專利名稱：氧傳感器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明與用于控制內(nèi)燃機燃燒排放的氧傳感器有關。本發(fā)明又涉及該氧傳感器的制造方法。
近年來，用于汽車內(nèi)燃機燃燒尾氣中測定氧濃度來控制內(nèi)燃機燃燒的氧傳感器(探測器或檢測器)已廣泛被利用。用來控制內(nèi)燃機的空氣進量與燃油進量的定量配比，使燃燒達到盡可能地充分，盡可能地少排放出有害氣體。內(nèi)燃機上使用的氧傳感器要求很快的響應和長的工作壽命。兩者缺一不可，這也是世界各地的研究者關注并致力解決的問題。在一端開口，一端封口的陶瓷管上，內(nèi)、外制作電極的氧傳感器的應用較為廣泛。用于內(nèi)燃機為提高其靈敏度的工作是在近幾年內(nèi)是有所進展并取得了較好的成就(如CN1121177A)。另外在提供良好的耐用性即長期工作壽命方面。也取得了較大的進步(CN1217790A)。
隨著內(nèi)燃機的改進，世界各國對汽車排放污染物對大氣環(huán)境破壞性的逐步認識和深化，相繼出合了許多政策性和法規(guī)性文件限制汽車的污染物排放的標準。也就要求對內(nèi)燃機的燃燒控制提到了一個新的高度，相應的需求也就隨之而生。要使汽車排放污染物盡可能地少，用于控制的氧傳感器起到關鍵性的檢測功能，要求具有較高的靈敏度，也應具有較持久的工作壽命。
本發(fā)明的目的是提供一種靈敏度高，工作壽命長的氧傳感器及其制造方法。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明氧傳感器包括一端開口，一端封閉的管狀陶瓷氧敏感元件4，該敏感元件內(nèi)外表面有參比電極5和測量電極2，在參比電極5和測量電極2為多孔金屬電極，測量電極2極面外設置有氧化鋯多孔保護層3，保護層3外設置有氧化鋁多孔保護層1。
本發(fā)明測量電極2的厚度為5—15μm，孔隙率為40—60％。
本發(fā)明參比電極5的厚度為2—50μm，孔隙率為30—60％。
本發(fā)明參比電極5的平均孔徑為0.1—20.μm。
本發(fā)明測量電極2的平均孔徑為0.1—10μm。
本發(fā)明保護層3的孔隙率為10—15％，保護層1的孔隙率為15—60％。
本發(fā)明保護層3為ZrO2·MgO，ZrO2·Y2O3，ZrO2·Al2O3·Y2O3，ZrO2·CaO混合粉末層，粉末顆粒直徑為1—80μm，保護層3的厚度為30—100μm。
本發(fā)明保護層1為α—Al2O3、γ—Al2O3、MgO混合粉末層，粉末顆粒直徑為5—100μm，保護層1的厚度為200—450μm。
本發(fā)明保護層1外表面的不平整度為5—200μm。
本發(fā)明氧傳感器的制造方法，參比電極5制造步驟包括(1)用0.01～5μm的金屬粉、造孔劑和有機分散劑混合研磨，調節(jié)粘度；用涂覆或印刷或噴涂方法將混合物設置在管狀陶瓷敏感元件4的內(nèi)壁，在800—1350℃熱處理1～24小時后形成參比電極；(2)用0.01～1μm的鉑金粉，造孔劑和有機分散劑混合研磨，調節(jié)粘度；用涂覆或印刷或噴涂方法將混合物設置在管狀陶瓷敏感元件4的外表面，在800—1200℃熱處理0.5～12小時后形成測量電極。
本發(fā)明參比電極中造孔劑占百分比重量為1—20％，測量電極中造孔劑中百分比重量為4—30％。
本發(fā)明測量電極的表面設置保護層3和1的步驟包括(1)用ZrO2·Y2O3、ZrO2·Al2O3·Y2O3、ZrO2·CaO混合粉末在測量電極(2)表面用噴涂和溶浸漬的方法制作多孔陶瓷保護層3，于燥12—24小時。
(2)用α—Al2O3、γ—Al2O3、MgO混合粉末在保護層3表面用噴涂和溶浸漬的方法制作多孔陶瓷保護層1，干燥2—24小時。
(3)將保護層3和1熱處理。
本發(fā)明主要關注的重點是內(nèi)參比電極與外測量電極之間的差異，制作的手段不同滿足使用各自的最佳性能要求。外測量電極是處于極低氧濃度的測定環(huán)境內(nèi)，應具有較靈敏的活性和較強的催化能力，確保取得最佳性能，設置的是5～15μm厚，孔隙率為40～60％，孔徑為0.1～100μm的金屬活性層。參比電極是處于較為穩(wěn)定的較高濃度的環(huán)境上，較之測量極不需要靈敏度高。其設計的孔隙率為30～60％，孔徑為0.1～20μm的金屬層。為保證其長期高溫下的耐熱性，長期工作有效性，對孔徑的要求也提出了不同，測量電極和參比電極的差別確保不同環(huán)境條件下組合成具有更加有效的測量和極高靈敏度的氧傳感器。正如上所述，另本發(fā)明還關注到的是傳感器敏感元件外測量電極上面設置的保護層的作用。內(nèi)層采用ZrO2·Y2O3、ZrO2·MgO、ZrO2·Y2O3·Al2O3、ZrO2·CaO粉末層，基于對耐熱性考慮，能有較接近的膨脹系數(shù)，通過多種粉末層組成的內(nèi)層，同時還有作為外層材料梯形過渡之功能。較致密的結構，更具有好的結合力，外層設置的γ—Al2O3、α—Al2O3、MgO較為疏松的粉末層，保護層設置為兩層有效地阻擋異物進入電極層(外測量極電極層)上，和有效地防護異物，特別是由K、Na、Pb形成的氧化物對電極孔隙的阻塞作用能得到持久有效的防護。能夠有效地阻擋異物的浸入或阻塞氣體通路孔兩者的組合保證了較強的抗熱性能及耐久性和工作的穩(wěn)定性。
