隨著汽車保有量的不斷增加，汽車尾氣排放物（HC、CO、NOx和PM等）對大氣的污染越來越嚴(yán)重，尤其是氮氧化物（NOx）的排放已經(jīng)引起了全世界的普遍關(guān)注。2023年，被稱作史上最嚴(yán)的“國六”排放標(biāo)準(zhǔn)將在國內(nèi)全面實施，隨著國家對環(huán)保要求的不斷加嚴(yán)，汽車排放成為各汽車廠重點關(guān)注的問題。
氮氧傳感器是利用電化學(xué)原理，通過測量電流大小，精確測試出汽車尾氣中NOx含量的一種傳感器，是測量控制SCR（選擇性催化還原技術(shù)，利用尿素溶液對尾氣中的氮氧化物進行處理）的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵零件之一，在國六排放標(biāo)準(zhǔn)中每臺發(fā)動機需要2支NOx傳感器，NOx傳感器的需求會越來越大。作為NOx傳感器的核心部件，氮氧傳感器陶瓷芯片不可或缺，而HTCC技術(shù)應(yīng)用于氮氧傳感器陶瓷芯片的生產(chǎn)。
1.NOx傳感器陶瓷芯片的結(jié)構(gòu)及作用
NOx傳感器的核心部件是氮氧傳感器陶瓷芯片，目前典型的氮氧傳感器陶瓷芯片結(jié)構(gòu)基本是長條形狀。如下圖所示，基體由6片氧化鋯陶瓷層疊燒結(jié)而成，也有5片或7片疊層燒結(jié)。其工作原理為：
1）汽車排放尾氣中的NOx由通道通過第一氧化鋁擴散障進入第一腔室，尾氣中的部分氧氣被鉑電極和公共外電極組成的第一泵氧電極泵出，同時將NO2分解為NO；
2）降低濃度后的尾氣再經(jīng)由第二氧化鋁擴散障進入第二腔室，混合氣體中剩余的氧氣由鉑電極和公共外電極組成的第二泵氧電極泵出，同時將剩余的NO2分解為NO；
3）不含氧氣的尾氣經(jīng)過第三氧化鋁擴散障進入第三腔室，第三腔室中測量鉑電極混有高催化活性材料銠，在高溫下氣體發(fā)生分解反應(yīng)，NO分解為氮氣和氧氣，氧氣由測量鉑電極和公共外電極組成的第三泵氧電極泵出。
第三氧化鋯層底部印刷參比電極，第三氧化鋯開設(shè)與外界相通的參比通道，參比通道與外界大氣接觸，保證穩(wěn)定的氧分壓，參比電極與測量鉑電極構(gòu)成回路，提供參比數(shù)值。第四氧化鋯層底部印刷加熱電極，短時間內(nèi)可以加熱陶瓷芯片到設(shè)定溫度。鉑電極和測量鉑電極可以包覆氧化鋁保護層。
NOx傳感器利用了固體電解質(zhì)氧化釔摻雜氧化鋯(YSZ)陶瓷材料在高溫下具有較高的離子導(dǎo)電性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
2.HTCC技術(shù)在NOx傳感器中的應(yīng)用
高溫共燒陶瓷（High Temperature Co-fired Ceramic，HTCC ）技術(shù)，是指高溫?zé)Y(jié)陶瓷粉料制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝，最終高溫陶瓷和高溫導(dǎo)體漿料在1300度及以上共燒而成的一種技術(shù)。而氮氧傳感器陶瓷芯片是將氧化鋯陶瓷、氧化鋁陶瓷、鉑金屬漿料等采用HTCC技術(shù)制作而成。
圖 ? 氮氧傳感器陶瓷芯片主要生產(chǎn)工藝流程
目前氮氧傳感器陶瓷芯片多為片式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)一般是通過流延成型技術(shù)獲得氧化鋯基片，通過切割和打孔加工成所需的形狀，再通過絲網(wǎng)印刷和層壓共燒技術(shù)將氧化鋯基體和加熱電路、金屬鉬電極、多孔擴散障礙層和氧化鋁絕緣層集成一體，從而形成第一測量腔、第二測量腔和參比空氣通道，并包含加熱器，擴散障礙層。
氮氧傳感器陶瓷芯片相關(guān)廠商有佳利電子、四方光電、湖北億瓷、感瓷科技、成都科銳、華智通、武漢澤科寧、順絡(luò)電子、成都能斯特、火炬科技、萊鼎電子、創(chuàng)研電子等。
為了進一步加強交流，艾邦建有LTCC交流群，誠邀LTCC生產(chǎn)企業(yè)、設(shè)備、材料企業(yè)參與。目前群友包括：風(fēng)華高科、順絡(luò)電子、中國電科二所、麥捷微、宏達電子、佳利電子等加入。
長按識別二維碼關(guān)注公眾號，點擊下方菜單欄左側(cè)“微信群”，申請加入LTCC交流群。
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：HTCC技術(shù)在汽車氮氧傳感器中的應(yīng)用
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?