一种耐水汽老化的高温湿度传感器的制备工艺制造技术

本发明专利技术属于传感器领域，具体涉及一种耐水汽老化的高温湿度传感器的制备工艺，包括如下步骤：滚磨制浆：将YSZ粉体、分散剂、溶剂、粘结剂、增塑剂混合，加入锆球磨介滚磨均匀成浆，得浆料；将所述浆料流延制生瓷带；在所述生瓷带上打孔；印刷：用丝网在所述生瓷带印刷电极浆料和造腔浆料；叠层；切割；烧结；所述造腔浆料由无定型碳粉和Y2O3按质量比（94.5

【技术实现步骤摘要】
一种耐水汽老化的高温湿度传感器的制备工艺


[0001]本专利技术属于传感器领域，具体涉及一种耐水汽老化的高温湿度传感器的制备工艺。

技术介绍

[0002]湿度、温度参数控制在纺织、造纸、食品、锅炉、木材干燥等行业领域具有及其重要意义。国际上通常以水蒸汽百分比容来度量高温空气介质的湿度，而针对高温（≥100℃）环境，常用的湿敏元件，如高分子类湿度传感器、电解质类湿度传感器，这类湿度传感器高温环境中的测试表现往往劣于在低温环境中的测试表现。
[0003]氧化锆极限电流型氧传感器基于高温空气中的氧分压随其湿度变化的线性关系，可以通过测量高温环境下氧浓度来表示高温环境湿度。
[0004]但本申请人认为现有氧化锆极限电流型氧传感器的耐水汽老化较差，导致氧化锆极限电流型高温湿度传感器的服役寿命缩短，且传感器检测信号精准度差。