本發(fā)明具有如下顯著進步氧傳感器的響應時間得到了顯著地提高，由文獻報道可查證的＜100ms，提高到＜30ms。提高了氧傳感器適用的各種汽車內(nèi)燃機的燃燒控制，其壽命由文獻可查證的10萬公里提高到30萬公里的行駛使用壽命。
如下是本發(fā)明的附圖

圖1為氧傳感器的結構圖。
圖2為氧傳感器參比電極的放大示意圖。
圖3為氧傳感器測量電極的放大示意圖。
圖4為氧傳感器內(nèi)層保護層的放大示意圖。
圖5為氧傳感器保護外層的放大示意圖。
權利要求
1.一種氧傳感器，包括一端開口，一端封閉的管狀陶瓷氧敏感元件(4)，該敏感元件內(nèi)外表面分別有參比電極(5)和測量電極(2)，其特征在于參比電極(5)和測量電極(2)為多孔金屬電極，測量電極(2)外設置有氧化鋯多孔保護層(3)，保護層(3)外設置有氧化鋁多孔保護層(1)。
2.根據(jù)權利要求1所述的氧傳感器，其特征在于測量電極(2)的厚度為5—15μm，孔隙率為40—60％。
3.根據(jù)權利要求1所述的氧傳感器，其特征在于參比電極(5)的厚度為2—50μm，孔隙率為30—60％。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的氧傳感器，其特征在于參比電極(5)的平均孔徑為0.1—20.μm。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的氧傳感器，其特征在于測量電極(2)的平均孔徑為0.1—10μm。
6.根據(jù)權利要求1所述的氧傳感器，其特征在于保護層(3)的孔隙率為10—15％，保護層(1)的孔隙率為15—60％。
7.根據(jù)權利要求1或6所述的氧傳感器，其特征在于保護層(3)為ZrO2·MgO，ZrO2·Y2O3，ZrO2·Al2O3·Y2O3，ZrO2·CaO混合粉末層，粉末顆粒直徑為1—80μm，保護層(3)的厚度為30—100μm。
8.根據(jù)權利要求1或6所述的氧傳感器，其特征在于保護層(1)為α—Al2O3、γ—Al2O3、MgO混合粉末層，粉末穎粒直徑為5—100μm，保護層(1)的厚度為200—450μm。
9.根據(jù)權利要求8所述的氧傳感器，其特征在于保護層(1)外表面的不平整度為5—200μm。
10.根據(jù)權利要求1所述的氧傳感器的制造方法，參比電極(5)制造步驟包括(1)用0.01～5μm的金屬粉、造孔劑和有機分散劑混合研磨，調節(jié)粘度；用涂覆或印刷或噴涂方法將混合物設置在管狀陶瓷敏感元件(4)的內(nèi)壁，在800—1350℃熱處理1～24小時后形成參比電極；(2)用0.01～1μm的金屬粉，造孔劑和有機分散劑混合研磨，調節(jié)粘度；用涂覆或印刷或噴涂方法將混合物設置在管狀陶瓷敏感元件(4)的外表面，在800—1200℃熱處理0.5～12小時后形成測量電極。
11.根據(jù)權利要求1所述的氧傳感器的制造方法，其特征在于參比電極中造孔劑占百分比重量為1—20％，測量電極中造孔劑中百分比重量為4—30％。
12.根據(jù)權利要求10或11所述的氧傳感器的制造方法，其特征在于在測量電極的表面設置保護層(3)和(1)的步驟包括(1)用ZrO2·Y2O3、ZrO2·Al2O3·Y2O3、ZrO2·CaO混合粉末在測量電極(2)表面用噴涂和溶浸漬的方法制作多孔陶瓷保護層(3)，干燥12—24小時，(2)用α—Al2O3、γ—Al2O3、MgO混合粉末在保護層(3)表面用噴涂和溶浸漬的方法制作多孔陶瓷保護層(1)，干燥2—24小時，(3)將保護層(3)和(1)熱處理。
全文摘要
本發(fā)明為一種氧傳感器及其制造方法。氧傳感器的一端開口,一端封閉的管狀陶瓷氧敏感元件4的內(nèi)外表面有帶導電連線的多孔參比電極5和測量電極2。測量電極2的極面上依次設置有氧化鋯多孔保護層3和氧化鋁多孔保護層1。其制造方法為將金屬粉,造孔劑和有機分散劑混合研磨,調節(jié)粘度,用涂覆或印刷或噴涂方法將混合物設置在元件4的內(nèi)、外壁制成電極和保護層?？墒寡鮽鞲衅鞯捻憫獣r間顯著提高,延長其使用壽命。
文檔編號G01N27/407GK1329247SQ0012063
公開日2002年1月2日 申請日期2000年12月28日 優(yōu)先權日2000年12月28日
發(fā)明者張益康, 張益燦, 楊邦朝, 謝四平, 張海航, 曾宗權 申請人:康達(成都)電子有限公司