一种氧化锆氧传感器及高温封接方法

摘要

本发明涉及一种氧化锆氧传感器及高温封接方法，氧化铝管通过粘接部件与设计成凸台圆片的氧化锆敏感元件连接成一整体，且氧化铝管内径对着氧化锆敏感元件的凸台，氧化铝管垂直于氧化铝管与氧化锆敏感元件相接触的端面；将粘接部件安装在氧化铝管与氧化锆敏感元件之间后，整体放入炉子中烧制，升温到150-220℃，保温20-30分钟，然后升温到460-550℃，保温50-70分钟；再以每分钟升温8-12℃的升温速度，将温度升到780-860℃，保温50-70分钟，再以每分钟升温5-10℃的升温速度，将温度升到1100-1300℃，保温20-30分钟；然后随炉降温冷却制得氧化锆氧传感器。将氧化锆与氧化铝管通过粘接材料在高温下烧制，使得制成的氧化锆氧传感器在可以直接使用在600-1000℃的高温气氛中使用，达到气密的效果。

权利要求

1.一种氧化锆氧传感器高温封接方法，其特征在于其步骤为：（1）将氧化锆敏感元件做设计成一个凸台的圆片；（2）将氧化铝管的内径进行加工，使之与氧化锆敏感元件的凸台之间留有相应的间隙；（3）将氧化铝管的内径对着氧化锆敏感元件的凸台，且氧化铝管垂直于氧化铝管与氧化锆敏感元件相接触的端面；（4）按照氧化铝管与氧化锆敏感元件之间的间隙形状制作成型模具，将粘接的原料粉与粘接剂混合调匀后，注入成型模具，压制成粘接部件；所述的粘接的原料粉由以下按重量份计的原料混合组成，氧化硅28-62份、氧化锆12-20份、氧化铝15-32份、氧化镁0-10份、硅酸钙0-15份；所述的粘接剂由以下按重量份计的原料混合组成，石蜡35-48份、聚乙烯醇饱和溶液0-5份、醋酸乙酯15-22份、水玻璃饱和溶液0-2份；（5）将成型后的粘接部件安装在氧化铝管与氧化锆敏感元件之间，放入炉子中进行烧制，升温到150-220℃，保温20-30分钟，然后升温到460-550℃，保温50-70分钟；再以每分钟升温8-12℃的升温速度，将温度升到780-860℃，保温50-70分钟，再以每分钟升温5-10℃的升温速度，将温度升到1100-1300℃，保温20-30分钟；然后随炉降温冷却制得氧化锆氧传感器。

说明书

一种氧化锆氧传感器及高温封接方法

技术领域

[0001] 本发明专利涉及一种氧化锆氧传感器及在600-1000℃高温下的封接方法。

背景技术

[0002] 氧化锆氧传感器的工作温度在600度以上，有些特殊应用可以达到1000℃。而且要求将传感器直接插入高温气氛中测量。传统的氧化锆氧传感器采用管状氧化锆，但由于氧化锆的特点，不可能将氧化锆管做到很长(最长1.5米)。但很多工业应用领域，需要将传感器直接插入工艺装置的高温被测气氛中，单纯的氧化锆管传感器就无法应用。因此就有了将氧化铝管前端粘接氧化锆敏感元件的设想。氧化铝管成型简单，可以做到很长，价格便宜。但由于在高温下，氧化铝的膨胀系数与氧化锆的膨胀系数相差较大，在高温下要氧化铝和氧化锆之间会产生相对位移，最终会因应力过大而破裂，使得密封失败，传感器失效。因此要在如此高温下，达到绝对的气密性能对粘接的材料和粘接工艺要求非常高！发明内容

[0003] 本发明目的为了解决上述在高温条件下氧化铝管和氧化锆敏感元件气密性的问题，而提供一种氧化锆氧传感器及高温封接方法，其中关键是粘接材料的配制、粘接部件成型和烧制工艺。目的是使得粘接材料在高温下，可以抵消氧化铝和氧化锆两种材料之间因为膨胀系数不同而产生的相对位移和应力。