技术实现思路

[0005]为了改善现有氧化锆极限电流型氧传感器的耐水汽老化较差的缺陷，本申请提供一种耐水汽老化的高温湿度传感器的制备工艺。
[0006]第一方面，本申请提供一种耐水汽老化的高温湿度传感器的制备工艺，采用如下技术方案实现：一种耐水汽老化的高温湿度传感器的制备工艺，包括如下步骤：滚磨制浆：将YSZ粉体、分散剂、溶剂、粘结剂、增塑剂混合，加入锆球磨介滚磨均匀成浆，得浆料；将所述浆料流延制生瓷带；在所述生瓷带上打孔；印刷：用丝网在所述生瓷带上印刷电极浆料和造腔浆料；叠层；切割；烧结；所述造腔浆料由无定型碳粉和Y2O3按质量比（94.5
‑
99.5）:（0.5
‑
5.5）混合而成。
[0007]通过采用上述技术方案，造腔浆料由无定型碳粉和Y2O3按质量比（94.5
‑
99.5）:（0.5
‑
5.5）混合而成，造腔浆料中无定型碳粉在烧结过程中会烧失，造腔浆料中Y2O3沉积在阴极Pt／YSZ界面，在原有生瓷带的基础上增加额外的Y2O3含量，即可以增加阴极Pt／YSZ界面处Y2O3含量，增加表面固溶体氧空位含量，在表面形成稳定的立方ZrO2，阻止水汽老化向内部深入，可以稳定Pt／空气／YSZ三相界面的长度，提高了高温湿度传感器的耐水汽老化性。但本申请人在研究过程中发现，造腔浆料中Y2O3含量过高，在烧结过程中Y2O3会掺杂进入氧化锆晶体，阴极Pt／YSZ界面处Y2O3额外增加Y2O3含量过多会影响扩散空腔的有效空间以及
Pt／空气／YSZ三相界面大小，降低Pt活性，影响高温湿度传感器的检测性能。造腔浆料中Y2O3含量低，不能很好的增加阴极Pt／YSZ界面处Y2O3含量，高温湿度传感器的耐水汽老化性提高效果也不明显。
[0008]优选的，所述造腔浆料由无定型碳粉和Y2O3按质量比97:3混合而成。
[0009]通过采用上述技术方案，高温湿度传感器的耐水汽老化性好，高温湿度传感器的检测信号精准度高、服役寿命长。
[0010]优选的，所述造腔浆料中Y2O3的粒径D
50
为50
‑
100nm。
[0011]通过采用上述技术方案，Y2O3可以稳定的沉积在阴极Pt／YSZ界面处，在烧结过程中Y2O3会掺杂进入氧化锆晶体，增加表面固溶体氧空位含量，在表面形成稳定的立方ZrO2，阻止水汽老化向内部深入，可以稳定Pt／空气／YSZ三相界面的长度，提高了高温湿度传感器的耐水汽老化性。
[0012]优选的，所述造腔浆料中Y2O3的粒径为80nm。
[0013]通过采用上述技术方案，Y2O3可以更稳定的沉积阴极Pt／YSZ界面处，高温湿度传感器的耐水汽老化性更佳。
[0014]优选的，所述YSZ粉体的粒径D
50
为0.2
‑
0.5μm。
[0015]YSZ粉体是Y2O3掺杂稳定的氧化锆，YSZ粉体的粒径D
50
为0.2
‑
0.5μm，粒径小，由于多晶材料的相稳定性存在晶粒尺寸效应，可以减少Zr
‑
O
‑
Zr(Y)键的断开以及Zr
‑
OH的形成，从而降低Y(OH)3析出，有利于提高高温湿度传感器的耐水汽老化性。但本申请人在研究过程中发现，Y2O3掺杂稳定的氧化锆的粒径D
50
小于0.2μm，Y2O3掺杂稳定的氧化锆制浆分散的难度较大，难以流延成生瓷带；而Y2O3掺杂稳定的氧化锆的粒径D
50
大于0.5μm，降低Y(OH)3析出的效果不明显，不利于提高高温湿度传感器的耐水汽老化性。
[0016]优选的，所述YSZ粉体的粒径D
50
为0.3μm。
[0017]通过采用上述技术方案，Y2O3掺杂稳定的氧化锆制浆分散性好，同时可以有效减少Zr
‑
O
‑
Zr(Y)键的断开以及Zr
‑
OH的形成，降低Y(OH)3析出的效果好，有利于进一步提高高温湿度传感器的耐水汽老化性。
[0018]优选的，所述YSZ粉体为4
‑
6mol%氧化钇稳定氧化锆粉体。
[0019]本申请人在研究过程中发现，过低的Y2O3掺杂会影响固体电解质层离子迁移的速率也较低，过高的Y2O3掺杂会使导致氧化锆强度大幅度降低，影响其加工使用。
[0020]优选的，所述YSZ粉体为5mol%氧化钇稳定氧化锆粉体。
[0021]通过采用上述技术方案，Y2O3掺杂稳定的氧化锆中Y2O3掺杂量为5mol%时，电导率大，离子迁移的速率大，且氧化锆强度不会降低，加工使用方便。
[0022]优选的，所述YSZ粉体、分散剂、溶剂、粘结剂和增塑剂的质量比为1:（0.01
‑
0.03）:（0.5
‑
0.6）:（0.17
‑
0.20）:（0.06
‑
0.08）。
[0023]更优选的，所述YSZ粉体、分散剂、溶剂、粘结剂和增塑剂的质量比为1:0.02:0.55:0.18:0.07。
[0024]本申请中，所述分散剂选自磷酸三丁酯、三乙醇胺、蓖麻油、油酸、三油酸甘油酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和聚乙烯醇中的一种或多种；优选的，所述分散剂为三油酸甘油酯。
[0025]本申请中，所述溶剂选自无水乙醇、正丙醇、正丁醇、甲苯、二甲苯、二甲基乙酰胺
和柠檬酸三丁酯中的一种或多种。
[0026]优选的，所述溶剂为无水乙醇、正丙醇和二甲苯的混合物。
[0027]优选的，所述无水乙醇、正丙醇和二甲苯的体积比为1:（0.5
‑
0.7）:（0.3
‑
0.5）。
[0028]更优选的，所述无水乙醇、正丙醇和二甲苯的体积比为1:0.6:0.4。
[0029]本申请中，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛。
[0030]本申请中，所述增塑剂选自邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐水汽老化的高温湿度传感器的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：滚磨制浆：将YSZ粉体、分散剂、溶剂、粘结剂、增塑剂混合，加入锆球磨介滚磨均匀成浆，得浆料；将所述浆料流延制生瓷带；在所述生瓷带上打孔；印刷：用丝网在所述生瓷带印刷电极浆料和造腔浆料；叠层；切割；烧结；所述造腔浆料由无定型碳粉和Y2O3按质量比（94.5
‑
99.5）:（0.5
‑
5.5）混合而成。2.根据权利要求1所述的一种耐水汽老化的高温湿度传感器的制备工艺，其特征在于，所述造腔浆料由无定型碳粉和Y2O3按质量比97:3混合而成。3.根据权利要求1或2所述的一种耐水汽老化的高温湿度传感器的制备工艺，其特征在于，所述造腔浆料中Y2O3的粒径D
50
为50
‑
100nm。4.根据权利要求3所述的一种耐水汽老化的高温湿度传感器的制备工艺，其特征在于，所述造腔浆料中Y2O3的粒径为80nm。5.根据权利要求1所述的一种耐水汽老化的高温湿度传感器的制备工艺，其特征在于，所述YSZ粉体的粒径D
50
为0.2

【专利技术属性】
技术研发人员：高晓佳，王圆圆，陈志，戴冯辉，
申请(专利权)人：江苏惟哲新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：