以厚膜製程改善含氧感知器感測性能之研究

Abstract

含氧感知器為噴射引擎汽機車關鍵性零組件之一，其中牽涉精密陶瓷技術與電化學原理。傳統錐狀氧氣感知器電解質厚度約1000μm，加熱器升溫時間較長，利用厚膜技術可將電解質厚度降至僅200μm，大幅降低加熱所需時間，可有效提升元件成品性能。本論文的主軸是以積層陶瓷厚膜技術(包括刮刀成型、熱壓疊層、網印法等)製備平板電壓式含氧感知器，主要基材為電解質釔安定氧化鋯(6mol% yttria-stabilized zirconia 6YSZ) 。經由不同的疊壓與緻密化燒結參數探討各層厚膜間之匹配性以及微結構之影響。主要的目標為降低元件製作成本，以導電氧化物La0 8Sr0 2MnO3取代鉑(Pt)陰極，並以複合陰極方式延伸三相界，藉以降低元件之響應時間。 本實驗為了製作完整含氧感知器，首先將薄帶以不同疊壓溫度以及時間比較疊層效果，在高於黏結劑Tg溫度時，可使薄帶流動性增加且有效軟化以利於界面緊密接合，以75℃持壓20MPa、20分鐘後可將薄帶結合，無明顯界面縫隙殘留。進行緻密化燒結時，胚體於脫膠以及空氣通道層完全分解過程會產生劇烈反應，部分溫度區間有大量氣體釋放，是以控制胚體燒結之升溫速率以避免破裂現象發生。 接著，改善加熱體設計圖樣降低胚體熱應力集中情形，提升元件使用良率，使其得以穩定升溫並具有良好熱循環性能。以模擬廢氣測試感知器性能，並與市售感知器比較其響應時間穩定電壓之不同。 此外，La0 8Sr0 2MnO3為中溫燃料電池常用之陰極材料，其熱膨脹係數與YSZ接近，且具有氧氣還原的高活性，隨著貴金屬成本日趨上升，以LSM取代Pt陰極可有效降低材料成本。LSM與YSZ在高溫共燒時會於兩相界面生成導電性極低之第二相La2Zr2O7，於兩相界面網印一層緻密之隔絕薄膜可抑制原子擴散減少反應相生成。LSM陰極於?多研究中，普遍觀察到具有較大的極化阻抗，將影響感知器元件性能。

Date of Award	2014 Aug 20
Original language	Chinese
Supervisor	Kuan-Zong Fung (Supervisor)