片式氧傳感器納米氧化鋯材料的制備及性能研究.pdf

1、隨著汽車生產(chǎn)量的增加及越來越嚴(yán)格的環(huán)境要求，氧傳感器的需求量與日俱增，測氧精度提高，測氧范圍擴(kuò)大。構(gòu)成氧傳感器的材料是決定氧傳感器綜合性能的關(guān)鍵因素。陶瓷元件是構(gòu)成汽車氧傳感器的主要材料，主要包括固體電解質(zhì)、多孔保護(hù)層、擴(kuò)散障和支撐層等，改進(jìn)相應(yīng)陶瓷的制備方法，優(yōu)化其微觀結(jié)構(gòu)，是提高氧傳感器綜合性能的重要途徑。
　　本論文研究了用氨水共沉淀法、水熱法和溶膠-凝膠法制備的8 mol％氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（8YSZ）粉體的微觀形貌。透射電

2、子顯微圖像（TEM）表明，三種方法都能制備顆粒大小為8-10 nm的超細(xì)納米粉體，但是所得納米粉體自發(fā)團(tuán)聚，容易導(dǎo)致燒結(jié)后的陶瓷存在局部孔隙，密度降低。論文提出了一種新型制備致密陶瓷的方法，即通過直接燒結(jié)溶膠-凝膠法得到的ZrOC2O4溶膠，制備致密8YSZ陶瓷。通過比較溶膠的穩(wěn)定狀態(tài)、粒子尺寸和Zeta電位，確定了氯氧化鋯和草酸制備穩(wěn)定 ZrOC2O4溶膠所需要的最佳 ZrO2+和C2O42-的物料配比。結(jié)果表明，當(dāng)ZrO2+和C2O

3、42-的摩爾比為4:2時，所得膠粒為238 nm，Zeta電位為5.48 mV，膠體穩(wěn)定。
　　論文通過熱重差熱方法（TG-DTA）、X射線衍射（XRD）以及場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）等技術(shù)，分析了ZrOC2O4溶膠制備的素坯的熱分解過程、相應(yīng)的氧化鋯晶型和晶粒尺寸隨熱處理溫度的變化以及不同燒結(jié)溫度下陶瓷截面的微觀形貌等，并與燒結(jié)納米8YSZ粉體制備陶瓷的方法作了對比。結(jié)果表明，在550℃之前，ZrOC2O4和有機(jī)助劑完全

4、分解，轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较嗟?YSZ。在550到1200℃之間，隨著溫度的升高，晶粒增大；1200℃之后，晶粒尺寸基本不再變化。素坯在1300℃燒結(jié)，微觀結(jié)構(gòu)均勻致密，顆粒細(xì)小并且分布范圍窄；與燒結(jié)納米粉體的方法制備陶瓷相比，前一種方法制備的陶瓷相對密度達(dá)到98.5%，而后一種方法制備的陶瓷相對密度僅為92.3%。在900℃下，前者的電導(dǎo)率達(dá)到127 mS·cm-1，后者的值為63 mS·cm-1。
　　論文比較了加造孔劑、加發(fā)泡劑和不完

5、全燒結(jié)三種方法制備的多孔陶瓷，所得多孔陶瓷的微觀形貌表明，不完全燒結(jié)法適合制備氧傳感器中的多孔保護(hù)層和擴(kuò)散障。不完全燒結(jié)法，即向 ZrOC2O4溶膠加入α-Al2O3，在低于燒結(jié)點的溫度下進(jìn)行熱處理。論文研究了氧化鋁的添加量及顆粒大小對多孔陶瓷的影響。結(jié)果表明，當(dāng)所加 Al2O3顆粒尺寸不變時，隨著添加量的增多，陶瓷孔隙率變大。但陶瓷孔隙率卻不隨 Al2O3顆粒尺寸的增大而呈現(xiàn)出單純的變化規(guī)律。添加30 wt%的50 nm氧化鋁，所得多

6、孔氧化鋯基陶瓷的孔隙率可達(dá)37%。用這種方法制備的多孔陶瓷，開孔隙率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閉孔隙率，利于氣體的通過。
　　論文研究了燒結(jié)助劑（自制玻璃粉）和納米氧化鋁對氧化鋯基陶瓷機(jī)械性能的影響。結(jié)果表明，向TZ-3Y2OA粉體中加入適量的玻璃粉能夠降低其燒結(jié)溫度，但是過量的玻璃粉會在很大程度上降低陶瓷的抗折強(qiáng)度和抗熱震性能；向TZ-3Y2OA粉體中加入適量的納米氧化鋁能夠提高陶瓷的抗折強(qiáng)度，但是過量的納米氧化鋁會提高其燒結(jié)溫度，從而降低陶瓷的