所属领域

工程机械

技术成熟度

实验室阶段

应用行业

汽车尾气传感器

合作方式

技术开发

成果概况

在尾气检测用传感器领域，国外开发商于上世纪80年代开始研发的陶瓷芯片材料及相应的控制设备，其研发起步早，投入巨大，具有丰富的研发经验和技术基础。其中，日本NGK公司材料制造工艺优良，在所有设计生产氮氧传感器核心材料的公司中长期处于领先地位。其与德国Continental集团合作，推出了市面上第一款量产的测量各种空燃比条件下尾气中NOx浓度的Uni-NOx传感器控制系统，目前仍占据着全球氮氧传感器市场份额的80%。同时，德国Bosch公司和日本NTK的传感器产品也具有非常强的竞争力。目前，我国对高精度陶瓷芯传感器的研究还处于起步阶段。国内华中科技大学、上海硅酸盐研究所、江苏师范大学等团队对传感器的固有特性和控制性能等基础展开了研究，但是由于学术界与产业界的“脱节”，研发团队对传感器的控制器的控制策略研究不够系统，导致制备技术无法实现实质的应用。同时，我国部分企业如浙江百岸科技有限公司、上海特殊陶业有限公司、浙江恒光汽车部件有限公司等在车规级智能传感器上取得了一定的技术突破，但是与国外企业相比，国产智能传感器在测量精度、制备技术上仍然存在较大的差距。因而，造成了中国陶瓷芯产业95%的市场被国外厂家所垄断的困境。

本成果将解决现有陶瓷芯片耐热冲击、使用寿命短、强度低等技术痛点，实现国产高精度NOx传感器陶瓷芯片国产化，填补关键材料制备国内空白，解决芯片受制于人，打破被国外“卡脖子”的局面，实现高精度NOx传感器陶瓷芯片国产化替代；开发出具有高精度、长寿命、低成本性能达到国内领先、国际先进水平的高精度NOx传感器产品，提升产品核心竞争力，解决汽车NOx传感器行业发展的关键技术及成本控制瓶颈，提升中国汽车产业出口内销的综合竞争力；将实现产业化，带动上下游产业链发展，推动汽车产业向价值链高端攀升。该项目的产业化，预计2025年可实现产值3亿元，带动地方就业150人，为拉动我市地方经济税收增长添砖加瓦；促进增程式混动汽车、氢能汽车等绿色新能源汽车的发展，将加速推进我国汽车强国建设，保障“双碳”目标实现。

关键技术

（1）陶瓷芯片的高效制备技术---突破高固含量、低粘度水基流延浆料制备瓶颈，研究流延成型过程中的干燥动力学作用机理，实现高强度、高韧性、可加工的百微米厚度级别的陶瓷素坯制备，克服水基流延产能低下、浆料易失效的行业共性技术难题，解决传统有机流延生产工艺毒性和环境损伤难题。

（2）陶瓷芯片的结构设计与制备技术---面向高精度测量陶瓷芯的新型结构设计与功能实现，设计新型的多腔结构检测通道，实现较高的氧离子浓度差，同时掌握复合结构、多相材料陶瓷芯的等效共烧技术，确定多相材料的晶相演变规律、多相材料界面层之间的扩散机制、多相材料之间的线性收缩的匹配机制，实现高精度新型陶瓷芯的制备，实现氮氧启燃时间≤80s；

（3）多孔过渡层、保护层、复合过渡层制备技术---开展对多孔保护层孔隙率的系统研究，掌握对多孔保护层孔隙率的有效管控技术，进一步提升氮氧传感器环境适应性，解决因热冲击和水汽使芯片表面产生裂纹的问题，提高陶瓷芯片的使用寿命，同时引入绝缘层与氧化锆基体间的过渡层结构，可提高绝缘层与基板的粘接强度，提升陶瓷芯平整度，从而将陶瓷芯烧结成品率由80%提升至95%，实现结合强度/Mpa≥300，平整度/mm＜0.01，冷热冲击能力/次数≥500。

（4）自适应泵电压主动反馈控制策略----研究超高温下多腔室、强耦合的弱电势信号解耦及泵电压调理，开发自适应泵电压主动反馈控制策略，根据辅助泵电流实时修正主泵能斯特电压感应参考值，解决测量误差随氧气浓度变化而增大的问题，提高响应速度和精度。经可靠性试验验证后，氧气范围在0~21%、氮氧浓度0~2000PPM的气氛条件下，氮氧传感器检测氮氧化合物精度≤8%，传感器接收露点指令后，起燃时间≤70s。

应用领域和市场前景

汽车关键基础零件的国产化一直是我国汽车产业的薄弱环节。车用智能氮氧传感器决定了汽车排放物的控制水平，其市场呈现快速增长的发展趋势。特别是2023年起，我国全面实施国Ⅵ排放标准，预计我国年均将需要至少1700万支氮氧传感器，这将是一个超百亿元的国内市场。开展高精度车规级智能传感器用陶瓷芯片关键技术研发及产业化的技术需求符合我市重点发展的“343”产业中三大优势创新产业的新材料和绿色低碳能源。上述需求的突破将填补关键材料制备国内空白，实现NOx传感器国产化替代，带动我市上下游产业链发展，显著提升汽车零部件产业核心竞争力，推动汽车产业向价值链高端攀升，使我国具备汽车关键核心部件的自主研发能力和稳定供货能力，将加速推进我国汽车强国建设，保障“双碳”目标实现。