一種片式氧傳感器的製造方法及片式氧傳感器的製作方法

2023-10-27 21:56:12 4

專利名稱：一種片式氧傳感器的製造方法及片式氧傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種片式氧傳感器的製造方法以及採用該製造方法製成的片式氧傳感器。
背景技術：
近年來隨著汽車保有量的急劇增加，汽車尾氣已成為主要的大氣汙染源之一。汽車發動機內的燃料未經充分燃燒而排出的尾氣中含有大量對人體有害的氣體，據統計，汽車排放的有害氣體已佔全球整個大氣汙染的50%以上，為此許多發達國家頒布了越來越嚴格的汽車尾氣排放法規，以利於能夠最大程度上降低有害氣體的排放及其對大氣環境的汙為了減少汽車尾氣中有害氣體的排放，提高燃油效率，氧傳感器已成為汽車中必備的部件。氧傳感器通過檢測尾氣中氧離子的含量獲得發動機內燃料燃燒時吸入的空氣與燃料比(簡稱空燃比)信號，並將空燃比信號轉換為電信號輸送至電控單元，電控單元根據氧傳感器反饋的信號對噴油時間進行修正，實現空燃比的閉環反饋控制，從而精確地控制空燃比，使其始終接近理論空燃比(理論空燃比A/F約為14. 7)，使發動機得到最佳的油氣混合濃度，最終達到降低有害氣體排放量與節約燃油的目的。現有的氧傳感器一般分為管式氧傳感器與片式氧傳感器。其中，片式氧傳感器與管式氧傳感器相比具有如下優勢第一，從點火到氧含量檢測的響應時間快，管式氧傳感器的響應時間一般大於 50s，而片式氧傳感器的響應時間一般為IOs 12s ；第二，生產製備更加簡單，有利於實現大規模的生產；第三，控制效果好，性能更加可靠；第四，有利於傳感器的小型化和加熱元件的集成；第五，維護更加方便。因此，片式氧傳感器替代傳統的管式氧傳感器已成為必然趨勢。片式氧傳感器與管式氧傳感器都屬於電位型&02 (二氧化鋯)氧傳感器，其工作原理為JrO2固體電解質材料的一側暴露在汽油引擎的尾氣中，尾氣中氧氣分壓為PJ， &02固體電解質材料的另一側暴露在參比空氣中，參比空氣中氧氣分壓Pffi為固定值，因此&02固體電解質材料兩側的氧氣濃度或壓強存在位差，在一定的工作溫度下(一般為 350°C以上)，&02固體電解質材料具有離子導電特性，氧氣會以氧離子的形態通過含有大量氧空位的固體電解質材料，氧離子會從高濃度側向低濃度側傳導，從而形成氧離子導電，於是在固體電解質材料兩側的電極上產生氧濃度差電勢E，形成一種濃差電池結構，氧濃度差電勢E由能斯特(Nernst)方程決定，即
權利要求
1.一種片式氧傳感器的製造方法，包括如下步驟①.製備漿料在製備傳感器基體、參比空氣通道層、加熱器基體的基材中加入溶劑、 增塑劑和粘接劑，製成漿料；②.流延成型將步驟①中製得的漿料分別流延製成傳感器基體、參比空氣通道層和加熱器基體；③.第一次印刷在製得的傳感器基體上分別印刷內電極、外電極和保護層，在製得的加熱器基體上分別印刷絕緣層和加熱器；④.切割、衝孔將傳感器基體、參比空氣通道層和加熱器基體分別切割成相應的單體坯片，然後在參比空氣通道層坯片上切割形成參比空氣通道，在傳感器基體坯片、加熱器基體坯片上分別打孔；⑤.第二次印刷在傳感器基體坯片與加熱器基體坯片表面的打孔位置處分別印刷導電引腳，在傳感器基體坯片上印刷有外電極的一面印刷電極引腳；⑥.引腳連接將傳感器基體坯片上的內電極通過小孔與傳感器基體坯片上的導電引腳連接，將加熱器通過小孔與加熱器基體坯片上的導電引腳連接；⑦.疊層熱壓、燒結成型將傳感器基體坯片、參比空氣通道層坯片、加熱器基體坯片疊層熱壓，形成片式結構，然後經高溫燒結形成片式氧傳感器。
2.根據權利要求1所述的片式氧傳感器的製造方法，其特徵在於，在步驟①中，製備傳感器基體、參比空氣通道層、加熱器基體的基材中還可加入有分散劑，以共同製成漿料；其中，製備傳感器基體、參比空氣通道層、加熱器基體的基材採用氧化鋯粉體，將氧化鋯粉體置於球磨罐中，分別加入溶劑、分散劑、增塑劑、粘接劑，球磨混合12 16小時，經真空脫泡、過篩後，製成粘度為750 1500mPa · s的漿料。
3.根據權利要求2所述的片式氧傳感器的製造方法，其特徵在於，所述氧化鋯粉體採用含有8% -10%摩爾氧化釔全穩定的氧化鋯粉體。
