平板式濃差型氧傳感器數(shù)值模擬及ZrO2固體電解質(zhì)性能研究.pdf

1、汽車氧傳感器是電噴發(fā)動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)元件，是提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率、控制汽車尾氣排放、減少汽車對(duì)環(huán)境污染的關(guān)鍵部件之一。目前，平板式氧傳感器由于具有響應(yīng)時(shí)間快、性能可靠、尺寸小、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)而成為主流產(chǎn)品。本文針對(duì)平板式濃差型汽車氧傳感器的結(jié)構(gòu)及其核心部件固體電解質(zhì)性能進(jìn)行了一些基礎(chǔ)研究，主要內(nèi)容如下：
　　采用固相合成法，在8YSZ（8mol％ Y2O3 stabilized ZrO2）電解質(zhì)納米材料中，添加不同配比

2、的Al2O3和Bi2O3納米粉，并對(duì)其進(jìn)行干壓成型、無(wú)壓燒結(jié)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)Archimedes法、SEM、XRD、顯微硬度儀及萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等測(cè)試手段和設(shè)備對(duì)燒結(jié)體的密度、微觀形貌、相結(jié)構(gòu)及力學(xué)特性進(jìn)行了分析和研究，結(jié)果表明：Al2O3和 Bi2O3燒結(jié)助劑可以降低8YSZ的燒結(jié)溫度；同一燒結(jié)溫度下，隨著Al2O3含量減少、Bi2O3含量增加，燒結(jié)樣品致密度逐漸提高，當(dāng)復(fù)合添加1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）Al2O3和4% Bi2O3時(shí)，試樣在1300

3、℃燒結(jié)2h致密度最大，達(dá)99.5%。試樣硬度變化趨勢(shì)與致密度變化趨勢(shì)基本相似。添加劑Al2O3和Bi2O3均可以提高試樣抗彎強(qiáng)度，但當(dāng)Bi2O3含量超過(guò)4%時(shí)，過(guò)高的燒結(jié)溫度對(duì)提高試樣抗彎強(qiáng)度不利。
　　利用鈰鋯（CeO2-ZrO2，CZ）儲(chǔ)氧材料作為氧分壓參比層，設(shè)計(jì)了平板式濃差型氧傳感器多層結(jié)構(gòu)，建立了傳感器有限元模型，分別對(duì)8YSZ和3YSZ兩種不同電解質(zhì)傳感器進(jìn)行了熱傳導(dǎo)和熱應(yīng)力分析，結(jié)果顯示，傳感器在t=5s時(shí)就達(dá)到響應(yīng)