專利名稱：寬溫窄阻帶厚膜空/燃比傳感器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空/燃比控制傳感器，更進(jìn)一步涉及各類發(fā)動(dòng)機(jī)、燃燒設(shè)備、器具的空/燃比控制用傳感器的制備方法。
背景技術(shù)：
空燃比控制用傳感器已出現(xiàn)在市場(chǎng)上的有ZrO2濃差電池型、TiO2及其它氧化物單相混合的電阻型。ZrO2濃差電池型在室溫～800℃范圍內(nèi)存在鉛中毒、結(jié)構(gòu)相變及價(jià)格較高的問(wèn)題，在使用中存在早期失效及成本偏高的缺點(diǎn)。為此，人們對(duì)TiO2及其它氧化物單相混合電阻型傳感器進(jìn)行了大量的研究，由于在室溫～800℃的寬溫范圍內(nèi)存在(1)寬阻帶、還原態(tài)下呈現(xiàn)高阻態(tài)；(2)壽命較短；(3)信號(hào)電路復(fù)雜等缺點(diǎn)。所以至今仍未大量投入使用。新近又進(jìn)行了IBMD法的研究，但由于制備成本較高，性能難以保證、加熱溫度高等問(wèn)題，也未能普及。但隨著汽車數(shù)量的上升，城市的空氣污染主要來(lái)源于汽車尾氣的排放，各類燃燒設(shè)備、器具及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在空/燃比不當(dāng)時(shí)，一方面會(huì)排出大量有害氣體，污染環(huán)境；另一方面使能源不能得到充分利用，造成浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種長(zhǎng)壽命、低價(jià)格、高性能的寬溫窄阻帶厚膜空/燃比傳感器的制備方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是根據(jù)N型過(guò)渡金屬氧化物半導(dǎo)體在氧化氣氛下晶界勢(shì)壘高度的提高，還原氣氛下晶界勢(shì)壘高度的降低，采用金紅石型TiO2結(jié)構(gòu)對(duì)體內(nèi)進(jìn)行N型摻雜，晶界進(jìn)行P型復(fù)合擴(kuò)散。使樣品在氧化氣氛下，電導(dǎo)急劇降低，還原氣氛下，急劇增加。采用厚膜工藝使樣品在250℃～800℃范圍內(nèi)，使高溫端氧化態(tài)下最低阻值和低溫端還原態(tài)下的最高阻值出現(xiàn)1～3個(gè)數(shù)量級(jí)的差別。
本發(fā)明的制備工藝為1)將能合成(TiSnNb)O2基的金紅石結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體瓷粉試劑研細(xì)制坯后，置于1000℃～1350℃酌燒30分鐘～4小時(shí)；2)細(xì)粉化后和(0～20)％wt中溫玻璃粉混合，制成印刷用敏感粉漿料；3)在氧化鋁基片上絲網(wǎng)印刷成叉指電極后，置于800℃～1000℃酌燒20分鐘～1小時(shí)；4)再用絲網(wǎng)印刷敏感粉漿料后，置于1000℃～1350℃酌燒1～2小時(shí)，將冷卻速度控制在每分鐘120℃～180℃，使樣品冷卻，制成敏感元件；5)再用鉑漿料將鉑絲和敏感元件的叉指電極引出端溶接，置于800℃～1000℃酌燒10～20分鐘，使樣品自然冷卻；6)在敏感元件背面絲網(wǎng)印刷加熱器漿料、并置于650℃～850℃酌燒10～45分鐘；7)浸漬或涂敷10％～50％的催化劑鹽溶液后，置于700℃～1000℃酌燒30分鐘～2小時(shí)。
采用本發(fā)明的制備方法，提高了空/燃比傳感器的性能、降低了制造成本，使空燃比傳感器的控制效果進(jìn)一步提高。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1對(duì)組份為0.63TiO2＋0.2SnO2＋0.05Nb2O5＋0.12Bi2O3的瓷粉樣品試劑研細(xì)制坯后，在1000℃酌燒30分鐘，制成印刷用敏感粉漿料；在氧化鋁基片上絲網(wǎng)印刷成叉指電極后，置于800℃酌燒20分鐘；再用絲網(wǎng)印刷敏感粉漿料后，置于1000℃酌燒1小時(shí)，將冷卻速度控制在每分鐘120℃，使樣品冷卻，制成敏感元件；再用鉑漿料將鉑絲和敏感元件的叉指電極引出端溶接，置于800℃酌燒10分鐘，使樣品自然冷卻；在敏感元件背面絲網(wǎng)印刷加熱器漿料，并置于650℃酌燒半小時(shí)；浸漬于10％的催化劑PdCl2溶液后，置于700℃酌燒30分鐘。
所制樣品在氧化氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為50kΩ～1000kΩ。
在還原氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為95Ω～50Ω。
