一种传感元件及其制备方法、车辆与流程

本发明涉及传感元件领域，具体涉及一种传感元件及其制备方法、车辆。

背景技术：

1、传感元件是发动机电喷系统的重要组件，也是汽车尾气排放控制的关键元件。发动机冷启动时的排气中有大量的水蒸气，当水蒸气遇到冷的传感元件金属保护外壳时会产生冷凝水，在高速流动的尾气作用下，冷凝水可能会被带到处于高温工作状态下的传感元件上，此时，冷凝水会在高温的传感元件表面产生极大的温差，进而导致热应力裂纹，最终使传感元件失效。因此，对传感元件施加保护层，避免冷凝水侵害传感元件，可以缩短发动机在冷启动阶段的开环时间，降低空气污染。由于传感元件需要接触高速流动的气流，并且承受汽车行驶过程中的颠簸，保护层需要与基体之间有较强的结合强度，否则保护层脱落以后，会极大地降低传感元件的使用寿命。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供了一种传感元件及其制备方法、车辆，本申请提出保护层提高了保护层与基体之间的结合强度，使得保护层与基体之间结合牢固，保护层不易脱落，提高了传感元件的使用寿命。

2、第一方面，本申请提供了一种传感元件，所述传感元件包括基体和设置在所述基体至少部分表面的保护层，所述保护层包括85wt%-95wt%的陶瓷相和5wt%-15wt%的粘结相；所述陶瓷相包括al2o3和zro2中的一种或两种；所述粘结相为三相熔融物，第一相包括mgo，第二相包括sio2，第三相包括cao、tio2或al2o3中的一种。

3、可选地，所述第一相、所述第二相和所述第三相的质量比为（0.4-1.5）：1：（0.3-1.5）。

4、可选地，所述粘结相的熔点为1000-1300℃。

5、可选地，所述保护层的孔隙率为20-40%，孔隙孔径为0.2-5μm。

6、可选地，所述保护层的厚度为300-800μm。

7、可选地，所述保护层与基体之间的界面缝隙分布不大于2个，沿着所述基体的厚度方向所述界面缝隙的宽度小于5μm。

8、可选地，沿着与所述厚度方向垂直的方向，所述界面缝隙的长度小于100μm。

9、可选地，所述保护层与基体之间的结合强度大于15mpa。

10、第二方面，本申请提供了一种传感元件的制备方法，包括如下步骤：s1、球磨混合陶瓷粉、造孔剂、烧结助剂和第一溶剂，得到第一粉料；s2、将所述第一粉料干燥后过筛，得到第二粉料；s3、将所述第二粉料与分散剂、粘结剂和第二溶剂研磨混合，得到保护层浆料；s4、将所述保护层浆料涂覆于基体上，得到传感元件生坯；s5、将所述传感元件生坯进行烧结。

11、可选地，步骤s1中，所述烧结助剂包括mgo和sio2以及物质m，所述物质m包括caco3、tio2或al2o3中的一种。

12、可选地，以所述烧结助剂的总质量为基准，所述烧结助剂包括20wt%-40wt%的mgo、30wt%-45wt%的sio2和15wt%-40wt%的物质m。

13、可选地，所述烧结助剂中mgo、sio2和物质m的质量比为（0.4-1.5）：1：（0.3-1.5）。

14、可选地，步骤s1中，所述陶瓷粉为al2o3和zro2中的一种或两种；

15、所述造孔剂为石墨、聚甲基丙烯酸甲酯、淀粉和聚酰亚胺树脂中的一种或多种；

16、所述第一溶剂为无水乙醇、纯水或甲醇中的一种。

17、可选地，步骤s3中，所述分散剂为三油酸甘油酯、聚乙烯醇缩丁醛酯、三乙醇胺和蓖麻油中的一种或多种；

18、所述粘结剂为乙基纤维素、聚丙烯酸和乙烯中的一种或多种；

19、所述第二溶剂为松油醇、甲苯或二甲苯中的一种。

20、可选地，步骤s3中，以所述保护层浆料的总质量为基准，所述保护层浆料包括60wt%-80wt%的陶瓷粉，5wt%-10wt%的烧结助剂，1wt%-5wt%的造孔剂，0.1wt%-2wt%的分散剂，0.5wt%-5wt%的粘结剂和15wt%-25wt%的第二溶剂。

21、可选地，步骤s3中，所述保护层浆料的粘度为10000-30000mpa∙s。

22、可选地，步骤s5中，所述烧结的温度为1100-1300℃，所述烧结保温的时间为1-2h。

23、可选地，所述传感元件为氧传感器。

24、第三方面，本申请提供了一种车辆，所述车辆包括本申请第一方面提供的传感元件。

25、通过上述技术方案，本申请所提出的保护层包括了陶瓷相和粘结相，所述粘结相由烧结助剂烧结得到，所述烧结助剂在较低的温度下形成三相共存的熔融相，在保护层的原料中起黏合作用，提高保护层内部结合强度的同时提高了保护层与基体之间的结合强度，使得保护层与基体之间结合牢固，保护层不易脱落，提高了传感元件的使用寿命。

