[发明专利]一种车用片式结构氧传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧传感器装置，特别是用于检测发动机排出废气中氧浓度的氧传感器，具体地说是一种车用片式结构氧传感器及其制备方法。

背景技术

随着世界汽车保有量的快速增长，汽车排气污染和能源紧张问题日趋严重，节约燃油和减少汽车尾气污染已成为现代汽车工业迫在眉睫的问题。车用氧传感器可实现对发动机尾气氧浓度的监测，判断发动机燃烧状况，并反馈到电子控制燃油喷射装置，从而精确控制燃油的喷射时间和喷射量，达到降低发动机的油耗、提升功率，减少污染排放的目的。随着汽车尾气排放标准的不断提高，对车用氧传感也提出了更高的要求。传统管式结构的氧化锆氧传感器由于加热设备和氧化锆陶瓷分离，传感器响应时间较长，对工作温度的要求也相对较高。尤其是当汽车刚启动时，发动机温度较低，管式传感器通常不能及时达到所需的工作温度从而影响其性能，造成此阶段汽车尾气中有害成分含量较高，因此还很不理想，不能满足当前节能减排的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供加热体内植式设置且能在较短时间内满足工作温度，加快响应速度的一种车用片式结构氧传感器及其制备方法。该传感器结构简单、制造方便、机械强度高、抗干扰能力强并且适于规模化生产。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种车用片式结构氧传感器，包括由上至下依次叠置的敏感层、参比气通道层和加热器层，其中：加热器层包括加热基体和底部布设有加热体的绝缘层组成，绝缘层设置在加热基体上表面制有的长方形下凹区中；参比气通道层为制有参比气通道的参比气通道本体，该参比气通道与外界环境相连通；敏感层包括上、下表面分别设置有外电极层和内电极层的氧化锆敏感基体以及包覆在外电极层上表面的多孔保护层；参比气通道贯通参比气通道本体的上下表面，并且参比气通道的上下壁分别由氧化锆敏感基体的下表面和绝缘层的上表面构成，内电极层位于参比气通道所处的空间内，加热体和内电极层分别引出有加热器电极引脚和内电极引脚。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：

上述的加热基体制有向下贯通加热基体下表面的加热器电极引出孔，加热器电极引脚设置在加热基体下表面的一端，并且加热器电极引脚通过加热器电极引出孔与加热体电连接，氧化锆敏感基体制有向上贯通氧化锆敏感基体上表面的内电极引出孔，内电极引脚设置在氧化锆敏感基体上表面的一端，并且内电极引脚通过内电极引出孔与内电极层电连接。

上述的参比气通道气孔的孔径范围为0.2mm-0.6mm，加热基体和参比气通道本体以及氧化锆敏感基体的厚度均为0.2mm-0.6mm。

上述的绝缘层为采用氧化铝材料制作的厚度为40um-80um的长方形陶瓷片体，加热基体长方形下凹区的深度为40um-80um。

本发明还提供了一种车用片式结构氧传感器的制备方法，该方法包括以下步骤：

A：采用具有0-10%摩尔钇含量和0-40%质量分数氧化铝的氧化锆材料利用流延成型技术分别制得生瓷片式具有相同材料组分的加热基体和成型有参比气通道的参比气通道本体的参比气通道层；

B：采用具有5%摩尔钇含量的氧化锆利用流延成型技术制得生瓷片的氧化锆敏感基体，采用氧化铝利用流延成型技术制得流延片的绝缘层；

C：采用厚膜丝网印刷技术在上述的加热基体的上表面和下表面一端分别印刷出加热体和加热器电极引脚，制得加热器坯件；

D：采用机械冲孔在上述加热器坯件上的加热器电极引脚处冲出加热器电极引出孔，并在加热器电极引出孔中注入用于连通加热器电极引脚和加热体的导体材料后将上述的绝缘层叠置在加热体上，制得加热器层；

E：采用厚膜丝网印刷技术在上述氧化锆敏感基体的上表面上分别印刷出外电极层和内电极引脚，并同时在氧化锆敏感基体的下表面上印刷出内电极层，制得含电极层的敏感基体坯件；

F：采用机械冲孔在上述敏感基体坯件的内电极引脚处冲出内电极引出孔，并在内电极引出孔中注入用于连通内电极层和内电极引脚的导体材料，制得敏感层坯件；

G：采用厚膜丝网印刷技术在敏感层坯件上的外电极层上表面印制出多孔保护层，制得敏感层；

H：将上述步骤D中制得的加热器层和步骤A中制得的参比气通道层以及步骤G中制得的敏感层依层次准确堆叠在一起，通过叠层热压形成整体，在低温炉中低温排胶，高温炉中保温一段时间后烧结成型，制得本产品。

上述的步骤C中加热体的材料为具有正温度电阻特性的金属材料。

上述的步骤G中的多孔保护层的材料为镁铝尖晶石。