實(shí)施例2對(duì)組份為0.63TiO2＋0.2SnO2＋0.05Nb2O5＋0.12Bi2O3的瓷粉樣品試劑研細(xì)制坯后，在1350℃酌燒4小時(shí)，細(xì)粉化后和20％wt中溫玻璃粉混合，制成印刷用敏感粉漿料；在氧化鋁基片上絲網(wǎng)印刷成叉指電極后，置于1000℃酌燒1小時(shí)；再用絲網(wǎng)印刷敏感粉漿料后，置于1350℃酌燒2小時(shí)，將冷卻速度控制在每分鐘180℃，使樣品冷卻，制成敏感元件；再用鉑漿料將鉑絲和敏感元件的叉指電極引出端溶接，置于1000℃酌燒20分鐘，使樣品自然冷卻；在敏感元件背面絲網(wǎng)印刷加熱器漿料，并置于850℃酌燒10分鐘；涂敷30％的催化劑H4PtCl2溶液后，置于1000℃酌燒2小時(shí)。
所制樣品在氧化氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為50kΩ～1000kΩ。
在還原氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為95Ω～250Ω。
實(shí)施例3對(duì)組份為0.63TiO2＋0.2SnO2＋0.05 Nb2O5＋0.12Bi2O3的瓷粉樣品試劑研細(xì)制壞后，置于1150℃酌燒2小時(shí)，細(xì)粉化后和10％wt中溫玻璃粉混合，制成印刷用敏感粉漿料；在氧化鋁基片上絲網(wǎng)印刷成叉指電極后，置于900℃酌燒40分鐘；再用絲網(wǎng)印刷敏感粉漿料后，置于1150℃酌燒1.5小時(shí)，將冷卻速度控制在每分鐘150℃，使樣品冷卻，制成敏感元件；再用鉑漿料將鉑絲和敏感元件的叉指電極引出端溶接，置于900℃酌燒15分鐘，使樣品自然冷卻；在敏感元件背面絲網(wǎng)印刷加熱器漿料，并置于700℃酌燒45分鐘；涂敷50％的催化劑鹽PdCl2溶液后，置于900℃酌燒1小時(shí)。
所制樣品在氧化氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為50kΩ～1000kΩ。
在還原氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為95Ω～250Ω。
實(shí)施例4對(duì)組份0.64TiO2＋0.3SnO2＋0.06Nb2O5的瓷粉樣品試劑研細(xì)制坯后，在1000℃酌燒30分鐘，制成印刷用敏感粉漿料；在氧化鋁基片上絲網(wǎng)印刷成叉指電極后，置于800℃酌燒20分鐘；再用絲網(wǎng)印刷敏感粉漿料后，置于1000℃酌燒1小時(shí)，將冷卻速度控制在每分鐘120℃，使樣品冷卻，制成敏感元件；再用鉑漿料將鉑絲和敏感元件的叉指電極引出端溶接，置于800℃酌燒10分鐘，使樣品自然冷卻；在敏感元件背面絲網(wǎng)印刷加熱器漿料，并置于650℃酌燒10分鐘；浸漬于10％的催化劑H4PtCl2溶液后，在700℃酌燒30分鐘。
所制樣品在氧化氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為50kΩ～1000kΩ。
所制樣品在還原氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為85Ω～150Ω。
實(shí)施例5對(duì)組份0.64TiO2＋0.3SnO2＋0.06Nb2O5的瓷粉樣品試劑研細(xì)制坯后，置于1200℃酌燒2小時(shí)，細(xì)粉化后和8％wt中溫玻璃粉混合，制成印刷用敏感粉漿料；在氧化鋁基片上絲網(wǎng)印刷成叉指電極后，置于900℃酌燒40分鐘；再用絲網(wǎng)印刷敏感粉漿料后，置于1100℃酌燒1.5小時(shí)，將冷卻速度控制在每分鐘150℃，使樣品冷卻，制成敏感元件；再用鉑漿料將鉑絲和敏感元件的叉指電極引出端溶接，置于900℃酌燒16分鐘，使樣品自然冷卻；在敏感元件背面絲網(wǎng)印刷加熱器漿料，并置于700℃酌燒25分鐘；浸漬于25％的催化劑PdCl2溶液后，在900℃酌燒1小時(shí)。
所制樣品在氧化氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為50kΩ～1000kΩ。
所制樣品在還原氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為85Ω～150Ω。
實(shí)施例6對(duì)組份0.64TiO2＋0.3SnO2＋0.06Nb2O5的瓷粉樣品試劑研細(xì)制坯后，置于1350℃酌燒4小時(shí)，細(xì)粉化后和20％wt中溫玻璃粉混合，制成印刷用敏感粉漿料；在氧化鋁基片上絲網(wǎng)印刷成叉指電極后，置于1000℃酌燒1小時(shí)；再用絲網(wǎng)印刷敏感粉漿料后，置于1350℃酌燒2小時(shí)，將冷卻速度控制在每分鐘180℃，使樣品冷卻，制成敏感元件；再用鉑漿料將鉑絲和敏感元件的叉指電極引出端溶接，置于1000℃酌燒20分鐘，使樣品自然冷卻；在敏感元件背面絲網(wǎng)印刷加熱器漿料，并置于850℃酌燒45分鐘；涂敷50％的催化劑H4PtCl2溶液后，在1000℃酌燒2小時(shí)。
