化鋯基電化學NOx傳感器芯片狹縫的填充漿料及制作方法。
[0006]首先根據(jù)一種狹縫的計算方法，根據(jù)氧泵工作電流計算，極限電流表示為:I=4FD/RQT*S/L*(Po-Pe)其中:D是NOx的擴散系數(shù)，S是有效擴散路徑的截面積，L是有效擴散路徑的長度，Po是擴散前測量氣體中氧分壓，Pe是擴散后測量室的氧分壓，Rtl是氣體常數(shù)，F(xiàn) 是法拉第常數(shù)，T 是絕對溫度。F=96490C/mol and D=L 68cm2/sec, R0=82.05atm*cm3/mol*K，T=1073K，可以通過調(diào)整狹縫的尺寸來調(diào)整擴散阻力R=L/S，由于NO5J.感器芯片結(jié)構(gòu)緊湊，狹縫寬度和擴散長度L可調(diào)整的范圍比較小，所以本發(fā)明通過調(diào)整狹縫的高度來調(diào)整擴散阻力。
[0007]本發(fā)明的技術方案為:
[0008]氧化鋯基電化學NOx傳感器芯片狹縫的填充漿料，其特征在于:填充漿料由以下組分按重量百分比計，溶劑30?50%、粘結(jié)劑20?40%、填充劑10?20%、增塑劑10?20%、潤滑劑10?20% ;將上述組分混合均勻，且在25°C，粘度為4000?20000Pa.S。本發(fā)明所述的NOx傳感器芯片為申請?zhí)?01010525727.3所公開的結(jié)構(gòu)。
[0009]所述的溶劑為甲苯、乙醇、丁酮中一種或二種以上混合物。
[0010]所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇縮丁醛PVB、乙基纖維素一種或二種混合物。
[0011 ] 所述的填充劑為石墨或淀粉。
[0012]所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯。[0013]所述的潤滑劑為聚乙二醇。 [0014]一種氧化鋯基電化學NOx傳感器芯片狹縫的制作方法，其特征在于按以下步驟進行:(1)狹縫的填充漿料配制:填充漿料由以下組分按重量百分比計，溶劑30~50%、粘結(jié)劑20~40%、填充劑10~20%、增塑劑10~20%、潤滑劑10~20% ;將上述組分混合均勻，且在25°C，粘度為4000~20000Pa.s ；(2)由于NOx傳感器芯片的狹縫印刷高度和印刷厚度成正比，印刷試驗配制填充漿料的印刷厚度與狹縫的對應關系，并根據(jù)NOx傳感器芯片的狹縫來確定印刷厚度，由印刷高度設計印刷網(wǎng)版，從而得到所需要的狹縫厚度；(3)通過設計好的印刷網(wǎng)版將步驟(1)制得的填充漿料印刷到NOx傳感器芯片的狹縫中，放入爐中一起燒結(jié)，所印刷的填充漿料在共燒結(jié)后全部燒除沒有殘留。
[0015]所述填充漿料的粘度發(fā)生變化時，同樣的印刷網(wǎng)版參數(shù)得到的印刷厚度也會變化，所以每次改變漿料配方時，通過印刷試驗重新確定配制填充漿料的印刷厚度與狹縫的對應關系。
[0016]本發(fā)明通過調(diào)整狹縫的尺寸來調(diào)整擴散阻力R=L/S，由于NOx傳感器芯片結(jié)構(gòu)緊湊，狹縫寬度和擴散長度L可調(diào)整的范圍比較小，本發(fā)明通過調(diào)整狹縫的高度來調(diào)整擴散阻力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是Nox傳感器芯片的整體結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0018]圖2是Nox傳感器芯片第二層基片的俯視圖。
[0019]圖3是6種樣品的泵電流隨泵電壓的變化狀況圖。
[0020]圖4是1#樣品的泵電流隨泵電壓的變化狀況圖。
[0021]圖5是2#樣品的泵電流隨泵電壓的變化狀況圖。
[0022]圖6是3#樣品的泵電流隨泵電壓的變化狀況圖。
[0023]圖7是全范圍不同氧含量的泵電流和泵電壓對應關系圖。
[0024]圖8是氧含量和極限電流擬合關系圖。
【具體實施方式】
[0025]結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細的說明:
[0026]如圖1是Nox傳感器的結(jié)構(gòu)，5層基片分別是2、11、21、13、14，尾氣通過尾氣進口22，狹縫3進入緩沖室20，再通過狹縫4進入第一室6，在經(jīng)過狹縫7進入第二室9，第一室內(nèi)的非活化電極5和外電極I組成主氧泵，第二室內(nèi)的活化電極8和外電極I組成輔助氧泵，第二室內(nèi)的測量電極10和外電極I組成測量氧泵，參比電極17和外電極I引出電動勢作為系統(tǒng)工作的參考，15、16和12共同形成參比空氣的通道，絕緣層19和加熱電阻18共同形成系統(tǒng)工作所需要的加熱條件。從理論上計算狹縫大小范圍，I=4FD/RT*S/L*(Po-Pe)，設2500ppm氧濃差對應的極限電流為:20 — 50uA ;另外假設狹縫寬度1mm，長度5mm，據(jù)此計算和估計狹縫的高度如下:
[0027]I)對應20uA時，有關數(shù)據(jù)代入公式有:
[0028]20 X10~6 =X X 0.25 X10~2
[0029]h=3.4 ( μ m)[0030]2)對應50um時，有關數(shù)據(jù)代入公式有:
[0031]
【權(quán)利要求】
1.氧化鋯基電化學NOx傳感器芯片狹縫的填充漿料，其特征在于:填充漿料由以下組分按重量百分比計，溶劑30?50%、粘結(jié)劑20?40%、填充劑10?20%、增塑劑10?20%、潤滑劑10?20% ;將上述組分混合均勻，且在25°C，粘度為4000?20000Pa.S。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋯基電化學NOx傳感器芯片狹縫的填充漿料，其特征在于:所述的溶劑為甲苯、乙醇、丁酮中一種或二種以上混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋯基電化學NOx傳感器芯片狹縫的填充漿料，其特征在于:所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇縮丁醛PVB、乙基纖維素一種或二種混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋯基電化學NOx傳感器芯片狹縫的填充漿料，其特征在于:所述的填充劑為石墨或淀粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋯基電化學NOx傳感器芯片狹縫的填充漿料，其特征在于:所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋯基電化學NOx傳感器芯片狹縫的填充漿料，其特征在于:所述的潤滑劑為聚乙二醇。
7.氧化鋯基電化學NOx傳感器芯片狹縫的制作方法，其特征在于按以下步驟進行:(1)狹縫的填充漿料配制:填充漿料由以下組分按重量百分比計，溶劑30?50%、粘結(jié)劑20?40%、填充劑10?20%、增塑劑10?20%、潤滑劑10?20% ;將上述組分混合均勻，且在25°C，粘度為4000?20000Pa.s ; (2)由于NOx傳感器芯片的狹縫印刷高度和印刷厚度成正比，印刷試驗配制填充漿料的印刷厚度與狹縫的對應關系，并根據(jù)NOx傳感器芯片的狹縫來確定印刷厚度，由印刷高度設計印刷網(wǎng)版，從而得到所需要的狹縫厚度；(3)通過設計好的印刷網(wǎng)版將步驟(I)制得的填充漿料印刷到NOx傳感器芯片的狹縫中，放入爐中一起燒結(jié)，所印刷的填充漿料在共燒結(jié)后全部燒除沒有殘留。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧化鋯基電化學NOx傳感器芯片狹縫的制作方法，其特征在于:所述填充漿料的粘度發(fā)生變化時，同樣的印刷網(wǎng)版參數(shù)得到的印刷厚度也會變化，所以每次改變漿料配方時，通過印刷試驗重新確定配制填充漿料的印刷厚度與狹縫的對應關系ο
【文檔編號】G01N27/26GK103645221SQ201310606881
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】謝光遠, 石亮 申請人:武漢鋯元傳感技術有限公司