[0004] 本发明的技术方案为：

[0005] 一种氧化锆氧传感器，包括氧化锆敏感元件、氧化铝管和粘接部件，其特征在于：所述的氧化锆敏感元件设计成一个凸台的圆片，氧化铝管通过粘接部件与氧化锆敏感元件连接成一整体，且氧化铝管的内径对着氧化锆敏感元件的凸台，氧化铝管并垂直于氧化铝管与氧化锆敏感元件相接触的端面。

[0006] 所述的氧化锆氧传感器高温封接方法，其特征在于其步骤为：(1)将氧化锆敏感元件做设计成一个凸台的圆片；(2)将氧化铝管的内径进行加工，使之与氧化锆敏感元件的凸台之间留有相应的间隙；(3)将氧化铝管的内径对着氧化锆敏感元件的凸台，且氧化铝管垂直于氧化铝管与氧化锆敏感元件相接触的端面；(4)按照氧化铝管与氧化锆敏感元件之间的间隙形状制作成型模具，将粘接的原料粉与粘接剂混合调匀后，注入成型模具，压制成粘接部件；所述的粘接的原料粉由以下按重量份计的原料混合组成，氧化硅28-62份、氧化锆12-20份、氧化铝15-32份、氧化镁0-10份、硅酸钙0-15份；所述的粘接剂由以下按重量份计的原料混合组成，石蜡35-48份、聚乙烯醇饱和溶液0-5份、醋酸乙酯15-22份、水玻璃饱和溶液0-2份；(5)将成型后的粘接部件安装在氧化铝管与氧化锆敏感元件之间，放入炉子中进行烧制，升温到150-220℃，保温20-30分钟，然后升温到460-550℃，保温50-70分钟；再以每分钟升温8-12℃的升温速度，将温度升到780-860℃，保温50-70分钟，再以每分钟升温5-10℃的升温速度，将温度升到1100-1300℃，保温20-30分钟；然后随炉降温冷却制得氧化锆氧传感器。

[0007] 本发明将氧化锆与氧化铝管通过粘接材料在高温下烧制，使得制成的氧化锆氧传感器在可以直接使用在600-1000℃的高温气氛中使用，达到气密的效果，使得氧化锆氧传感器可以直接插入到高温气氛中进行氧含量的测量。

附图说明

[0008] 图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

[0009] 结合附图1对本发明涉及的方法步骤描述如下：

[0010] 本发明氧化锆氧传感器结构如图1所示，包括氧化锆敏感元件2、氧化铝管1和粘接部件3，所述的氧化锆敏感元件2设计成一个凸台的圆片，氧化铝管1通过粘接部件3与氧化锆敏感元件2连接成一整体，且氧化铝管1的内径对着氧化锆敏感元件2的凸台，氧化铝管1并垂直于氧化铝管1与氧化锆敏感元件2相接触的端面。

[0011] 实施例1：

[0012] 氧化锆氧传感器高温封接方法，其步骤为：(1)将氧化锆敏感元件2做设计成一个凸台的圆片；(2)将氧化铝管1的内径进行加工，使之与氧化锆敏感元件2的凸台之间留有相应的间隙；(3)将氧化铝管1的内径对着氧化锆敏感元件2的凸台，且氧化铝管1垂直于氧化铝管1与氧化锆敏感元件2相接触的端面；(4)按照氧化铝管1与氧化锆敏感元件2之间的间隙形状制作成型模具，将粘接的原料粉与粘接剂混合调匀后，注入成型模具，压制成粘接部件3；所述的粘接的原料粉由以下按重量份计的原料混合组成，氧化硅59份、氧化锆18份、氧化铝29份、氧化镁6份、硅酸钙10份；所述的粘接剂由以下按重量份计的原料混合组成，石蜡39份、聚乙烯醇饱和溶液3份、醋酸乙酯18份、水玻璃饱和溶液1份；(5)将成型后的粘接部件安装在氧化铝管与氧化锆敏感元件之间，放入炉子中进行烧制，升温到
220℃，保温30分钟，然后升温到550℃，保温70分钟；再以每分钟升温8℃的升温速度，将温度升到860℃，保温70分钟，再以每分钟升温5℃的升温速度，将温度升到1300℃，保温
30分钟；然后随炉降温冷却制得氧化锆氧传感器。

