CN119811745A - 一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料及其制备方法，涉及电极导线浆料技术领域，按重量百分比计，包括以下组分：60wt%~90wt%的铂粉，0.1wt%~2wt%的氧化铝粉，2wt%~20wt%的YSZ粉，余量为有机载体。该电极导线浆料通过在电极导线浆料中加入YSZ粉，使得导线与陶瓷基体之间可以形成更致密的接触，减少界面处的空隙和缺陷，从而使得传感器具备信号传输准确稳定、启动时间快的优异性能。

Description

一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电极导线浆料技术领域，具体涉及一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料及其制备方法。

背景技术

传统气体检测技术中，存在一种用于机动车尾气分析的气体传感器核心元件。如公开号为CN111024796B的专利文献公开了一种气体传感器，该传感元件采用多层氧离子导体固体电解质构建的基体结构，其内部集成多级气体处理腔室。技术特征具体表现为：三级处理腔室依次设置于层叠电解质基体内，各腔室内壁分别配置主泵浦单元、辅助泵浦单元及检测单元（以下统称为内电极），与各内电极相连的导线被封装在上下电解质层之间。主泵浦单元通过电化学氧泵作用将被测气体氧浓度降至不影响NOx检测的ppm量级，辅助泵浦腔室将被测气体氧浓度降低至ppb级，同时实现NOx化合物向NO分子的完全转化，含Pt/Rh催化合金的检测电极促使NO解离为N₂和O₂，通过导线连通外接电极构成氧泵回路，输出解离氧气产生的极限电流，建立电流信号与NOx浓度的线性对应关系实现精确检测。

当激活元件的加热系统后，系统需经历特定响应周期才能达到标定检测精度，这段时间被称为启动时间（即light-off time）。此阶段主要涉及：清除检测腔内非目标气体残留的干扰氧组分。具体而言，该时间参数定义为从通电启动到检测腔内背景氧浓度降至允许检测阈值所需时长，其持续时间与系统预热性能呈负相关。

在传感器芯片制造完成后，需要对芯片进行测试，以判定传感器的启动时间是否在要求的范围内（＜90s）。然而，在测试过程中发现存在启动时间远超使用范围的芯片，产生这一现象很容易归咎于内电极泵送氧气能力不足，即使通过改善内电极泵送氧活性也无法有效降低启动时间，并且通过加快升温速度，提前介入泵控等电控措施无法明显加快启动速度。

发明内容

经过发明人的潜心研究，发现上述措施仍无法有效解决气体传感器启动时间延长的原因主要是：气体传感器内电极导线浆料一般由铂（Pt）和绝缘材料氧化铝构成，在烧结过程中由于有机组分的挥发、铂和氧化铝热膨胀系数与陶瓷基体之间的差异，造成了陶瓷芯片内部电极导线部分与陶瓷基体之间产生缝隙，这些缝隙相当于额外的内部空腔，从而导致传感器元件在启动时需要花费更多的时间将缝隙中残存的氧气泵出。而且，由于缝隙在陶瓷基体中会延伸一定的长度，缝隙中氧气被抽出就显得格外困难。因此，表现为启动时间的异常增加。

基于目前传感器电极导线与上下陶瓷基片之间在烧结后，由于材料间的烧结收缩不匹配导致在电极导线与电解质层间形成空腔的问题，本发明提供了一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料及其制备方法，使其共烧后形成的电极导线与基片间的结合力强且电极性能稳定，从而使得氮氧传感器的启动时间快。

本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料，按重量百分比计，包括以下组分：60wt%~90wt%的铂粉，0.1wt%~2wt%的氧化铝粉，2wt%~20wt%的YSZ粉，余量为有机载体。

