[發明專利]基于陶瓷共燒工藝技術的分壓型氧氣傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202011152138.5
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112255296B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 劉洋;于海超;劉璽;朱曉明;程振乾;文吉延;秦浩;海濤;周明軍
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十九研究所
• 主分類號: G01N27/41
• 分類號: G01N27/41;G01N27/409;C04B35/48;C04B41/88
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

基于陶瓷共燒工藝技術的分壓型氧氣傳感器及其制備方法，涉及傳感器結構設計及制造技術領域。本發明的目的是要解決傳統分壓型氧傳感器存在抗力學和溫度沖擊差、壽命短，采用玻璃封接釉封接泵池和濃差池圍成密閉腔室時存在涂敷工藝難度大的問題。方法：將泵池和濃差池疊放在一起形成一個密閉的空氣腔室，采用絲網印刷技術在空氣腔室內印刷揮發層漿料并使揮發層漿料充滿空氣腔室，通過等靜壓技術由上至下進行預壓，得到預制件；采用劃片技術將預制件進行切割分離，得到若干個傳感器，通過燒結技術將傳感器燒結成型。本發明可獲得基于陶瓷共燒工藝技術的分壓型氧氣傳感器及其制備方法。

技術領域

本發明涉及傳感器結構設計及制造技術領域，具體涉及基于陶瓷共燒工藝技術的分壓型氧氣傳感器及其制備方法。

背景技術

氧濃度的測量和控制在醫療器械、生物技術、食品工業以及生產安全等領域均有著廣泛的應用，氧氣傳感器安裝在麻醉機、呼吸機、氧氣檢測儀、溫室氣體檢測儀、制氧機和火災探測器等設備中。

人們利用YSZ固體電解質具有的良好的氧離子導電特性來制作分壓型氧氣傳感器和界限電流型氧氣傳感器。界限電流型氧氣傳感器具有測量精度高和無需參考氣體的特點，但是存在小孔堵塞變形、致密擴散障對溫度過于敏感導致傳感器一致性差以及測量精度大幅下降的不足。

傳統分壓型氧氣傳感器(也叫變頻型氧氣傳感器)由泵池、濃差池和玻璃封接釉三部分構成。其中，玻璃封接釉由于材料屬性的差異，其熱膨脹系數與泵池和濃差池存在較大區別，因此玻璃封接釉是傳感器抗力學沖擊和溫度沖擊時最薄弱的環節，采用玻璃封接釉封接工藝制備的氧氣傳感器難以實現高精度和高可靠的氧濃度測量，限制了氧氣傳感器的進一步發展。

發明內容

本發明的目的是要解決傳統分壓型氧傳感器存在抗力學和溫度沖擊差、壽命短，采用玻璃封接釉封接泵池和濃差池圍成密閉腔室時存在涂敷工藝難度大的問題，而提供基于陶瓷共燒工藝技術的分壓型氧氣傳感器及其制備方法。

基于陶瓷共燒工藝技術的分壓型氧氣傳感器，包括泵池、濃差池、粘結層和絕緣層；所述泵池內表面的四周設置有粘結層，所述濃差池內表面的四周設置有粘結層，泵池上的粘結層與濃差池上的粘結層之間通過絕緣層連接，使泵池和濃差池的內部形成一個密閉的空氣腔室；泵池的內表面設置有泵池內電極，泵池內電極處在空氣腔室內，泵池的外表面設置有泵池外電極和泵池外電極引線，泵池上設置有通孔a，泵池內電極穿過通孔a至泵池的外表面；濃差池的內表面設置有濃差池內電極，濃差池內電極處在空氣腔室內，濃差池的外表面設置有濃差池外電極和濃差池外電極引線，濃差池上設置有通孔b，濃差池內電極穿過通孔b至濃差池的外表面。

基于陶瓷共燒工藝技術的分壓型氧氣傳感器的制備方法，按以下步驟完成：

一、制作兩片氧化鋯流延基片，得到泵池和濃差池，先采用沖孔技術在泵池上開設通孔a以及在濃差池上開設通孔b，然后采用絲網印刷技術在泵池的內表面上印刷電極材料形成泵池內電極，在泵池的外表面上分別印刷電極材料和電極引線材料形成泵池外電極和泵池外電極引線，以及在濃差池的內表面上印刷電極材料形成濃差池內電極，在濃差池的外表面上分別印刷電極材料和電極引線材料形成濃差池外電極和濃差池外電極引線，再采用絲網印刷技術分別在泵池和濃差池內表面的四周邊緣處印刷粘結層漿料形成粘結層，在泵池或濃差池的粘結層上面印刷絕緣層漿料形成絕緣層，最后以泵池與濃差池內表面正對的方式將泵池和濃差池疊放在一起，泵池和濃差池之間形成一個密閉的空氣腔室；

二、采用絲網印刷技術在空氣腔室內印刷揮發層漿料并使揮發層漿料充滿空氣腔室，然后通過等靜壓技術由上至下進行預壓，得到預制件；采用劃片技術將預制件進行切割分離，得到若干個傳感器，最后通過燒結技術將傳感器在1400℃～1500℃下燒結成型，得到基于陶瓷共燒工藝技術的分壓型氧氣傳感器；所述揮發層漿料由松油醇、石墨粉、粘結劑和分散劑組成。

本發明的有益效果：