一種片式結構氧傳感器及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種片式結構氧傳感器及其制作方法，該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。本發(fā)明通過添加氧化鋯層與電解質層形成對稱結構，具有結構穩(wěn)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。
【專利說明】一種片式結構氧傳感器及其制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)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】
[0002] 隨著汽車產業(yè)的迅猛發(fā)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(zhí)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。
[0003] 現(xiàn)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(xiàn)象。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)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(wěn)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。
[0005] 本發(fā)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。
[0006] 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鉬電極加熱電路。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 一種片式結構氧傳感器的制造方法，包括如下步驟：
[0011] 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；
[0012] 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，通孔的直徑選擇為〇. 15?0. 25mm ;
[0013] C.采用絲網(wǎng)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；
[0014] D.通過絲網(wǎng)印刷技術填充導線的過孔；
[0015] 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(xù)制作過 程形成參比氣道孔；
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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°C，壓力為 40 ?60MPa。
[0019] 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鉬金漿料，然后 采用絲網(wǎng)印刷的工藝將鉬金漿料涂覆在對應在的素坯表面。
[0020] 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°C，時間為1?3h。
[0021] 本發(fā)明的一種片式結構氧傳感器的制造方法，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 齊U、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 ·8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。
[0022] 所述的溶齊[J、分散齊[J、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。
[0023] 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(fā)，形成參比氣道。
[0024] 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(huán)境下緩慢的 排出，排膠溫度在400?600°C，時間為24h?48h。
[0025] 與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明的有益效果是：
[0026] 1、結構設計合理，由于采用對稱結構設計，即電解質對稱層和電解質層相對于絕 緣支撐層呈對稱關系，材料的燒結應力降低，力學性能會提高，所以本發(fā)明更加能滿足汽油 發(fā)動惡劣的工況及強烈的振動。
[0027] 2、材料技術要求高，絕緣性一直是中國片式結構氧傳感器發(fā)展的瓶頸，氧化鋁具 有天然的絕緣性，采用一層或多層的氧化鋁材料提高了其絕緣可靠性，同時氧化鋁材料在 高溫條件下具有優(yōu)良的力學性能。
[0028] 3、外形美觀，添加氧化鋯層與電解質層形成對稱結構降低了材料的彎曲程度，起 到了外形美觀的作用。
[0029] 4、提高合格率，由于采用對稱結構，材料的微裂紋、宏觀裂紋均有降低，從而提高 片式氧傳感器的合格率和使用壽命。
[0030] 以下結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明；但本發(fā)明的一種片式結構氧傳感器 及其制作方法不局限于實施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發(fā)明的結構剖視圖。
【具體實施方式】
[0032] 實施例
[0033] 參見圖1所示，本發(fā)明的一種片式結構氧傳感器，包括一加熱體1、一氧化鋯固體 電解質2、以及加熱體1與氧化鋯固體電解質2之間具有絕緣特征的一支撐結構體3 ;氧化 鋯固體電解質2、支撐結構體3和加熱體1由上向下順次設置，在支撐結構體3與加熱體1 之間還設有一氧化鋯對稱層4,所述氧化鋯對稱層4與所述氧化鋯固體電解質2相對于支撐 結構體3呈對稱分布；在燒結過程中氧化鋯對稱層4與氧化鋯固體電解質2層燒結應力的 相互平衡抵消，可以起到降低燒結應力的作用。
[0034] 所述加熱體1包括氧化鋁載體11和設置在氧化鋁載體上表面的鉬電極加熱電路 12 ;本發(fā)明采用氧化鋁載體11，其耐高溫性、綜合機械性能更好，氧化鋁載體在常溫、高溫 下具有良好的力學性能與抗熱震性能。
[0035] 所述支撐結構體3為采用氧化鋁材料制作而成的一層或多層結構；本發(fā)明采用氧 化鋁材質的絕緣、支撐結構既能起完全絕緣的效果，又具有良好的綜合機械性能。
[0036] 所述氧化鋯電解質2包括氧化鋯固體電解質層21、設置在氧化鋯固體電解質層 上、下表面的外電極22、內電極23 ;在內電極23的下方的支撐結構體上設有參比氣道5 ;本 發(fā)明采用高活性的鉬印刷制得外電極22、內電極23,參比氣道的孔徑較小但能完全滿足與 外界空氣的即時交換，同時片式結構氧傳感器具有更好的機械性能。
[0037] 進一步的，還包括設置在氧化鋯固體電解質2上以對外電極22進行保護的保護層 6,所述保護層6為以氧化鋁為基體的多孔結構層，多孔結構層6的孔徑分布均勻，氣孔率在 30%?40%之間；本發(fā)明為了片式氧傳感器的外電極22更加快速的檢測尾氣以及抵擋尾 氣中的顆粒，外電極表面添加一層多孔的氧化鋁保護層。
[0038] 本發(fā)明的一種片式結構氧傳感器的制造方法，包括如下步驟：
[0039] 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；
[0040] 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，通孔的直徑選擇為〇. 15?0. 25mm ;
[0041] C.采用絲網(wǎng)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；
[0042] D.通過絲網(wǎng)印刷技術填充導線的過孔；
[0043] 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(xù)制作過 程形成參比氣道孔；
[0044] 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。
[0045] 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。
[0046] 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°C，壓力為 40 ?60MPa。
[0047] 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鉬金漿料，然后 采用絲網(wǎng)印刷的工藝將鉬金漿料涂覆在對應在的素坯表面。
[0048] 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°C，時間為1?3h。
[0049] 本發(fā)明的一種片式結構氧傳感器的制造方法，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 齊U、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。
[0050] 所述的溶齊[J、分散齊U、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。
[0051] 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(fā)，形成參比氣道。
[0052] 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(huán)境下緩慢的 排出，排膠溫度在400?600°C，時間為24h?48h。
[0053] 上述實施例僅用來進一步說明本發(fā)明的一種片式結構氧傳感器及其制作方法，但 本發(fā)明并不局限于實施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修 改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術方案的保護范圍內。
【權利要求】
1. 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，其特征在于：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。
2. 根據(jù)權利要求1所述的片式結構氧傳感器，其特征在于：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鉬電極加熱電路。
3. 根據(jù)權利要求1所述的片式結構氧傳感器，其特征在于：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。
4. 根據(jù)權利要求1所述的片式結構氧傳感器，其特征在于：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。
5. 根據(jù)權利要求4所述的片式結構氧傳感器，其特征在于：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。
6. -種片式結構氧傳感器的制造方法，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，通孔的直徑選擇為〇. 15?0. 25mm ; C. 采用絲網(wǎng)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(wǎng)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(xù)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。
7. 根據(jù)權利要求6所述的片式結構氧傳感器的制造方法，其特征在于：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。
8. 根據(jù)權利要求6所述的片式結構氧傳感器的制造方法，其特征在于：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°C，壓力為40?60MPa。
9. 根據(jù)權利要求6所述的片式結構氧傳感器的制造方法，其特征在于：所述內電極、夕卜 電極、電極引腳、加熱器電路和加熱器引腳均選用鉬金漿料，然后采用絲網(wǎng)印刷的工藝將鉬 金漿料涂覆在對應在的素坯表面。
10. 根據(jù)權利要求6所述的片式結構氧傳感器的制造方法，其特征在于：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°C，時間為1?3h。
【文檔編號】G01N27/409GK104142363SQ201410341036
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權日:2014年7月17日
【發(fā)明者】王齊軍, 尹鐳, 鐘叔明, 聶志輝 申請人:廈門宏發(fā)電力電器有限公司