本发明通过在电极导线浆料中加入的YSZ粉，一方面，在高温下具有良好的氧离子导电性，对传感器尾气中氧气含量变化的敏感度较高，可以部分替代贵金属用量，从而降低成本；另一方面，加入的YSZ粉具有优异的抗热震性、较大的热膨胀系数，调节了电极浆料与基片之间的收缩匹配一致性，避免了电极导线与基片因收缩不一致和导线在温度急剧变化环境中而产生的断裂、微裂纹、空腔等问题；另外，本发明中控制YSZ粉的添加量，既可以满足烧结后不产生缝隙从而减少氮氧传感器的启动时间，又不会使导线的电阻过大，从而影响泵电极的VP0值，获得性能优异的陶瓷芯片。

采用本发明中的电极导线浆料制备的电极导线质量高，有助于保证氮氧传感器工作的稳定性，通过其良好的导电性和稳定性，可以减少信号传输过程中的干扰和损耗，本发明中的电极导线浆料与陶瓷基片结合强度高且致密，可以有效避免导线周围空腔的形成，从而缩短氮氧传感器的启动时间，有效控制尾气排放。

内电极需要丰富的孔隙以产生足够多的三相界面进行电极反应，而内电极导线部分优选孔隙率极低的致密结构，因此丝网印刷的图案优选为内电极与导线部分分开印刷的方案，内电极和内电极导线部分使用不同的电极浆料，本申请中的电极导线浆料适用于使用氧离子传导性固体电解质而构成的传感器元件，特别是用于与分布在腔室内部的电极相连的导线部位。

其中，铂粉的粒径为300nm~700nm，氧化铝粉末的粒径为0.05μm~1μm。

其中，为了匹配基片收缩和提高粘附力，优选与陶瓷基片相同摩尔比的YSZ粉（钇稳定氧化锆粉），更为优选的是5YSZ或8YSZ。

进一步的，所述有机载体包括有机粘结剂和表面活性剂，所述有机粘结剂与所述表面活性剂的重量比为（70~85）：（15~30）。优选为有机粘结剂与所述表面活性剂的质量比为（70~85）：（20~25）。

进一步的，所述有机粘结剂包括有机树脂和有机溶剂，所述有机树脂与有机溶剂的重量比为（15~30）：（70~85）。优选为有机树脂与有机溶剂的质量比为（20~25）：（70~85）

进一步的，所述有机树脂包括乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、甲基丙烯酸、丙烯酸树脂、环氧树脂、硝化纤维素中的任意一种或几种。

进一步的，所述有机溶剂包括松节油透醇、丁基卡必醇、柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、丙酸酯中的任意一种或几种。

进一步的，所述表面活性剂包括分散剂、消泡剂、流平剂、触变剂中的任意一种或几种。

其中，分散剂包括PVP、CTAB、SDS、三乙醇胺、KD9中的任意一种或多种组合。

流平剂包括聚硅氧烷类、丙烯酸酯类、磷酸酯改性丙烯酸中的任意一种或多种组合。

触变剂包括氢化蓖麻油、软脂酸、糠酸、聚酰胺蜡、聚氨酯中的任意一种或多种组合。

消泡剂包括聚醚类消泡剂，具体包括GP、GPE、BYK、二甲基硅油中的任意一种或多种组合。

第二方面，本申请提供一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料的制备方法，包括以下步骤：

制备有机粘结剂：按重量百分比，将有机树脂加入到有机溶剂中，搅拌至溶解完全，得到有机粘结剂；

制备有机载体：向有机粘结剂中加入表面活性剂，继续搅拌，将有机粘结剂和表面活性剂混合均匀，得到有机载体；

分散电极导线浆料：按照重量百分比，将铂粉、氧化铝粉、YSZ粉进行充分混合，再将制备的有机体系按比例加入到混合粉中，充分搅拌分散均匀，再进行研磨分散、真空搅拌离心脱泡后得到电极导线浆料。

进一步的，使用陶瓷三辊研磨机进行研磨分散，所述陶瓷三辊研磨机的陶瓷辊的材质为氧化锆材质。

进一步的，所述真空搅拌离心脱泡的工艺为：先将经过研磨分散的浆料放入聚四氟乙烯杯中充分搅拌，然后放入非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中，依次按照低速分散搅拌、高速分散搅拌、真空脱泡三个步骤进行。