26、本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种传感元件，其特征在于，包括基体和设置在所述基体至少部分表面的保护层，所述保护层包括85wt%-95wt%的陶瓷相和5wt%-15wt%的粘结相；所述陶瓷相包括al2o3和zro2中的一种或两种；所述粘结相为三相熔融物，第一相包括mgo，第二相包括sio2，第三相包括cao、tio2或al2o3中的一种。

2.根据权利要求1所述的传感元件，其特征在于，所述第一相、所述第二相和所述第三相的质量比为（0.4-1.5）：1：（0.3-1.5）。

3.根据权利要求1所述的传感元件，其特征在于，所述粘结相的熔点为1000-1300℃。

4.根据权利要求1所述的传感元件，其特征在于，所述保护层的孔隙率为20-40%，孔径为0.2-5μm。

5.根据权利要求1所述的传感元件，其特征在于，所述保护层的厚度为300-800μm。

6.根据权利要求1所述的传感元件，其特征在于，所述保护层与基体之间的界面缝隙分布不大于2个，沿着所述基体的厚度方向所述界面缝隙的宽度小于5μm。

7.根据权利要求6所述的传感元件，其特征在于，沿着与所述厚度方向垂直的方向，所述界面缝隙的长度小于100μm。

8.根据权利要求1所述的传感元件，其特征在于，所述保护层与基体之间的结合强度大于15mpa。

9.一种如权利要求1-8任意一项所述的传感元件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、球磨混合陶瓷粉、造孔剂、烧结助剂和第一溶剂，得到第一粉料；s2、将所述第一粉料干燥后过筛，得到第二粉料；s3、将所述第二粉料与分散剂、粘结剂和第二溶剂研磨混合，得到保护层浆料；s4、将所述保护层浆料涂覆于基体上，得到传感元件生坯；s5、将所述传感元件生坯进行烧结。

10.根据权利要求9所述的传感元件的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述烧结助剂包括mgo和sio2以及物质m，所述物质m包括caco3、tio2或al2o3中的一种。

11.根据权利要求9所述的传感元件的制备方法，其特征在于，以所述烧结助剂的总质量为基准，所述烧结助剂包括20wt%-40wt%的mgo、30wt%-45wt%的sio2和15wt%-40wt%的物质m。

12.根据权利要求10-11任意一项所述的传感元件的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂中mgo、sio2和物质m的质量比为（0.4-1.5）：1：（0.3-1.5）。

13.根据权利要求9所述的传感元件的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述陶瓷粉为al2o3和zro2中的一种或两种；

14.根据权利要求9所述的传感元件的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述分散剂为三油酸甘油酯、聚乙烯醇缩丁醛酯、三乙醇胺和蓖麻油中的一种或多种；

15.根据权利要求9所述的传感元件的制备方法，其特征在于，步骤s3中，以所述保护层浆料的总质量为基准，所述保护层浆料包括60wt%-80wt%的陶瓷粉，5wt%-10wt%的烧结助剂，1wt%-5wt%的造孔剂，0.1wt%-2wt%的分散剂，0.5wt%-5wt%的粘结剂和15wt%-25wt%的第二溶剂。

16.根据权利要求9所述的传感元件的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述保护层浆料的粘度为10000-30000mpa∙s。

17.根据权利要求9所述的传感元件的制备方法，其特征在于，步骤s5中，所述烧结的温度为1100-1300℃，所述烧结保温的时间为1-2h。

18.根据权利要求1所述的传感元件，其特征在于，所述传感元件为氧传感器。

19.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1-8任意一项所述的传感元件。

技术总结
本申请提供了一种传感元件及其制备方法、车辆，所述传感元件包括基体和设置在所述基体至少部分表面的保护层，所述保护层包括85wt%‑95wt%的陶瓷相和5wt%‑15wt%的粘结相；所述陶瓷相包括Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和ZrO<subgt;2</subgt;中的一种或两种；所述粘结相为三相熔融物，第一相包括MgO，第二相包括SiO<subgt;2</subgt;，第三相包括CaO、TiO<subgt;2</subgt;或Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;中的一种。本申请中采用混合烧结助剂制备得到的保护层提高了保护层与基体之间的结合强度，使得保护层与基体之间结合牢固。

技术研发人员：杨兵权,林信平,邓天有,林文熹
受保护的技术使用者：比亚迪股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/11