[发明专利]一种片式结构氧传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧传感器技术领域，特别是涉及一种汽油车用的氧化锆、氧化铝复合结构的氧传感器及其制作方法。

背景技术

随着汽车产业的迅猛发展，汽车尾气的污染逐渐成为中国城市主要污染源之一，汽车尾气的排放标准逐渐严苛，2013年7月，中国已经严格开始执行第四阶段的排放标准。目前，管式车用氧传感器逐渐被响应速度更快、集成度更高、成本更低的片式开关型氧传感器所取代。

现有的片式结构的氧传感器有使用全氧化锆结构，在加热器电路上下表面添加氧化铝薄层，以起到绝缘的效果，此结构对氧化铝绝缘层材料的要求非常高。也有使用氧化铝、氧化锆复合结构，但仅电解质层采用氧化锆材料，其产品结构具有天然不对称，产品外观有弯曲的现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种片式结构氧传感器及其制作方法，通过添加氧化锆层与电解质层形成对称结构，具有结构稳定，易制备，能显著提高产品的烧结合格率和使用寿命的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种片式结构氧传感器，包括一加热体、一氧化锆固体电解质、以及加热体与氧化锆固体电解质之间具有绝缘特征的一支撑结构体；氧化锆固体电解质、支撑结构体和加热体由上向下顺次设置，在支撑结构体与加热体之间还设有一氧化锆对称层，所述氧化锆对称层与所述氧化锆固体电解质相对于支撑结构体呈对称分布。

所述加热体包括氧化铝载体和设置在氧化铝载体上表面的铂电极加热电路。

所述支撑结构体为采用氧化铝材料制作而成的一层或多层结构。

所述氧化锆电解质包括氧化锆固体电解质层、设置在氧化锆固体电解质层上、下表面的电极；在所述下表面的电极的下方，支撑结构体上设有参比气道。

进一步的，还包括设置在氧化锆固体电解质上以对所述上表面的电极进行保护的保护层，所述保护层为以氧化铝为基体的多孔结构层，多孔结构层的孔径分布均匀，气孔率在30％～40％之间。

一种片式结构氧传感器的制作方法，包括如下步骤：

A.采用流延成型技术制作加热器载体层素坯、电解质对称层素坯、绝缘支撑层素坯、电解质层素坯和多孔保护层素坯；

B.采用机械冲孔的方式在加热器载体层素坯和电解质层素坯表面进行打孔处理，为保证电极引脚、加热器引脚与导线的连通，通孔的直径选择为0.15～0.25mm；

C.采用丝网印刷技术在电解质层素坯的上下表面印刷外电极、内电极和电极引脚，在加热器载体层素坯的上表面印刷加热器电路和加热器引脚；

D.通过丝网印刷技术填充导线的过孔；

E.采用填充工艺在绝缘支撑层素坯的参比气道位置填充碳粉块，以在后续制作过程形成参比气道孔；

F.将所述加热器载体层素坯、电解质对称层素坯、绝缘支撑层素坯、电解质层素坯和多孔保护层素坯依次叠在一起，通过叠层、排胶、烧结过程制得片式结构氧传感器。

所述电解质层素坯和电解质对称层素坯均采用氧化锆材料制作而成。

所述叠层过程采用热等静压方式进行处理，等静压的温度为40～60℃，压力为40～60MPa。

所述内电极、外电极、电极引脚、加热器电路和加热器引脚均选用铂金浆料，然后采用丝网印刷的工艺将铂金浆料涂覆在对应在的素坯表面。

所述烧结过程采用高温烧结炉，并在常压条件下进行，烧结温度为1400～1600℃，时间为1～3h。

本发明的一种片式结构氧传感器的制作方法，加热器载体层素坯、绝缘支撑层素坯由流延成型制成，具体流程如下：将高纯氧化铝粉体中添加一定量的溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂等辅料在球磨罐中球磨混合12h以上，制成粘度在3000～5000mPa·s的均匀体系的浆料，在高精密的流延机制成厚度在200um左右的氧化铝素坯。通过相同的方法制得氧化锆电解质素坯，多孔氧化铝素坯等。

所述的溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂等辅料为酒精、甲苯、三乙醇胺、PVB、PEG中的一种或多种混合物。

所述的参比气道选用碳粉块为原料，采用填充工艺将碳粉块填充到绝缘支撑层的参比气道位置，在排胶、烧结过程中碳粉挥发，形成参比气道。

所述的排胶过程采用马弗炉，将浆料制备过程中添加的辅料在低温环境下缓慢的排出，排胶温度在400～600℃，时间为24h～48h。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：