进一步的，制备有机载体和有机体系时，搅拌温度均控制在60℃~80℃。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

（1）本发明通过在电极导线浆料中加入YSZ粉，共烧后使得导线与基片之间可以形成更紧密的结合，减少结合处的空腔或缺陷，从而提高了传感器的启动时间，同时不对陶瓷芯片的其他性能造成影响。

（2）本发明通过在电极导线浆料中加入YSZ粉，由于其在高温下具有良好的氧离子导电性，对传感器尾气中氧含量变化的敏感度较高，可以部分替代贵金属用量，从而降低了电极导线浆料的生产成本。

（3）本发明通过在电极导线浆料中加入YSZ粉，由于其优异的抗热震性、较大的热膨胀系数，调节了电极浆料与基片之间的收缩匹配一致性，避免了电极导线与基片因收缩不一致和导线在温度急剧变化环境中而产生的断裂、微裂纹、空腔等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中制备的电极导线浆料烧结后的SEM形貌图；

图2为本发明实施例3中制备的电极导线浆料烧结后的SEM形貌图；

图3为对比例1中制备的电极导线浆料烧结后的SEM形貌图；

图4为泵氧电极简易示意图；

图5为泵电极与电极导线丝印图案示意图；

图6为公共电极丝印图案示意图。

附图标记：

1-公共电极，2-主泵氧电极，3-第一层电解质基片，4-辅泵电极，5-电极导线，6-第二层电解质基片，7-公共电极引脚，8-主泵电极引脚，9-辅泵电极引脚。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员能够以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60～120和80～110的范围，理解为60～110和80～120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1～3、1～4、1～5、2～3、2～4和2～5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0～5”表示本文中已经全部列出了“0～5”之间的全部实数，“0～5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。

实施例1

该实施例提供一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料的制备方法，按照以下步骤进行：

S1、制备有机粘结剂：按照质量百分比组成为：15.95 g乙基纤维素、31.91g松节油透醇、25.53g丁基卡必醇和6.38g邻苯二甲酸二丁酯称取原料，在60℃下，将乙基纤维素加入有机溶剂中，搅拌至溶解完全，得到有机粘结剂。

S2、制备有机载体：向 S1制备得到的有机粘结剂中，加入16.18 g的分散剂KD9和4.05g消泡剂BYK倒入在溶解罐中，在60℃下，继续将有机粘结剂和表面活性剂混合均匀，得到有机载体。

S3、电极浆料分散：按照配方比例称取24.61g铂粉末、1.57g5YSZ粉和0.52g氧化铝粉混合均匀，取3.3g有机载体放入聚四氟乙烯杯中，然后将混合粉倒入杯中，然后放入非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中，按照低速分散搅拌、高速分散搅拌充分搅拌分散均匀后，进一步将混合后的浆料在陶瓷三辊研磨机进行研磨分散，最后对浆料进行真空搅拌离心脱泡。

实施例2

该实施例提供一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料的制备方法，按照以下步骤进行：

S1、制备有机粘结剂：按照质量百分比组成为：15.60 g乙基纤维素、31.20g松节油透醇、24.96 g丁基卡必醇和6.24g邻苯二甲酸二丁酯称取原料，在60℃下，将乙基纤维素加入有机溶剂中，搅拌至溶解完全，得到有机粘结剂。

S2、制备有机载体：向 S1制备得到的有机粘结剂中，加入14.67 g的分散剂KD9和7.33g消泡剂BYK倒入在溶解罐中，在60℃下，继续将有机粘结剂和表面活性剂混合均匀，得到有机载体。