所制樣品在氧化氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為50kΩ～1000kΩ。
所制樣品在還原氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為85Ω～150Ω。
實(shí)施例7對(duì)組份0.63TiO2＋0.30SnO2＋0.07Nb2O5的瓷粉樣品試劑研細(xì)制坯后，置于1000℃酌燒4小時(shí)，細(xì)粉化后和20％wt中溫玻璃粉混合，制成印刷用敏感粉漿料；在氧化鋁基片上絲網(wǎng)印刷成叉指電極后，在800℃酌燒1小時(shí)；再用絲網(wǎng)印刷敏感粉漿料后，置于1000℃酌燒2小時(shí)，將冷卻速度控制在每分鐘120℃，使樣品冷卻，制成敏感元件；再用鉑漿料將鉑絲和敏感元件的叉指電極引出端溶接，置于1000℃酌燒10分鐘，使樣品自然冷卻；在敏感元件背面絲網(wǎng)印刷加熱器漿料，并置于850℃酌燒10分鐘；涂敷50％的催化劑PdCl2溶液后，在700℃酌燒2小時(shí)。
所制樣品在氧化氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為200kΩ～5×106Ω。
所制樣品在還原氣氛下在250℃～8000℃內(nèi)，阻值為150Ω～220Ω。
實(shí)施例8對(duì)組份0.63TiO2＋0.30SnO2＋0.07Nb2O5的瓷粉樣品試劑研細(xì)制坯后，置于1350℃酌燒30分鐘，制成印刷用敏感粉漿料；在氧化鋁基片上絲網(wǎng)印刷成叉指電極后，在1000℃酌燒20分鐘；再用絲網(wǎng)印刷敏感粉漿料后，置于1350℃酌燒1小時(shí)，將冷卻速度控制在每分鐘180℃，使樣品冷卻，制成敏感元件；再用鉑漿料將鉑絲和敏感元件的叉指電極引出端溶接，置于800℃酌燒20分鐘，使樣品自然冷卻；在敏感元件背面絲網(wǎng)印刷加熱器漿料，并置于650℃酌燒45分鐘；浸漬于10％的催化劑H4PtCl2溶液中，在1000℃酌燒30分鐘。
所制樣品在氧化氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為200kΩ～5×106Ω。
所制樣品在還原氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為150Ω～220Ω。
實(shí)施例9對(duì)組份0.63TiO2＋0.30SnO2＋0.07Nb2O5的瓷粉樣品試劑研細(xì)制坯后，置于1200℃酌燒3小時(shí)，細(xì)粉化后和15％wt中溫玻璃粉混合，制成印刷用敏感粉漿料；在氧化鋁基片上絲網(wǎng)印刷成叉指電極后，在920℃酌燒45分鐘；再用絲網(wǎng)印刷敏感粉漿料后，置于1280℃酌燒1.5小時(shí)，將冷卻速度控制在每分鐘140℃，使樣品冷卻，制成敏感元件；再用鉑漿料將鉑絲和敏感元件的叉指電極引出端溶接，置于900℃酌燒18分鐘，使樣品自然冷卻；在敏感元件背面絲網(wǎng)印刷加熱器漿料，并置于750℃酌燒半小時(shí)，浸漬于28％的催化劑PdCl2溶液后，在950℃酌燒1小時(shí)。
所制樣品在氧化氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為200kΩ～5×106Ω。
所制樣品在還原氣氛下在250℃～800℃內(nèi)，阻值為150Ω～220Ω。
權(quán)利要求
1.寬溫窄阻帶厚膜空/燃比傳感器的制備方法，其特征在于1)將能合成(TiSnNb)O2基的金紅石結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體瓷粉試劑研細(xì)制坯后，置于1000℃～1350℃酌燒30分鐘～4小時(shí)；2)細(xì)粉化后和0～20％wt中溫玻璃粉混合，制成印刷用敏感粉漿料；3)在氧化鋁基片上絲網(wǎng)印刷成叉指電極后，在800℃～1000℃酌燒20分鐘～1小時(shí)；4)再用絲網(wǎng)印刷敏感粉漿料后置于1000℃～1350℃酌燒1～2小時(shí)，將冷卻速度控制在每分鐘120℃～180℃，使樣品冷卻，制成敏感元件；5)再用鉑漿料將鉑絲和敏感元件的叉指電極引出端溶接，置于800℃～1000℃酌燒10～20分鐘，使樣品自然冷卻；6)在敏感元件背面絲網(wǎng)印刷加熱器漿料，并置于650℃～850℃酌燒15～45分鐘；7)浸漬或涂敷10％～50％的催化劑鹽溶液