[0013] 本实施例制得的氧化锆氧传感器气密效果实验数据为

[0014] 1、测试条件：炉温900℃，通入参比气时氧传感器输出值856mv。

[0015] 2、测试结果：关闭参比气后，1分钟下降值2mv，稳定值850mv。

[0016] 实施例2：

[0017] 氧化锆氧传感器高温封接方法，其步骤为：(1)将氧化锆敏感元件2做设计成一个凸台的圆片；(2)将氧化铝管1的内径进行加工，使之与氧化锆敏感元件2的凸台之间留有相应的间隙；(3)将氧化铝管1的内径对着氧化锆敏感元件2的凸台，且氧化铝管1垂直于氧化铝管1与氧化锆敏感元件2相接触的端面；(4)按照氧化铝管1与氧化锆敏感元件2之间的间隙形状制作成型模具，将粘接的原料粉与粘接剂混合调匀后，注入成型模具，压制成粘接部件3；所述的粘接的原料粉由以下按重量份计的原料混合组成，氧化硅46份、氧化锆15份、氧化铝18份、氧化镁3份、硅酸钙5份；所述的粘接剂由以下按重量份计的原料混合组成，石蜡35份、聚乙烯醇饱和溶液2份、醋酸乙酯16份、水玻璃饱和溶液1份；(5)将成型后的粘接部件安装在氧化铝管与氧化锆敏感元件之间，放入炉子中进行烧制，升温到220℃，保温30分钟，然后升温到550℃，保温60分钟；再以每分钟升温9℃的升温速度，将温度升到860℃，保温60分钟，再以每分钟升温5℃的升温速度，将温度升到1200℃，保温
30分钟；然后随炉降温冷却制得氧化锆氧传感器。(5)将成型后的粘接部件安装在氧化铝管与氧化锆敏感元件之间，放入炉子中进行烧制，升温到150℃，保温30分钟，然后升温到
460℃，保温70分钟；再以每分钟升温8℃的升温速度，将温度升到780℃，保温50分钟，再以每分钟升温10℃的升温速度，将温度升到1100℃，保温20分钟；然后随炉降温冷却制得氧化锆氧传感器。

[0018] 本实施例制得的氧化锆氧传感器气密效果实验数据为

[0019] 1、测试条件：炉温900℃，通入参比气时氧传感器输出值862mv。

[0020] 2、测试结果：关闭参比气后，1分钟下降值0mv，稳定值861mv。

[0021] 实施例3：

[0022] 氧化锆氧传感器高温封接方法，其步骤为：(1)将氧化锆敏感元件2做设计成一个凸台的圆片；(2)将氧化铝管1的内径进行加工，使之与氧化锆敏感元件2的凸台之间留有相应的间隙；(3)将氧化铝管1的内径对着氧化锆敏感元件2的凸台，且氧化铝管1垂直于氧化铝管1与氧化锆敏感元件2相接触的端面；(4)按照氧化铝管1与氧化锆敏感元件2之间的间隙形状制作成型模具，将粘接的原料粉与粘接剂混合调匀后，注入成型模具，压制成粘接部件3；所述的粘接的原料粉由以下按重量份计的原料混合组成，氧化硅38份、氧化锆12份、氧化铝15份、氧化镁1份、硅酸钙1份；所述的粘接剂由以下按重量份计的原料混合组成，石蜡35份、聚乙烯醇饱和溶液2份、醋酸乙酯15份、水玻璃饱和溶液1份；(5)将成型后的粘接部件安装在氧化铝管与氧化锆敏感元件之间，放入炉子中进行烧制，升温到220℃，保温30分钟，然后升温到550℃，保温60分钟；再以每分钟升温9℃的升温速度，将温度升到860℃，保温60分钟，再以每分钟升温5℃的升温速度，将温度升到1100℃，保温
30分钟；然后随炉降温冷却制得氧化锆氧传感器。