S3、电极浆料分散：按照配方比例称取23.29g铂粉末、2.59g5YSZ粉和0.52g氧化铝粉混合均匀，取3.6g有机载体放入聚四氟乙烯杯中，然后将混合粉倒入杯中，然后放入非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中，按照低速分散搅拌、高速分散搅拌充分搅拌分散均匀后，进一步将混合后的浆料在陶瓷三辊研磨机进行研磨分散，最后对浆料进行真空搅拌离心脱泡。

实施例3

该实施例提供一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料的制备方法，按照以下步骤进行：

S1、制备有机粘结剂：按照质量百分比组成为：15.60 g乙基纤维素、31.20g松节油透醇、24.96 g丁基卡必醇和6.24g邻苯二甲酸二丁酯称取原料，在60℃下，将乙基纤维素加入有机溶剂中，搅拌至溶解完全，得到有机粘结剂。

S2、制备有机载体：向 S1制备得到的有机粘结剂中，加入14.67 g的分散剂KD9和7.33g消泡剂BYK倒入在溶解罐中倒入在溶解罐中，在60℃下，继续将有机粘结剂和表面活性剂混合均匀，得到有机载体。

S3、电极浆料分散：按照配方比例称取22.52 g铂粉末、3.36 g5YSZ粉和0.52 g氧化铝粉混合均匀，取3.6g有机载体放入聚四氟乙烯杯中，然后将混合粉倒入杯中，然后放入非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中，按照低速分散搅拌、高速分散搅拌充分搅拌分散均匀后，进一步将混合后的浆料在陶瓷三辊研磨机进行研磨分散，最后对浆料进行真空搅拌离心脱泡。

实施例4

该实施例提供一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料的制备方法，按照以下步骤进行：

S1、制备有机粘结剂：按照质量百分比组成为：15.98 g乙基纤维素、31.97g松节油透醇、25.58 g丁基卡必醇和6.39 g邻苯二甲酸二丁酯称取原料，在60℃下，将乙基纤维素加入有机溶剂中，搅拌至溶解完全，得到有机粘结剂。

S2、制备有机载体：向 S1制备得到的有机粘结剂中，加入13.38 g的分散剂KD9和6.69g消泡剂BYK倒入在溶解罐中，在60℃下，继续将有机粘结剂和表面活性剂混合均匀，得到有机载体。

S3、电极浆料分散：按照配方比例称取21.24 g铂粉末、4.35 g5YSZ粉和0.51g氧化铝粉混合均匀，取3.9 g有机载体放入聚四氟乙烯杯中，然后将混合粉倒入杯中，然后放入非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中，按照低速分散搅拌、高速分散搅拌充分搅拌分散均匀后，进一步将混合后的浆料在陶瓷三辊研磨机进行研磨分散，最后对浆料进行真空搅拌离心脱泡。

实施例5

该实施例提供一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料的制备方法，按照以下步骤进行：

S1、制备有机粘结剂：按照质量百分比组成为：15.09 g乙基纤维素、30.17g松节油透醇、24.14 g丁基卡必醇和6.03 g邻苯二甲酸二丁酯称取原料，在60℃下，将乙基纤维素加入有机溶剂中，搅拌至溶解完全，得到有机粘结剂。

S2、制备有机载体：向 S1制备得到的有机粘结剂中，加入18.43 g的分散剂KD9和6.14g消泡剂BYK倒入在溶解罐中，在60℃下，继续将有机粘结剂和表面活性剂混合均匀，得到有机载体。

S3、电极浆料分散：按照配方比例称取20.24 g铂粉末、5.06 g5YSZ粉和0.51g氧化铝粉混合均匀，取4.2 g有机载体放入聚四氟乙烯杯中，然后将混合粉倒入杯中，然后放入非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中，按照低速分散搅拌、高速分散搅拌充分搅拌分散均匀后，进一步将混合后的浆料在陶瓷三辊研磨机进行研磨分散，最后对浆料进行真空搅拌离心脱泡。