，在700℃～1000℃酌燒30分鐘～2小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫窄阻帶厚膜空/燃比傳感器的制備方法，其特征在于1)將能合成(TiSnNb)O2基的金紅石結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體瓷粉試劑研細(xì)制坯后，置于1000℃酌燒30分鐘；2)細(xì)粉化后制成印刷用敏感粉漿料；3)在氧化鋁基片上絲網(wǎng)印刷成叉指電極后，在800℃酌燒20分鐘；4)再用絲網(wǎng)印刷敏感粉漿料后，置于1000℃進(jìn)行酌燒1小時(shí)，將樣品的冷卻速度控制在每分鐘120℃使之冷卻，制成敏感元件；5)再用鉑漿料將鉑絲和敏感元件的叉指電極引出端溶接，置于800℃酌燒10分鐘，使樣品自然冷卻；6)在敏感元件背面絲網(wǎng)印刷加熱器漿料，并置于650℃酌燒10分鐘；7)浸漬于10％的催化劑鹽溶液，在700℃酌燒30分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫窄阻帶厚膜空/燃比傳感器的制備方法，其特征在于1)將能合成(TiSnNb)O2基的金紅石結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體瓷粉試劑研細(xì)制坯后，置于1100℃酌燒2小時(shí)；2)細(xì)粉化后10％wt中溫玻璃粉混合，制成印刷用敏感粉漿料；3)在氧化鋁基片上絲網(wǎng)印刷成叉指電極后，在900℃下酌燒40分鐘；4)再用絲網(wǎng)印刷敏感粉漿料后，置于1100℃酌燒1.5小時(shí)，將冷卻速度控制在每分鐘150℃，使樣品冷卻，制成敏感元件；5)再用鉑漿料將鉑絲和敏感元件的叉指電極引出端溶接，置于900℃酌燒15分鐘，使樣品自然冷卻；6)在敏感元件背面絲網(wǎng)印刷加熱器漿料，并置于750℃酌燒半小時(shí)；7)涂敷30％催化劑鹽溶液，在850℃酌燒1小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫窄阻帶厚膜空/燃比傳感器的制備方法，其特征在于1)將能合成(TiSnNb)O2基的金紅石結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體瓷粉試劑研細(xì)制坯后，在1350℃酌燒4小時(shí)；2)細(xì)粉化后和20％wt中溫玻璃粉混合，制成印刷用敏感粉漿料；3)在氧化鋁基片上絲網(wǎng)印刷成叉指電極后，在1000℃下酌燒1小時(shí)；4)再用絲網(wǎng)印刷敏感粉漿料后，置于1350℃酌燒2小時(shí)，將冷卻速度控制在每分鐘180℃，使樣品冷卻，制成敏感元件；5)再用鉑漿料將鉑絲和敏感元件的叉指電極引出端溶接，置于1000℃酌燒20分鐘，使樣品自然冷卻；6)在敏感元件背面絲網(wǎng)印刷加熱器漿料，并置于850℃酌燒45分鐘；7)浸漬于50％的催化劑鹽溶液，在1000℃下酌燒2小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫窄阻帶基厚膜空/燃比傳感器的制備方法，其特征在于所說(shuō)的(TiSnNb)O2基中TiO2的含量為0.63mol～0.64mol。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫窄阻帶厚膜空/燃比傳感器的制備方法，其特征在于所說(shuō)的(TiSnNb)O2基中SnO2的含量為0.2mol～0.3mol。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫窄阻帶厚膜空/燃比傳感器的制備方法，其特征在于所說(shuō)的(TiSnNb)O2基中Nb2O5的含量為0.05mol～0.07mol。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫窄阻帶厚膜空/燃比傳感器的制備方法，其特征在于所說(shuō)的鹽溶液為PdCl2或H4PtCl2溶液。
全文摘要
寬溫窄阻帶厚膜空/燃比傳感器的制備方法,根據(jù)N型過(guò)渡金屬氧化物半導(dǎo)體在氧化氣氛下晶界勢(shì)壘高度的提高,還原氣氛下晶界勢(shì)壘高度的降低,采用金紅石型TiO
文檔編號(hào)G01N27/407GK1334461SQ0112877
公開(kāi)日2002年2月6日 申請(qǐng)日期2001年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月3日
發(fā)明者袁戰(zhàn)恒, 武明堂 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)