氧浓度探测器制造技术

本发明专利技术提供了一种带有电极的氧浓度探测器，它具有良好的耐热性和耐用性并保持在较高的灵敏度。排气侧的电极形成在固体电解质的一个侧面上，进气侧的电极形成在固体电解质的另一侧面上。排气侧电极包括骨架电极和反应电极。骨架电极具有５至２０μｍ的薄膜厚度和小于１０％的孔隙率，它是厚的耐热薄膜，主要用于形成骨架部分。反应电极则具有０．５至２μｍ的薄膜厚度和１０％至５０％的孔隙率，它是薄的高灵敏度薄膜，主要用于形成反应部分。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及到一种氧浓度探测器。具体地说，本专利技术涉及到适于探测诸如内燃机废气中氧浓度的氧浓度探测器。为了制做用于深测从诸如汽车内燃机中排出的废气中氧浓度的氧浓度探测器，已知过去有用非电解镀敷、真空镀膜、网板印刷等手段形成电极的方法。在上述方法中，带有用非电解镀敷、真空镀膜等手段所形成的电极的氧浓度探测器具有下列优点由于电极的厚度较薄，所以探测器能很快适应所要探测气体中氧浓度的变化并能探测出该氧浓度。另一方面，在带有用网板印刷等手段所形成的电极的氧浓度探测器中，网板印刷会对使用铂涂料或类似物质的未烧结的板片产生影响，并且要同时烧结多个未经烧结的板片。因此，电极的厚度会相对变大。换句话说，用网板印刷形成的电极的厚度要比用非电解镀敷、真空镀膜等手段形成的电极的厚度大5至20倍，所以，带有用网板印刷所形成的电极的氧浓度探测器具有较高的耐热性。但是，在带有用网板印刷所形成的电极的氧浓度探测器中，由于电极具有较大的厚度，所以从电极表面至三相分界点(三态点)的气体扩散距离会变大。因此，会产生这样的问题，即电极上所要探测的气体扩散性降低且探测器的响应速度下降，这在低温状态下尤为显著。为了解决上述问题，已知在该技术中存在有一种方法，在这种方法中，将陶瓷粉末混和进铂涂料中以防止铂颗粒在烧结过程中烧结成块，从而获得较高的电极孔隙率。但是，依照这种方法，电极高厚度的效应仍然很大，而提高灵敏度的效果却不大。实施本专利技术是为了解决上述先有技术中的问题，本专利技术的目的是提供一种氧浓度探测器，这种探测器不仅有良好的耐热性及耐用性，而且保持有较高的灵敏度。为实现上述目的，依照本专利技术之第一实施例的结构，用两种电极即第一电极与第二电极来构成探测电极。在本专利技术的第一实施例中，在把第一电极具体形成为骨架部分且把第二电极具体形成为反应部分时，第一电极的厚度应小于第二电极的厚度，且前者的孔隙率要低于后者的孔隙率。因此，由于第一电极具有大于第二极的厚度，所以，第一电极具有高于第二电极的耐热性。但是，由于第二电极除具有大于第一电极的孔隙率以外还具有相对较小的薄膜厚度，所以第二电极具有高于第一电极的灵敏度。依照本专利技术之第二实施例的结构，第二电极具有小于第一电极的薄膜厚度，但具有高于第一电极的灵敏度。尽管第二电极具有低于第一电极的耐热性，但由于第二电极的厚度小于第一电极的厚度，所以能获得较高的灵敏度。在本专利技术之第一和第二实施例的结构中，第一电极与第二电极的配合可以同时实现高耐热性和高灵敏度，而这两者一般认为是彼此矛盾的。如上所述，在本专利技术的氧浓度探测器中，形成在固体电解质主体表面之一上的探测电极在组成结构上包括具有耐热性的第二厚电极，此电极基本上用于构成骨架部分；以及高灵敏度的第二薄电极，此电极基本上用于构成反应部件。因此，所说的氧浓度探测器在下述方面具有良好的效果，即在配合过程中可以完全利用第一电极的良好的耐热性以及第二电极的良好的灵敏度。本专利技术的上述和其它目的以及新颖特征将在以下参照附图的说明中表现得更加明显，在附图中附图说明图1是依照本专利技术之第一实例的探测器装置组件的概略分解透视图；图2是显示使用了本专利技术之上述第一实施例的氧探测器的剖面图；图3是沿图1中III—III线的剖面图；图4是显示第一电极的孔隙率变化时厚度与耐热性之间关系的特性曲线图；图5是显示第二电极的孔隙率变化时厚度与耐热性之间关系的特性曲线图；图6是显示与先有技术对照实例相比本专利技术之第一实例中装置温度与响应时间之间关系的特性曲线图；图7是显示与先有技术对照实例相比本专利技术之第一实例中高温状态下停留时间与电阻之间关系的特性曲线图；图8是依照本专利技术第二实例之探测器装置的探测电极的概略透视图；图9是依照本专利技术第三实例之探测器装置的探测电极的概略透视图；图10是依照本专利技术第四实例之探测器装置的探测电极的概略透视图；图11是显示本专利技术另一实例的说明图。以下将参照附图详细说明本专利技术的最佳实例。