[0023] 本实施例制得的氧化锆氧传感器气密效果实验数据为

[0024] 1、测试条件：炉温900℃，通入参比气时氧传感器输出值834mv。

[0025] 2、测试结果：关闭参比气后，1分钟下降值5mv，稳定值830mv。

[0026] 实施例4：

[0027] 氧化锆氧传感器高温封接方法，其步骤为：(1)将氧化锆敏感元件2做设计成一个凸台的圆片；(2)将氧化铝管1的内径进行加工，使之与氧化锆敏感元件2的凸台之间留有相应的间隙；(3)将氧化铝管1的内径对着氧化锆敏感元件2的凸台，且氧化铝管1垂直于氧化铝管1与氧化锆敏感元件2相接触的端面；(4)按照氧化铝管1与氧化锆敏感元件2之间的间隙形状制作成型模具，将粘接的原料粉与粘接剂混合调匀后，注入成型模具，压制成粘接部件3；所述的粘接的原料粉由以下按重量份计的原料混合组成，氧化硅28份、氧化锆20份、氧化铝32份、氧化镁10份；所述的粘接剂由以下按重量份计的原料混合组成，石蜡
48份、醋酸乙酯15份、水玻璃饱和溶液2份；(5)将成型后的粘接部件安装在氧化铝管与氧化锆敏感元件之间，放入炉子中进行烧制，升温到220℃，保温30分钟，然后升温到550℃，保温60分钟；再以每分钟升温9℃的升温速度，将温度升到860℃，保温60分钟，再以每分钟升温5℃的升温速度，将温度升到1200℃，保温30分钟；然后随炉降温冷却制得氧化锆氧传感器。(5)将成型后的粘接部件安装在氧化铝管与氧化锆敏感元件之间，放入炉子中进行烧制，升温到150℃，保温30分钟，然后升温到460℃，保温70分钟；再以每分钟升温12℃的升温速度，将温度升到780℃，保温50分钟，再以每分钟升温10℃的升温速度，将温度升到1100℃，保温20分钟；然后随炉降温冷却制得氧化锆氧传感器。

[0028] 本实施例制得的氧化锆氧传感器气密效果实验数据为

[0029] 1、测试条件：炉温900℃，通入参比气时氧传感器输出值865mv。

[0030] 2、测试结果：关闭参比气后，1分钟下降值0mv，稳定值863mv。

[0031] 实施例5：

[0032] 氧化锆氧传感器高温封接方法，其步骤为：(1)将氧化锆敏感元件2做设计成一个凸台的圆片；(2)将氧化铝管1的内径进行加工，使之与氧化锆敏感元件2的凸台之间留有相应的间隙；(3)将氧化铝管1的内径对着氧化锆敏感元件2的凸台，且氧化铝管1垂直于氧化铝管1与氧化锆敏感元件2相接触的端面；(4)按照氧化铝管1与氧化锆敏感元件2之间的间隙形状制作成型模具，将粘接的原料粉与粘接剂混合调匀后，注入成型模具，压制成粘接部件3；所述的粘接的原料粉由以下按重量份计的原料混合组成，氧化硅62份、氧化锆16份、氧化铝15份；所述的粘接剂由以下按重量份计的原料混合组成，石蜡40份、醋酸乙酯22份；(5)将成型后的粘接部件安装在氧化铝管与氧化锆敏感元件之间，放入炉子中进行烧制，升温到220℃，保温30分钟，然后升温到550℃，保温60分钟；再以每分钟升温9℃的升温速度，将温度升到860℃，保温60分钟，再以每分钟升温5℃的升温速度，将温度升到1200℃，保温30分钟；然后随炉降温冷却制得氧化锆氧传感器。(5)将成型后的粘接部件安装在氧化铝管与氧化锆敏感元件之间，放入炉子中进行烧制，升温到150℃，保温30分钟，然后升温到460℃，保温70分钟；再以每分钟升温12℃的升温速度，将温度升到780℃，保温50分钟，再以每分钟升温10℃的升温速度，将温度升到1100℃，保温20分钟；然后随炉降温冷却制得氧化锆氧传感器。

[0033] 本实施例制得的氧化锆氧传感器气密效果实验数据为

[0034] 1、测试条件：炉温900℃，通入参比气时氧传感器输出值860mv。

[0035] 2、测试结果：关闭参比气后，1分钟下降值0mv，稳定值861mv。