[发明专利]基于陶瓷共烧工艺技术的分压型氧气传感器及其制备方法

说明书

基于陶瓷共烧工艺技术的分压型氧气传感器及其制备方法，涉及传感器结构设计及制造技术领域。本发明的目的是要解决传统分压型氧传感器存在抗力学和温度冲击差、寿命短，采用玻璃封接釉封接泵池和浓差池围成密闭腔室时存在涂敷工艺难度大的问题。方法：将泵池和浓差池叠放在一起形成一个密闭的空气腔室，采用丝网印刷技术在空气腔室内印刷挥发层浆料并使挥发层浆料充满空气腔室，通过等静压技术由上至下进行预压，得到预制件；采用划片技术将预制件进行切割分离，得到若干个传感器，通过烧结技术将传感器烧结成型。本发明可获得基于陶瓷共烧工艺技术的分压型氧气传感器及其制备方法。

技术领域

本发明涉及传感器结构设计及制造技术领域，具体涉及基于陶瓷共烧工艺技术的分压型氧气传感器及其制备方法。

背景技术

氧浓度的测量和控制在医疗器械、生物技术、食品工业以及生产安全等领域均有着广泛的应用，氧气传感器安装在麻醉机、呼吸机、氧气检测仪、温室气体检测仪、制氧机和火灾探测器等设备中。

人们利用YSZ固体电解质具有的良好的氧离子导电特性来制作分压型氧气传感器和界限电流型氧气传感器。界限电流型氧气传感器具有测量精度高和无需参考气体的特点，但是存在小孔堵塞变形、致密扩散障对温度过于敏感导致传感器一致性差以及测量精度大幅下降的不足。

传统分压型氧气传感器(也叫变频型氧气传感器)由泵池、浓差池和玻璃封接釉三部分构成。其中，玻璃封接釉由于材料属性的差异，其热膨胀系数与泵池和浓差池存在较大区别，因此玻璃封接釉是传感器抗力学冲击和温度冲击时最薄弱的环节，采用玻璃封接釉封接工艺制备的氧气传感器难以实现高精度和高可靠的氧浓度测量，限制了氧气传感器的进一步发展。

发明内容

本发明的目的是要解决传统分压型氧传感器存在抗力学和温度冲击差、寿命短，采用玻璃封接釉封接泵池和浓差池围成密闭腔室时存在涂敷工艺难度大的问题，而提供基于陶瓷共烧工艺技术的分压型氧气传感器及其制备方法。

基于陶瓷共烧工艺技术的分压型氧气传感器，包括泵池、浓差池、粘结层和绝缘层；所述泵池内表面的四周设置有粘结层，所述浓差池内表面的四周设置有粘结层，泵池上的粘结层与浓差池上的粘结层之间通过绝缘层连接，使泵池和浓差池的内部形成一个密闭的空气腔室；泵池的内表面设置有泵池内电极，泵池内电极处在空气腔室内，泵池的外表面设置有泵池外电极和泵池外电极引线，泵池上设置有通孔a，泵池内电极穿过通孔a至泵池的外表面；浓差池的内表面设置有浓差池内电极，浓差池内电极处在空气腔室内，浓差池的外表面设置有浓差池外电极和浓差池外电极引线，浓差池上设置有通孔b，浓差池内电极穿过通孔b至浓差池的外表面。

基于陶瓷共烧工艺技术的分压型氧气传感器的制备方法，按以下步骤完成：

一、制作两片氧化锆流延基片，得到泵池和浓差池，先采用冲孔技术在泵池上开设通孔a以及在浓差池上开设通孔b，然后采用丝网印刷技术在泵池的内表面上印刷电极材料形成泵池内电极，在泵池的外表面上分别印刷电极材料和电极引线材料形成泵池外电极和泵池外电极引线，以及在浓差池的内表面上印刷电极材料形成浓差池内电极，在浓差池的外表面上分别印刷电极材料和电极引线材料形成浓差池外电极和浓差池外电极引线，再采用丝网印刷技术分别在泵池和浓差池内表面的四周边缘处印刷粘结层浆料形成粘结层，在泵池或浓差池的粘结层上面印刷绝缘层浆料形成绝缘层，最后以泵池与浓差池内表面正对的方式将泵池和浓差池叠放在一起，泵池和浓差池之间形成一个密闭的空气腔室；

二、采用丝网印刷技术在空气腔室内印刷挥发层浆料并使挥发层浆料充满空气腔室，然后通过等静压技术由上至下进行预压，得到预制件；采用划片技术将预制件进行切割分离，得到若干个传感器，最后通过烧结技术将传感器在1400℃～1500℃下烧结成型，得到基于陶瓷共烧工艺技术的分压型氧气传感器；所述挥发层浆料由松油醇、石墨粉、粘结剂和分散剂组成。

本发明的有益效果：