[發(fā)明專利]一種含有兩部分氧化鋯結(jié)構(gòu)的片式氧傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810573731.3
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108760822B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃濤;包紹明;李婷;余苗
• 申請（專利權(quán)）人: 成都科銳傳感技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;C04B35/48;C04B35/622;C04B35/10;C04B38/06
• 代理公司: 四川省成都市天策商標(biāo)專利事務(wù)所 51213
• 代理人: 劉渝

本發(fā)明公開了一種片式氧傳感器，包括從上到下依次疊加燒結(jié)而成的多孔及保護層、功能層、空氣腔層、結(jié)構(gòu)層和加熱層；多孔及保護層的一端為多孔氧化鋁基片，多孔及保護層的另一端為第一氧化鋁基片，功能層包括第一氧化鋯基片、內(nèi)電極和外電極，外電極位于第一氧化鋯基片上靠近多孔及保護層一側(cè)，空氣腔層包括第二氧化鋁基片和設(shè)于其上方的空氣腔，結(jié)構(gòu)層包括從上到下依次疊加的第二氧化鋯基片、第三氧化鋁基片和第四氧化鋁基片，加熱層包括第五氧化鋁基片和設(shè)于其上方的加熱器；本發(fā)明還提供了一種片式氧傳感器的制備方法；本發(fā)明通過對其結(jié)構(gòu)和配方的設(shè)計消除彎曲和分層，提高了片式氧傳感器的成品率和使用壽命以及簡化制備工藝。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種含有兩部分氧化鋯結(jié)構(gòu)的片式氧傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

氧傳感器用于檢測汽車排放氣體中的氧氣含量，將其以電信號的形式反饋給汽車電子控制單元(ECU)，ECU根據(jù)此信號控制發(fā)動機燃燒狀態(tài)，來實現(xiàn)以過量空氣系數(shù)λ＝1(最佳燃燒狀態(tài))為目標(biāo)的閉環(huán)控制。其中片式氧傳感器由于尺寸小、響應(yīng)快、能耗低、加熱器可集成以及在惡劣的環(huán)境下也能長期穩(wěn)定的工作等優(yōu)點，已成為檢測汽車排放中氧含量的主流產(chǎn)品。

片式氧傳感器的工作溫度一般在700℃左右，故傳感器在工作時需要給加熱器提供一個電壓來使其正常穩(wěn)定的工作，傳統(tǒng)的片式氧傳感器主要是以全氧化鋯結(jié)構(gòu)為主，而氧化鋯在高溫下能夠?qū)щ?，為了避免工作時加熱器短路以及加熱電壓影響輸出信號，需要對加熱器進行絕緣處理。此處理需要增加一個絲網(wǎng)印刷工序，即需先將氧化鋯進行絕緣層印刷，再在印刷好的絕緣層上進行加熱器印刷，最后在加熱器上方再印刷絕緣層確保加熱器被絕緣層完全包裹，這無疑增加了工藝的復(fù)雜性；同時絕緣漿料沒有粘連性，很容易導(dǎo)致加熱層燒結(jié)后分層，影響成品率；并且氧化鋯導(dǎo)熱率低，反復(fù)使用會使內(nèi)部存在較大熱應(yīng)力而出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致傳感器失效。

為了避免上述問題，出現(xiàn)了氧化鋯、氧化鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)的片式氧傳感器，但不同材料層間的熱膨脹系數(shù)不同，氧傳感器在使用過程中，由于經(jīng)常不斷的升溫與降溫，傳感器難以承受如此的熱疲勞，導(dǎo)致使用過程中基片出現(xiàn)彎曲、分層或開裂等失效現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種含有兩部分氧化鋯結(jié)構(gòu)的片式氧傳感器及其制備方法，本發(fā)明從氧化鋯基片、氧化鋁基片的復(fù)合結(jié)構(gòu)入手，通過對其結(jié)構(gòu)和配方的設(shè)計消除彎曲和分層，從配方上調(diào)節(jié)氧化鋯基片的配方使二者熱膨脹系數(shù)匹配，調(diào)節(jié)氧化鋁基片以及多孔氧化鋁基片的配方使二者收縮率和收縮速率匹配，提高了片式氧傳感器的成品率和使用壽命以及簡化制備工藝。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種含有兩部分氧化鋯結(jié)構(gòu)的片式氧傳感器，包括從上到下依次疊加燒結(jié)而成的多孔及保護層、功能層、空氣腔層、結(jié)構(gòu)層和加熱層；所述多孔及保護層的一端為多孔氧化鋁基片，多孔及保護層的另一端為第一氧化鋁基片，所述功能層包括第一氧化鋯基片和設(shè)于第一氧化鋯基片兩側(cè)的內(nèi)電極和外電極，其中外電極位于第一氧化鋯基片上靠近多孔及保護層一側(cè)，且所述多孔氧化鋁基片完全覆蓋外電極，第一氧化鋁基片覆蓋外電極引線，所述空氣腔層包括第二氧化鋁基片和設(shè)于其上方的空氣腔，所述結(jié)構(gòu)層包括從上到下依次疊加的第二氧化鋯基片、第三氧化鋁基片和第四氧化鋁基片，所述加熱層包括第五氧化鋁基片和設(shè)于其上方的加熱器。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述第一氧化鋯基片和第一氧化鋁基片上均設(shè)有供外電極引線和內(nèi)電極引線穿過的電極通孔，所述第一氧化鋁基片上設(shè)有用于將外電極引線和內(nèi)電極引線引出的一對電極引腳，所述內(nèi)電極引線依次穿過第一氧化鋯基片和第一氧化鋁基片上的電極通孔后與其中一個電極引腳連接，所述外電極引線穿過第一氧化鋁基片上的通孔后與另外一個電極引腳連接。

作為另一種優(yōu)選的實施方式，所述第五氧化鋁基片上設(shè)有供加熱器引線穿過的加熱器通孔和用于接入加熱電壓的加熱器引腳，加熱器引線穿過加熱器通孔后與所述加熱器引腳連接。