根据Nernst原理，传统平板式浓差型汽车氧传感器在结构上必须有气室层，为氧传感器提供恒定的参比氧分压。气室层的结构复杂，成型成本高，同时空腔结构会极大降低传感器的整体强度，阻碍了氧传感器的进一步微型化。本文提出利用铈基储氧材料作为固态氧分压参比层取代气室层，设计一种新型平板式浓差型汽车氧传感器，旨在简化传统平板式汽车氧传感器的制造工艺，降低制造成本，提高传感器的性能，为氧传感器的平板化和微型化提供理论和技术基础。主要研究内容如下：1）对新型平板式汽车氧传感器的核心部件—YSZ（yttria stabilized zirconia，钇稳定氧化锆）固体电解质的成型工艺和烧结工艺进行了研究。选择8YSZ双粒度粉体，对其进行干压成型、无压烧结实验。对成型压力、保压时间及粘结剂用量等成型工艺参数进行了优化；利用正交试验对烧结方案进行了设计，讨论了烧结温度、升温速率、保温时间、烧结方式等烧结工艺参数对8YSZ陶瓷烧结性能和力学性能的影响，并优化出其烧结工艺参数。研究结果表明：选取PVA加入量10%wt、成型压力10Mpa、保压时间30s的成型工艺参数，可压制出相对密度为54.9%的陶瓷坯体；选取烧结温度1500℃，保温时间4h，升温速率5℃/min，烧结方式裸烧的烧结工艺参数，可制备出相对密度为98.3%，抗弯强度为100.3Mpa的8YSZ陶瓷。2）利用铈基储氧材料作为固态氧分压参比层，设计出了新型平板式汽车氧传感器的整体结构及制作工艺，并搭建了测试系统。3）对新型平板式汽车氧传感器冷启动时的热应力耦合场进行了模拟。通过施加阶跃电压取代恒定电压的方法，大大缩短了传感器的响应时间。电热耦合分析结果显示：在t=3s时，传感器敏感区域温度就已达工作温度300℃以上。t=5s时，各层出现最大温度梯度；热力耦合分析结果显示：传感器冷启动时，各层等效应力是逐渐增大的，20s时达到最大，主要来源于装配边界条件产生的装配应力。有限元分析结果表明：设计的新型平板式氧传感器的响应时间和强度均满足要求，该设计、建模方法可以应用于其它同类型电子产品的设计开发。