[發明專利]一種片式結構氧傳感器及其制作方法

在審

• 申請號: 201410341036.6
• 申請日: 2014-07-17
• 公開（公告）號: CN104142363A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 王齊軍;尹鐳;鐘叔明;聶志輝
• 申請（專利權）人: 廈門宏發電力電器有限公司
• 主分類號: G01N27/409
• 分類號: G01N27/409
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 連耀忠

技術領域

本發明涉及氧傳感器技術領域，特別是涉及一種汽油車用的氧化鋯、氧化鋁復合結構的氧傳感器及其制作方法。

背景技術

隨著汽車產業的迅猛發展，汽車尾氣的污染逐漸成為中國城市主要污染源之一，汽車尾氣的排放標準逐漸嚴苛，2013年7月，中國已經嚴格開始執行第四階段的排放標準。目前，管式車用氧傳感器逐漸被響應速度更快、集成度更高、成本更低的片式開關型氧傳感器所取代。

現有的片式結構的氧傳感器有使用全氧化鋯結構，在加熱器電路上下表面添加氧化鋁薄層，以起到絕緣的效果，此結構對氧化鋁絕緣層材料的要求非常高。也有使用氧化鋁、氧化鋯復合結構，但僅電解質層采用氧化鋯材料，其產品結構具有天然不對稱，產品外觀有彎曲的現象。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足，提供一種片式結構氧傳感器及其制作方法，通過添加氧化鋯層與電解質層形成對稱結構，具有結構穩定，易制備，能顯著提高產品的燒結合格率和使用壽命的特點。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種片式結構氧傳感器，包括一加熱體、一氧化鋯固體電解質、以及加熱體與氧化鋯固體電解質之間具有絕緣特征的一支撐結構體；氧化鋯固體電解質、支撐結構體和加熱體由上向下順次設置，在支撐結構體與加熱體之間還設有一氧化鋯對稱層，所述氧化鋯對稱層與所述氧化鋯固體電解質相對于支撐結構體呈對稱分布。

所述加熱體包括氧化鋁載體和設置在氧化鋁載體上表面的鉑電極加熱電路。

所述支撐結構體為采用氧化鋁材料制作而成的一層或多層結構。

所述氧化鋯電解質包括氧化鋯固體電解質層、設置在氧化鋯固體電解質層上、下表面的電極；在所述下表面的電極的下方，支撐結構體上設有參比氣道。

進一步的，還包括設置在氧化鋯固體電解質上以對所述上表面的電極進行保護的保護層，所述保護層為以氧化鋁為基體的多孔結構層，多孔結構層的孔徑分布均勻，氣孔率在30％～40％之間。

一種片式結構氧傳感器的制作方法，包括如下步驟：

A.采用流延成型技術制作加熱器載體層素坯、電解質對稱層素坯、絕緣支撐層素坯、電解質層素坯和多孔保護層素坯；

B.采用機械沖孔的方式在加熱器載體層素坯和電解質層素坯表面進行打孔處理，為保證電極引腳、加熱器引腳與導線的連通，通孔的直徑選擇為0.15～0.25mm；

C.采用絲網印刷技術在電解質層素坯的上下表面印刷外電極、內電極和電極引腳，在加熱器載體層素坯的上表面印刷加熱器電路和加熱器引腳；

D.通過絲網印刷技術填充導線的過孔；

E.采用填充工藝在絕緣支撐層素坯的參比氣道位置填充碳粉塊，以在后續制作過程形成參比氣道孔；

F.將所述加熱器載體層素坯、電解質對稱層素坯、絕緣支撐層素坯、電解質層素坯和多孔保護層素坯依次疊在一起，通過疊層、排膠、燒結過程制得片式結構氧傳感器。

所述電解質層素坯和電解質對稱層素坯均采用氧化鋯材料制作而成。

所述疊層過程采用熱等靜壓方式進行處理，等靜壓的溫度為40～60℃，壓力為40～60MPa。

所述內電極、外電極、電極引腳、加熱器電路和加熱器引腳均選用鉑金漿料，然后采用絲網印刷的工藝將鉑金漿料涂覆在對應在的素坯表面。

所述燒結過程采用高溫燒結爐，并在常壓條件下進行，燒結溫度為1400～1600℃，時間為1～3h。

本發明的一種片式結構氧傳感器的制作方法，加熱器載體層素坯、絕緣支撐層素坯由流延成型制成，具體流程如下：將高純氧化鋁粉體中添加一定量的溶劑、分散劑、粘結劑、增塑劑等輔料在球磨罐中球磨混合12h以上，制成粘度在3000～5000mPa·s的均勻體系的漿料，在高精密的流延機制成厚度在200um左右的氧化鋁素坯。通過相同的方法制得氧化鋯電解質素坯，多孔氧化鋁素坯等。

所述的溶劑、分散劑、粘結劑、增塑劑等輔料為酒精、甲苯、三乙醇胺、PVB、PEG中的一種或多種混合物。

所述的參比氣道選用碳粉塊為原料，采用填充工藝將碳粉塊填充到絕緣支撐層的參比氣道位置，在排膠、燒結過程中碳粉揮發，形成參比氣道。

所述的排膠過程采用馬弗爐，將漿料制備過程中添加的輔料在低溫環境下緩慢的排出，排膠溫度在400～600℃，時間為24h～48h。

與現有技術相比較，本發明的有益效果是：