一種片式結構氧傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種片式結構氧傳感器，包括一加熱體、一固體電解質、以及加熱體與固體電解質之間具有絕緣特征的一支撐結構體；固體電解質、支撐結構體和加熱體由上向下順次設置，所述固體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。本實用新型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。
【專利說明】一種片式結構氧傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及氧傳感器【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。
【背景技術】
[0002]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。
[0003]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。
實用新型內容
[0004]本實用新型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，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。
[0005]本實用新型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、一固體電解質、以及加熱體與固體電解質之間具有絕緣特征的一支撐結構體；固體電解質、支撐結構體和加熱體由上向下順次設置，所述固體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層和設置在氧化鋁載體層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]在下表面電極的下方的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的保護層，所述保護層覆蓋所述上表面電極。
[0010]所述保護層為以氧化鋁為基體的多孔結構層，所述多孔結構層的孔徑分布均勻，氣孔率在30%?40%之間。
[0011]本實用新型的一種片式結構氧傳感器，制作時，其包括如下步驟:
[0012]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；
[0013]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 ；
[0014]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；
[0015]D.通過絲網印刷技術填充導線的過孔；
[0016]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；
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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?60V，壓力為40 ?60MPa。
[0020]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，然后采用絲網印刷的工藝將鉬金漿料涂覆在對應在的素坯表面。
[0021]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I?3h。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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°C，時間為24h?48h。
[0026]與現有技術相比較，本實用新型的有益效果是:
[0027]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，所以本實用新型更加能滿足汽油發動惡劣的工況及強烈的振動。
[0028]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良的力學性能。
[0029]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。
[0030]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。
[0031]以下結合實施例對本實用新型作進一步詳細說明；但本實用新型的一種片式結構氧傳感器不局限于實施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1是本實用新型的結構剖視圖。
【具體實施方式】
[0033]實施例
[0034]參見圖1所示，本實用新型的一種片式結構氧傳感器，包括一加熱體1、一固體電解質2、以及加熱體I與固體電解質2之間具有絕緣特征的一支撐結構體3 ;固體電解質2、支撐結構體3和加熱體I由上向下順次設置，所述固體電解質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21上、下表面的電極22 (外電極)、電極23 (內電極)；在支撐結構體3與加熱體I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燒結應力的相互平衡抵消，可以降低燒結應力的作用。
[0035]所述加熱體I包括氧化鋁載體層11和設置在氧化鋁載體層上表面的鉬電極加熱電路12 ;本實用新型采用氧化鋁載體層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。
[0036]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；本實用新型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。
[0037]在下表面電極23(內電極)的下方的支撐結構體3上設有參比氣道5;本實用新型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。
[0038]進一步的，還包括設置在氧化鋯固體電解質層21上的保護層，所述保護層6覆蓋所述外電極22，以對外電極22進行保護，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；本實用新型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。
[0039]本實用新型的一種片式結構氧傳感器，制作時，其包括如下步驟:
[0040]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；
[0041]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 ；
[0042]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；
[0043]D.通過絲網印刷技術填充導線的過孔；
[0044]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；
[0045]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。
[0046]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。
[0047]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?60V，壓力為40 ?60MPa。
[0048]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，然后采用絲網印刷的工藝將鉬金漿料涂覆在對應在的素坯表面。
[0049]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I?3h。
[0050]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。
[0051]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。
[0052]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。
[0053]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°C，時間為24h?48h。
[0054]上述實施例僅用來進一步說明本實用新型的一種片式結構氧傳感器，但本實用新型并不局限于實施例，凡是依據本實用新型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，均落入本實用新型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、一固體電解質、以及加熱體與固體電解質之間具有絕緣特征的一支撐結構體；固體電解質、支撐結構體和加熱體由上向下順次設置，所述固體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；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層和設置在氧化鋁載體層上表面的鉬電極加熱電路。
3.根據權利要求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.根據權利要求1所述的片式結構氧傳感器，其特征在于:在下表面電極的下方的支撐結構體上設有參比氣道。
5.根據權利要求1或2或3或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的保護層，所述保護層覆蓋所述上表面電極。
6.根據權利要求5所述的片式結構氧傳感器，其特征在于:所述保護層為以氧化鋁為基體的多孔結構層，所述多孔結構層的孔徑分布均勻，氣孔率在30%?40%之間。
【文檔編號】G01N27/409GK204008549SQ201420395946
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月17日 優先權日:2014年7月17日
【發明者】王齊軍, 尹鐳, 鐘叔明, 聶志輝 申請人:廈門宏發電力電器有限公司