[发明专利]一种含有两部分氧化锆结构的片式氧传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种含有两部分氧化锆结构的片式氧传感器，其特征在于，包括从上到下依次叠加烧结而成的多孔及保护层、功能层、空气腔层、结构层和加热层；所述多孔及保护层的一端为多孔氧化铝基片，多孔及保护层的另一端为第一氧化铝基片，所述功能层包括第一氧化锆基片和设于第一氧化锆基片两侧的内电极和外电极，其中外电极位于第一氧化锆基片上靠近多孔及保护层一侧，且所述多孔氧化铝基片完全覆盖外电极，第一氧化铝基片覆盖外电极引线，所述空气腔层包括第二氧化铝基片和设于其上方的空气腔，所述结构层包括从上到下依次叠加的第二氧化锆基片、第三氧化铝基片和第四氧化铝基片，所述加热层包括第五氧化铝基片和设于其上方的加热器。

2.根据权利要求1所述的含有两部分氧化锆结构的片式氧传感器，其特征在于，所述第一氧化锆基片和第一氧化铝基片上均设有供外电极引线和内电极引线穿过的电极通孔，所述第一氧化铝基片上设有用于将外电极引线和内电极引线引出的一对电极引脚，所述内电极引线依次穿过第一氧化锆基片和第一氧化铝基片上的电极通孔后与其中一个电极引脚连接，所述外电极引线穿过第一氧化铝基片上的通孔后与另外一个电极引脚连接。

3.根据权利要求1所述的含有两部分氧化锆结构的片式氧传感器，其特征在于，所述第五氧化铝基片上设有供加热器引线穿过的加热器通孔和用于接入加热电压的加热器引脚，加热器引线穿过加热器通孔后与所述加热器引脚连接。

4.根据权利要求1所述的含有两部分氧化锆结构的片式氧传感器，其特征在于，所述多孔氧化铝基片、第一氧化铝基片、第一氧化锆基片、第二氧化铝基片、第二氧化锆基片、第三氧化铝基片、第四氧化铝基片和第五氧化铝基片的厚度均为0.1mm-0.3mm。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的含有两部分氧化锆结构的片式氧传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备氧化锆陶瓷浆料、氧化铝陶瓷浆料和多孔氧化铝陶瓷浆料；

所述氧化锆陶瓷浆料、氧化铝陶瓷浆料和多孔氧化铝陶瓷浆料按以下质量百分比的原料进行配制：

氧化锆陶瓷浆料：将76.5-90％的氧化锆粉末、5-13.5％的氧化钇粉末和5-10％的第一氧化铝粉末配制成无机成分，再加入占无机成分总质量1-10％的分散剂、占无机成分总质量40-60％的有机溶剂、占无机成分总质量5-15％的粘接剂和占无机成分总质量5-15％的增塑剂；球磨后即形成氧化锆陶瓷浆料；

氧化铝陶瓷浆料：将70-85％的第一氧化铝粉末、10-20％的第二氧化铝粉末和5-10％的烧结助剂配制成无机成分，再加入占无机成分总质量1-10％的分散剂、占无机成分总质量40-70％的有机溶剂、占无机成分总质量5-15％的粘接剂和占无机成分总质量5-15％的增塑剂；球磨后即形成氧化铝陶瓷浆料；

多孔氧化铝陶瓷浆料：将30-40％的第一氧化铝粉末、30-40％的第二氧化铝粉末和20-40％的碳粉配制成无机成分，再加入占无机成分总质量1-10％的分散剂、占无机成分总质量60-95％的有机溶剂、占无机成分总质量5-15％的粘接剂和占无机成分总质量5-15％的增塑剂；球磨后即形成多孔氧化铝陶瓷浆料；

2)对氧化锆陶瓷浆料、氧化铝陶瓷浆料和多孔氧化铝陶瓷浆料采用流延工艺分别制备得到对应的基片，然后采用机械冲孔的方式在各个基片上冲打定位孔，在第一氧化铝基片、第一氧化锆基片上冲打电极通孔，在第五氧化铝基片上冲打加热器通孔；

3)对第一氧化铝基片和第一氧化锆基片上的电极通孔进行填充并印刷电极引脚，在第一氧化锆基片两侧印刷内电极和外电极，在第二氧化铝基片的上方印刷空气腔，在第五氧化铝基片上印刷加热器，同时进行加热器通孔的填充以及印刷加热器引脚；

4)按从上到下的顺序将多孔及保护层、功能层、空气腔层、结构层和加热层所对应的基片进行叠层，然后将其压制成整体，采用机械切割将叠层后的陶瓷块切割成芯片生坯；

5)将芯片生坯放入承烧板内，将承烧板放入空气循环炉内进行缓慢排胶，其中，排胶最高温度为600-800℃，将排完胶的芯片生坯放入烧结炉中进行烧结，烧结温度为1350-1500℃，待冷却后即制备得到片式氧传感器。

6.根据权利要求5所述的含有两部分氧化锆结构的片式氧传感器的制备方法，其特征在于，所述第一氧化铝粉末的中粒粒径(D50)的范围为0.1μm-0.8μm，比表面积范围为6m²/g-12m²/g；所述第二氧化铝粉末的中粒粒径(D50)的范围为2μm-5μm，比表面积范围为20m²/g-60m²/g。