[发明专利]用于氧传感器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于具有涂覆有Pt膜的氧传感器元件的氧传感器的制造方法，更特别地涉及一种用于检测精度优良的氧传感器的制造方法。

背景技术

在现有技术中，氧传感器（O2传感器）具有氧传感器元件，并且氧传感器元件收纳在壳体内。例如，对于有底筒状（杯状）氧传感器元件的情况，已知这样一种氧传感器元件，该氧传感器元件包括具有氧离子传导性的杯状的固体电解质元件、设置在该固体电解质元件的内表面上的内侧电极和设置在该固体电解质元件的外表面上的外侧电极。

在这种氧传感器元件中，内侧电极与大气相接触以用作基准电极且外侧电极与被测气体相接触以用作测量电极。通过这样来测量来自内燃发动机的排气中的氧浓度。

近年来，为了提高氧传感器元件的性能，已对外侧电极进行了各种研究。例如，为了改善低温操作性和气体响应性，公开了这样一种氧传感器元件，其外侧电极的电极材料晶体的平均粒径和外侧电极的厚度有所改善（例如，参见日本专利公报No.8-20404）。这里，构成氧传感器元件的固体电解质元件由稳定化的氧化锆制成，并且固体电解质元件的表面涂覆有铂（Pt）膜作为电极材料。

用于这种Pt膜的涂覆方法一般可以是例如利用PVD、CVD等的涂覆方法。例如，提出了一种通过在氮气氛中进行喷溅来涂覆Pt膜的方法（例如，参见日本专利No.3094382）和一种对Si基体的（100）面进行蚀刻以使表面粗糙化、将氧化钇稳定化的氧化锆层层叠在表面上并在Ar气体气氛中给氧化钇稳定化的氧化锆层涂覆Pt膜的方法（例如，参见日本专利申请公报No.2000-277818（JP2000-277818A））。

顺便说一下，在汽车的内燃发动机的空燃比控制中，基于氧传感器元件的输出电压来调节空燃比，并且氧传感器元件具有输出电压在理论空燃比附近急剧变化这样的特性。

因此，通过利用输出电压急剧变化的特性基于氧传感器元件的输出电压来调节空燃比（执行反馈控制），允许内燃发动机以基本上理想的空燃比运转。注意，一般而言，在氧传感器元件中，（输出电压急剧变化时的空燃比）/（理论空燃比）由控制值λ表示且然后基于该控制值λ来执行空燃比控制。

氧传感器元件的输出电压期望地不论气体的浓度如何都响应于浓/稀气氛之间的变化而快速改变；然而，上述现有的氧传感器元件不充分地具有这种可追踪性（响应性）。

下面将说明原因。如上所述，氧传感器参照大气中的氧量指示被测气体气氛的变化作为输出值。因此，输出电压的可追踪性取决于经由被测气体侧电极快速改变固体电解质界面的氧状态的能力。这里，在高浓度气体环境中，氧状态快速变化，因而上述响应性不是很大的问题。然而，在被测气体的浓度低的环境中，氧传感器元件的响应时间趋于随着氧状态的变化而延长。因此，被测气体的氧浓度和氧传感器的输出电压之间可能暂时出现偏差。因而，空燃比控制的可控性恶化，并且结果，排放可能恶化。

另一方面，在上述氧传感器元件中，在使用一定时间之后的控制值λ可能从紧接在生产之后的控制值λ发生变化。随着控制值λ变化，可能导致催化装置的初始设定的排气净化能力此后变得不足的情况。

下面将说明原因。与氧传感器的初始设定的状态相比，已在车辆中持久使用的氧传感器的状态是这样的：作为气体反应部位的电极与电极界面的形态由于它们经受各种热经历和排气环境而变化。结果，气体的响应性、量、扩散性等变动，从而氧传感器的输出变得不稳定（控制值λ变化）。

发明内容

本发明提供了一种能够制造响应性优良并且使用中的经时输出变化小的氧传感器的制造方法。

发明人用心研究并获得以下新发现。对涂覆在用于排气的氧传感器的传感器元件的表面上的Pt膜进行预定的热处理，由此使晶体取向在恒定方向上对齐。通过这样做，可提高用于稀气体（低浓度气体）如O2和NOx的传感器元件的分解和吸附能力（可提高检测灵敏度）。因而，可改善内燃发动机的排放和燃料经济性。

本发明的一个方面涉及一种用于包括氧传感器元件的氧传感器的制造方法。所述制造方法包括：给所述氧传感器元件的固体电解质元件的两个表面涂覆Pt膜作为一对电极；和在氧气浓度比大气气体高的气体气氛中加热所涂覆的Pt膜中至少一个涂覆在暴露于被测气体的一侧上的Pt膜，以使所述Pt膜中的所述至少一个Pt膜的晶体取向与（001）面对齐。

这里，在本发明的该方面中，用语“使所述Pt膜中的所述至少一个Pt膜的晶体取向与（001）面对齐”是指使晶体取向与（001）面对齐以使得至少在所述Pt膜中的所述至少一个Pt膜的表面上存在的Pt的晶体取向定向在（001）面内。