实施例6

该实施例提供一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料的制备方法，按照以下步骤进行：

S1、制备有机粘结剂：按照质量百分比组成为：15.95 g乙基纤维素、31.91g松节油透醇、25.53g丁基卡必醇和6.38g邻苯二甲酸二丁酯称取原料，在60℃下，将乙基纤维素加入有机溶剂中，搅拌至溶解完全，得到有机粘结剂。

S2、制备有机载体：向 S1制备得到的有机粘结剂中，加入16.18 g的分散剂KD9和4.05g消泡剂BYK倒入在溶解罐中，在60℃下，继续将有机粘结剂和表面活性剂混合均匀，得到有机载体。

S3、电极浆料分散：按照配方比例称取25.58 g铂粉末、0.60 g5YSZ粉和0.52g氧化铝粉混合均匀，取4.2 g有机载体放入聚四氟乙烯杯中，然后将混合粉倒入杯中，然后放入非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中，按照低速分散搅拌、高速分散搅拌充分搅拌分散均匀后，进一步将混合后的浆料在陶瓷三辊研磨机进行研磨分散，最后对浆料进行真空搅拌离心脱泡。

实施例7

该实施例提供一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料的制备方法，按照以下步骤进行：

S1、制备有机粘结剂：按照质量百分比组成为：16.03g乙基纤维素、32.07g松节油透醇、25.65g丁基卡必醇和6.41 g邻苯二甲酸二丁酯称取原料，在60℃下，将乙基纤维素加入有机溶剂中，搅拌至溶解完全，得到有机粘结剂。

S2、制备有机载体：向 S1制备得到的有机粘结剂中，加入17.00 g的分散剂KD9和2.83g消泡剂BYK倒入在溶解罐中，在60℃下，继续将有机粘结剂和表面活性剂混合均匀，得到有机载体。

S3、电极浆料分散：按照配方比例称取19.00 g铂粉末、6.00g5YSZ粉和0.50g氧化铝粉混合均匀，取4.5 g有机载体放入聚四氟乙烯杯中，然后将混合粉倒入杯中，然后放入非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中，按照低速分散搅拌、高速分散搅拌充分搅拌分散均匀后，进一步将混合后的浆料在陶瓷三辊研磨机进行研磨分散，最后对浆料进行真空搅拌离心脱泡。

对比例1

该对比例提供一种电极导线浆料的制备方法，与实施例1不同的是，该对比例中没有加入YSZ粉，按照以下步骤进行：

该实施例提供一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料的制备方法，按照以下步骤进行：

S1、制备有机粘结剂：按照质量百分比组成为：15.95 g乙基纤维素、31.91g松节油透醇、25.53g丁基卡必醇和6.38g邻苯二甲酸二丁酯称取原料，在60℃下，将乙基纤维素加入有机溶剂中，搅拌至溶解完全，得到有机粘结剂。

S2、制备有机载体：向 S1制备得到的有机粘结剂中，加入16.18 g的分散剂KD9和4.05g消泡剂BYK倒入在溶解罐中，在60℃下，继续将有机粘结剂和表面活性剂混合均匀，得到有机载体。

S3、电极浆料分散：按照配方比例称取26.176g铂粉末和0.524g氧化铝粉混合均匀，取3.3g有机载体放入聚四氟乙烯杯中，然后将混合粉倒入杯中，然后放入非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中，按照低速分散搅拌、高速分散搅拌充分搅拌分散均匀后，进一步将混合后的浆料在陶瓷三辊研磨机进行研磨分散，最后对浆料进行真空搅拌离心脱泡。

对比例2

该对比例提供一种电极导线浆料的制备方法，与实施例1不同的是，在S3中，该对比例中添加的YSZ粉与铂粉的比例为1：99，即按重量加入25.91g铂粉末、0.26g5YSZ粉和0.52g氧化铝粉，其他工艺与实施例1相同。

