[发明专利]用于感测元件的氧化铝扩散阻挡体

说明书

本发明涉及用于感测元件的氧化铝扩散阻挡体。本发明还涉及用于温度感测器的感测元件，包括具有施加于其的铂弯曲体的基底。氧化铝扩散阻挡体(ADB)覆盖弯曲体以提供抵抗污染的保护和结构稳定性，其中氧化铝扩散阻挡体是连续的多晶层，其由氧化铝和以重量计约1％的金红石添加剂制成以基本上避免网状孔隙。连续的多晶层包括具有典型在0.5‑3μm范围内的晶粒尺寸的晶粒。制造氧化铝扩散阻挡体的方法包括以下步骤：将纳米氧化铝和纳米金红石粉末组合以产生配制物；将配制物施加于铂弯曲体以形成层；将该层烧结以产生覆盖铂弯曲体的连续的多晶层。

技术领域

本主题公开涉及承受高热冲击和/或化学侵蚀环境的感测元件，更特别地涉及用于汽车废气测量用途的温度感测元件。

背景技术

在更为清洁运转的发动机的研发中，排放法规是推动创新的重要源头。汽车工业已经在发动机设计、发动机控制、燃料喷射等方面取得了很多改进以改善排放。废气系统在达到和超过法规方面已经变得非常重要。为了保证废气系统和发动机整体的适当功能，多种感测器向发动机控制提供信息。典型的感测器包括温度感测器、压力感测器和氧感测器(也称之为λ感测器)。

废气系统是其中布置感测器的特别不利的环境。典型的操作温度范围是从启动时非常冷的环境温度到在操作期间废气热点中的750-1000℃。热冲击可为由0.75mm的热电偶测得的高达1100Ks^-1。此外，废气系统经常具有可为非常腐蚀性的苛性气体。连同这些快速温度变化和化学不利的环境，常见显著的震动。因此，感测器寿命通常是有限的并且可发生失效。而且，感测器的稳定性会受到热浸(thermal soak)和热冲击的影响。这种所谓的漂移使得相对于正常响应，感测器读数会偏移，通常为正偏移。

存在多种类型的温度感测器。例如，1998年11月3日授予Wienard等的美国专利5,831,512(‘512专利)公开了一种电阻温度计。‘512专利使用铂弯曲体或弯曲模式的线材来测定温度。对铂弯曲体施加陶瓷片用于保护。2012年12月18日授予Kamenov等的美国专利8,333,506公开了保护组件的保形涂层。2003年9月9日授予Zitzmann的美国专利6,617,956公开了施加有保护性釉面的保护性中间层。2002年3月5日授予Dietmann等的美国专利6,353,381公开了具有作为中间层的扩散阻挡体的电阻层和钝化层以保护电阻层抵抗周围的气氛的损害。

发明内容

考虑到以上，需要一种感测元件，其对于承受大的温度波动和高的热冲击足够鲁棒(robust)。

本主题技术的一个实施方案是用于温度感测器的感测元件，包括：可为氧化铝(Al₂O₃)或钛酸镁(MgTiO₃)的基底或基材；施加于基材的铂迹线或弯曲体；具有芯片焊盘的引线，其与Pt弯曲体电连接；覆盖Pt弯曲体的氧化铝扩散阻挡体(ADB)以提供抵抗污染的保护和结构稳定，其中氧化铝扩散阻挡体为连续的(contiguous)多晶层，其由氧化铝和以重量计约1％的金红石或锐钛矿添加剂制成以基本上避免网状孔隙。感测元件还可包括：施加在ADB上的玻璃层；施加于玻璃层的第二氧化铝扩散阻挡体；施加于第二氧化铝扩散阻挡体的第二玻璃层；施加于第二玻璃层的盖板；施加于盖板的固定玻璃；以及包封基底、铂迹线、引线、玻璃层、氧化铝扩散阻挡体、盖板和固定玻璃的壳体。金红石和/或锐钛矿添加剂可为高反应性的纳米TiO₂形式。