新型平板式濃差型汽車氧傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝的研究.pdf

1、根據(jù)Nernst原理，傳統(tǒng)平板式濃差型汽車氧傳感器在結(jié)構(gòu)上必須有氣室層，為氧傳感器提供恒定的參比氧分壓。氣室層的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成型成本高，同時(shí)空腔結(jié)構(gòu)會(huì)極大降低傳感器的整體強(qiáng)度，阻礙了氧傳感器的進(jìn)一步微型化。本文提出利用鈰基儲(chǔ)氧材料作為固態(tài)氧分壓參比層取代氣室層，設(shè)計(jì)一種新型平板式濃差型汽車氧傳感器，旨在簡化傳統(tǒng)平板式汽車氧傳感器的制造工藝，降低制造成本，提高傳感器的性能，為氧傳感器的平板化和微型化提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容如下：

2、r>　　1）對新型平板式汽車氧傳感器的核心部件—YSZ（yttria stabilizedzirconia，釔穩(wěn)定氧化鋯）固體電解質(zhì)的成型工藝和燒結(jié)工藝進(jìn)行了研究。選擇8YSZ雙粒度粉體，對其進(jìn)行干壓成型、無壓燒結(jié)實(shí)驗(yàn)。對成型壓力、保壓時(shí)間及粘結(jié)劑用量等成型工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化；利用正交試驗(yàn)對燒結(jié)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，討論了燒結(jié)溫度、升溫速率、保溫時(shí)間、燒結(jié)方式等燒結(jié)工藝參數(shù)對8YSZ陶瓷燒結(jié)性能和力學(xué)性能的影響，并優(yōu)化出其燒結(jié)工藝參數(shù)。研究結(jié)

3、果表明：選取PVA加入量10％wt、成型壓力10Mpa、保壓時(shí)間30s的成型工藝參數(shù)，可壓制出相對密度為54.9%的陶瓷坯體；選取燒結(jié)溫度1500℃，保溫時(shí)間4h，升溫速率5℃/min，燒結(jié)方式裸燒的燒結(jié)工藝參數(shù)，可制備出相對密度為98.3%，抗彎強(qiáng)度為100.3Mpa的8YSZ陶瓷。
　　2）利用鈰基儲(chǔ)氧材料作為固態(tài)氧分壓參比層，設(shè)計(jì)出了新型平板式汽車氧傳感器的整體結(jié)構(gòu)及制作工藝，并搭建了測試系統(tǒng)。
　　3）對新型平板式汽

4、車氧傳感器冷啟動(dòng)時(shí)的熱應(yīng)力耦合場進(jìn)行了模擬。通過施加階躍電壓取代恒定電壓的方法，大大縮短了傳感器的響應(yīng)時(shí)間。電熱耦合分析結(jié)果顯示：在t=3s時(shí)，傳感器敏感區(qū)域溫度就已達(dá)工作溫度300℃以上。t=5s時(shí)，各層出現(xiàn)最大溫度梯度；熱力耦合分析結(jié)果顯示：傳感器冷啟動(dòng)時(shí)，各層等效應(yīng)力是逐漸增大的，20s時(shí)達(dá)到最大，主要來源于裝配邊界條件產(chǎn)生的裝配應(yīng)力。有限元分析結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的新型平板式氧傳感器的響應(yīng)時(shí)間和強(qiáng)度均滿足要求，該設(shè)計(jì)、建模方法可以應(yīng)用