对比例3

该对比例提供一种电极导线浆料的制备方法，与实施例1不同的是，在S3中，该对比例中添加的YSZ粉与铂粉的比例为25：75，即按重量加入18.97 g铂粉末、6.32 g5YSZ粉和0.51g氧化铝粉，其他工艺与实施例5相同。

对实施例1~7和对比例1~3中制备的电极导线浆料进行以下检测。

1、将制备得到的导线浆料通过丝网印刷的方式，以一定的形状印刷在陶瓷基片上，落差部分由连接浆料填充，然后与另一张陶瓷基片等静压叠层，并将叠层后的陶瓷基片切割成长条状，然后放进高温烧结炉进行烧结。冷却出炉后，使用扫描电镜对烧成后的长条基片断面进行观察。

根据导线浆料与陶瓷基片断面形貌，按照以下的标准对导线浆料和陶瓷基片的结合进行判断：

A：导线与基片完全结合在一起；

B：导线与基片之间有裂缝但没有完全剥离；

C：导线直接与基片剥离。

2、按照行业内公知的方法制备传感器，将各个导线浆料按照传感器设计的导线形状，通过丝网印刷的方式将其印刷在基片上。传感器的各种图案的印刷和干燥结束后，将各层陶瓷基片压接而制成层叠体，得到多层叠体的传感器元件。将层叠体以规定的烧成温度进行烧成，得到传感器芯片。

启动时间测试方法： 将传感器安装在检测设备中，向检测设备安装腔道内通入洁净空气： 待洁净空气稳定到lm/s后对传感器进行上电和15s预热。预热完成后，向传感器发送“露点信号”，传感器开始快速升温直到达到正常工作温度（约800 ℃ ）。

启动试验时刻判定：启动时间：空气下，传感器上电升温加热到正常工作温，N0x输出准确的测量值（露点到状态位切换时间）NOx<10ppm时，即为传感器启动时间 ；按照以下的标准进行判断：

A：芯片启动时间小于65s；

B：芯片启动时间大于65s，但小于90s；

C：芯片启动时间大于90s。

VP0是在传感器公共电极和主泵电极之间施加的可调泵电压，是传感器泵电极对应的初始工作电压值，在泵电压 VP0的作用下，根据尾气中氧浓度选择泵入或泵出氧气，最终将第一气体腔室中的氧浓度控制在一个较低但相对固定的水平。VP0值的设定对氮氧传感器的稳定性、线性度、测量精度、响应速度、使用寿命均有较大的影响。

本发明的陶瓷芯片结构为行业内公知的多层电解质基片堆叠而成的陶瓷芯片结构。图4为本次发明陶瓷芯片泵电极简易示意图，其中包括公共电极1、主泵氧电极2、第一层电解质基片3。图5是本次发明中泵电极与电极导线丝印图案示意图，其中包括辅泵电极4、电极导线5、第二层电解质基片6。图6是本次发明中公共电极丝印图案示意图，其中包括公共电极引脚7、主泵电极引脚8、辅泵电极引脚9。

本次氮氧传感器芯片结构为行业内通用氮氧传感器芯片结构，采用行业内公知的电流控制法对陶瓷芯片的联泵性能进行测试，测试设备：8通道氮氧芯片测试治具，测试条件为：气氛：空气、V1=425mV、V2=450mV、IP1=7μA，T=840℃，当通路满足以上条件后，开始电性能测试，得到VP0测量数值。

检测结果如表1所示。

表1

如图1所示，为实施例1中制备的电极导线浆料烧结后的SEM形貌图；图2为实施例3中制备的电极导线浆料烧结后的SEM形貌图；图3为对比例1中制备的电极导线浆料烧结后的SEM形貌图。

从上述检测结果可知，采用本发明实施例中限定的导线浆料配方制备的浆料烧结后与基片结合取得了良好的结果。即表明YSZ粉末的加入，增大了电极浆料的收缩率，使其在烧结过程中与导线上下电解质基片保持收缩一致，可有效解决由于材料间的烧结收缩不匹配导致在电极导线与电解质层间形成空腔的问题，从而使得传感器的信号传输准确稳定。