4.根據權利要求2所述的片式氧傳感器的製造方法，其特徵在於，所述加入球磨罐中的氧化鋯粉體、溶劑、分散劑、增塑劑、粘接劑的質量百分比分別為氧化鋯粉體佔45 60%、溶劑佔30 42%、分散劑佔0 2%、增塑劑佔5 7%、粘接劑佔5 7. 5%。
5.根據權利要求4所述的片式氧傳感器的製造方法，其特徵在於，所述溶劑採用水、乙醇、甲乙酮或丁酮中的一種或幾種的混合物；所述分散劑採用三乙醇胺、松油醇或魚油中的一種或幾種的混合物；所述粘接劑採用聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛或乙基纖維素中的一種或幾種的混合物；所述增塑劑採用甘油、聚乙二醇、鄰苯二甲酸二丁酯或三乙烯乙二醇中的一種或幾種的混合物。
6.根據權利要求1-5之一所述的片式氧傳感器的製造方法，其特徵在於，在步驟②中， 將所述漿料放入流延機，使用雙刮刀將置於成膜襯帶上的漿料製成厚度均勻的膜片，將其乾燥後，得到傳感器基體、參比空氣通道層和加熱器基體；所述膜片的乾燥方式為當漿料採用水基漿料時，膜片採用自然乾燥或使用加熱器的方式進行乾燥；當漿料採用非水基漿料時，膜片在溶劑氣氛中進行乾燥。
7.根據權利要求6所述的片式氧傳感器的製造方法，其特徵在於，步驟②中所得到的傳感器基體、參比空氣通道層和加熱器基體的厚度均相等，其厚度範圍是0. 3 0. 55mm。
8.根據權利要求1-5之一所述的片式氧傳感器的製造方法，其特徵在於，在步驟③中，採用絲網印刷機，在步驟②製得的傳感器基體的內表面印刷內電極、外表面印刷外電極，然後在傳感器基體外表面的工作區上印刷保護層；採用絲網印刷機，在步驟②製得的加熱器基體的內表面依次印刷絕緣層、加熱器、絕緣層。
9.根據權利要求8所述的片式氧傳感器的製造方法，其特徵在於，所述保護層的製備方法為以鎂鋁尖晶石為原料，加入溶劑、分散劑、造孔劑、粘接劑之後，球磨製成漿料，採用絲網印刷工藝，將所述漿料高溫燒結在傳感器基體外電極的工作區上形成保護層，燒結後所形成的保護層的氣孔率為30% 65%，厚度範圍為0. 05 0. 25mm。
10.根據權利要求8所述的片式氧傳感器的製造方法，其特徵在於，燒結後所形成的內電極與外電極的厚度範圍均是10 15 μ m,所形成的絕緣層的厚度範圍是50 300 μ m,所形成的加熱器的厚度範圍是5 50 μ m。
11.根據權利要求1-5之一所述的片式氧傳感器的製造方法，其特徵在於，在步驟⑦ 中，所述疊層熱壓的步驟如下將傳感器基體坯片、參比空氣通道層坯片、加熱器基體坯片依次定位、對齊，放入層壓機中，設置層壓機的壓力為5 lOKg/cm2、溫度為70 100°C，保持平壓10 30分鐘，直至三者壓合為一體，形成片式結構。
12.根據權利要求11所述的片式氧傳感器的製造方法，其特徵在於，在步驟⑦中，所述燒結成型的步驟如下將所述傳感器基體坯片、參比空氣通道層坯片、加熱器基體坯片三者所形成的片式結構置於高溫爐中後開始升溫，使高溫爐在80 800°C之間升溫速率為0. 3 0. 7°C /min，用於將所述片式結構中的有機物脫除；當高溫爐的溫度上升到800°C 及以上時，將高溫爐的升溫速率調整至1 2°C /min，直至高溫爐的溫度上升到1300 1500°C，然後保溫1 3小時，燒結完畢，即形成片式氧傳感器。
13.一種採用權利要求1-12之一所述片式氧傳感器製造方法製成的片式氧傳感器。
全文摘要
本發明提供一種片式氧傳感器的製造方法，包括下列步驟在基材中加入溶劑、增塑劑和粘接劑，製成漿料；將所述漿料流延成型；在成型的基體上分別印刷內電極、外電極、保護層、加熱器與絕緣層；將印刷好的基體分別切割成單體坯片並打孔；在所述打孔處印刷導電引腳，在印刷有外電極一面的坯片上印刷電極引腳；導電引腳連接；將各單體坯片疊層熱壓，經高溫燒結形成片式氧傳感器。相應地，提供一種採用上述方法製備的片式氧傳感器。本發明片式氧傳感器及其製造方法具有工藝流程簡單、成品率高、響應時間快、激活時間短、密封性好等優點。
文檔編號G01N27/409GK102288664SQ20111020283
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月13日 優先權日2011年7月13日
發明者劉三兵 申請人:奇瑞汽車股份有限公司