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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。