另外通过上述检测结果可知，本发明的导线浆料制备的电极导线用于制备的传感器的启动时间取得了较好的结果，启动时间均＜65s，即表明YSZ粉末的加入可以有效解决传感器启动时间长的问题。

在导线浆料配方中，YSZ粉末含量过高，会造成导线的电阻值过大，从而影响电路中的电流和电位分布，进而影响泵电极表面的化学反应平衡，使泵电极上的实际电位差减小，为维持泵电极的正常工作，此时控制电路会增大 VP0 值，以保证有足够的电流通过泵电极。当YSZ含量过低时，由于导线和电解质基片之间收缩差异导致形成空腔，腔室中气体浓度变高，需要增大VP0值才能保证腔室浓度达到设定浓度。而VP0过大则会对泵电极测量值、线性度、响应速度、电路元器件的寿命均有较大的影响。从对比例3的检测数据可以看出，YSZ粉的用量超过本申请限定的范围之后，虽然启动时间和浆料与基片结合较好，但其VP0过大，VP0过大泵电极的线性度变差，寿命变短，响应速度也会变慢。

综上所述，本发明通过上述实验，验证了在电极导向浆料的配方中，只有将YSZ粉末限定在本发明的用量范围之内，才能使得电极导线浆料在共烧后形成的电极导线与基片间的结合力强且电极性能稳定，从而使得传感器具备信号传输准确稳定、启动时间快的优异性能。

最后应说明的是：以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。

Claims (10)

1.一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：60wt%~90wt%的铂粉，0.1wt%~2wt%的氧化铝粉，2wt%~20wt%的YSZ粉，余量为有机载体。

2.根据权利要求1所述的一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料，其特征在于，所述有机载体包括有机粘结剂和表面活性剂，所述有机粘结剂与所述表面活性剂的重量比为（70~85）：（15~30）。

3.根据权利要求2所述的一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料，其特征在于，所述有机粘结剂包括有机树脂和有机溶剂，所述有机树脂与有机溶剂的重量比为（15~30）：（70~85）。

4.根据权利要求3所述的一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料，其特征在于，所述有机树脂包括乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、甲基丙烯酸、丙烯酸树脂、环氧树脂、硝化纤维素中的任意一种或几种。

5.根据权利要求3所述的一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料，其特征在于，所述有机溶剂包括松节油透醇、丁基卡必醇、柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、丙酸酯中的任意一种或几种。

6.根据权利要求2所述的一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料，其特征在于，所述表面活性剂包括分散剂、消泡剂、流平剂、触变剂中的任意一种或几种。

7.一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备有机粘结剂：按重量百分比，将有机树脂加入到有机溶剂中，搅拌至溶解完全，得到有机粘结剂；

制备有机载体：向有机粘结剂中加入表面活性剂，继续搅拌，将有机粘结剂和表面活性剂混合均匀，得到有机载体；

分散电极导线浆料：按照重量百分比，将铂粉、氧化铝粉、YSZ粉进行充分混合，再将制备的有机体系按比例加入到混合粉中，充分搅拌分散均匀，再进行研磨分散、真空搅拌离心脱泡后得到电极导线浆料。

8.根据权利要求7所述的一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料的制备方法，其特征在于，使用陶瓷三辊研磨机进行研磨分散，所述陶瓷三辊研磨机的陶瓷辊的材质为氧化锆材质。

9.根据权利要求7所述的一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料的制备方法，其特征在于，所述真空搅拌离心脱泡的工艺为：先将经过研磨分散的浆料放入聚四氟乙烯杯中充分搅拌，然后放入非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中，依次按照低速分散搅拌、高速分散搅拌、真空脱泡三个步骤进行。

10.根据权利要求7所述的一种氧化锆基气体传感器电极导线浆料的制备方法，其特征在于，制备有机载体和有机体系时，搅拌温度均控制在60℃~80℃。