本专利技术的第一实例说明了本专利技术在图2所示之由氧化锆制成的氧浓度探测器中的应用。图1是图2所示之探测器装置6的分解图，图3是沿图1III—III线作为图1之放大剖面图的概略图。在图2中，通过将陶瓷粉末装进由氧化铝制成的容器2的端部内从而形成配备有云母3的氧探测器1。由氧化铝构成的绝缘体4沿轴向方向放置在云母3上，用嵌塞的方式固定住外罩5以便从以上所说的部件的外表面来盖住这些部件。用具有开孔及底部的圆柱形罩盖8经由空间9罩住插在空器2中央部分内的探测器装置6的末梢端部分6a以及云母3和绝缘体4。图1之概略分解图显示了探测器装置6的分解结构。在图1中，通过顺序地层压陶瓷涂层片11、电极部分12、衬层13以及陶瓷片14以形成陶瓷探测器6。在实践中，当同时烧结探测器装置6组成部分的原始材料时，就会形成该探测器装置。在下文中，将逐一说明上述探测器装置的每个组成部分。衬层13由诸如Al2O3、Si3N4等绝缘材料制成。这是为了确保下文中出现的铂加热件22与电极部分12之间的电绝缘性。衬层13上包括一沿轴向延伸的气体入口21。此气体入口21的一端21a与衬层13的端面13a相通，而另一端21b则与扁平侧面13c相通。开口21b形成于朝向进气侧电极24的位置处，电极24被用作参考电极，下文将对它予以说明。电极部分12包括薄的片状固体电解质25，此电解质具有彼此相反的主表面；位于进气侧的电极24，此电极作为参考电极形成在固体电解质25的一个主表面上；以及位于排气侧的电极26，此电极作为探测电极形成在固体电解质25的另一个表面上。固体电解质25包括由掺有Y2O3、Yb2O3或类似物质的ZrO2所构成的氧离子传导体。位于排气侧的电极26起探测电极的作用，它包括用作第一电极的骨架电极26a，此电极呈格栅状；以及用作第二电极的反应电极，此电极装在所述格栅的空隙内。如图3所示，骨架电极26a和反应电极26b均形成在衬层25的表面上。骨架电极26a和反应电极26b两者都具有预定水平的耐热性和气体扩散率并具有较高的灵敏度。此外，骨架电极26a相对较厚且比反应电极26b更结实(密实)，并具有高于反应电极26b的耐热性，而反应电极26b则相对较薄且比滑架电极26a更多孔，并具有高于骨架电极26a的气体扩散率和灵敏度。骨架电极26a具有5μm至20μm的厚度并具有小于10％最好为从2％至低于10％的孔隙率。由于上述薄膜厚度至少为5μm，所以能够保证有较高的耐热性和较好的耐用性，如果上述薄膜厚度超过20μm，则气体扩散率会明显降低。由于以下原因，所说的孔隙率最好至少为2％。如果该孔隙率小于2％，透气性会显著降低，而且，特别是在反应电极经长期使用而损坏时，上述孔隙率的范围是为了确保由骨架电极来承担探测器的功能。所述的孔隙率必须小于10％，这是因为，如果该孔隙率大于10％，那么，骨架电极26a会存在有过多的孔隙，因而耐热性会下降。图4是改变骨架电极厚度时测定具有2％、6％和10％孔隙率的骨架电极的耐热性所得到的结果。在这种情况下，图4中具有2％、6％和10％孔隙率的骨架电极分别称之为“A”、“B”和“C”。如图4所示，例如，在将骨架电极放置1000℃下50小时时，厚度为5μm、孔隙率为10％的骨架电极的电阻百分率的变化超过了10％。这意味本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧浓度探测器，它包括：一固体电解质，此电解质具有彼此相反的第一和第二主表面；一参考电极，此电极形成在上述固体电解质的第一表面上；以及形成在上述固体电解质第二表面上的探测电极，此探测电极具有形成在上述固体电解质第二主表面上由第一和第二电极构成的合成结构，第一电极具有５μｍ至２０μｍ的薄膜厚度和小于１０％的孔隙率并形成一骨架部分，第二电极具有０．５μｍ至２μｍ的薄膜厚度和１０％至５０％的孔隙率，并形成了一反应区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氧浓度探测器，它包括一固体电解质，此电解质具有彼此相反的第一和第二主表面；一参考电极，此电极形成在上述固体电解质的第一表面上；以及形成在上述固体电解质第二表面上的探测电极，此探测电极具有形成在上述固体电解质第二主表面上由第一和第二电极构成的合成结构，第一电极具有5μm至20μm的薄膜厚度和小于10％的孔隙率并形成一骨架部分，第二电极具有0.5μm至2μm的薄膜厚度和10％至50％的孔隙率，并形成了一反应区域。2.如权利要求1所述之氧浓度探测器，其特征在于，所说的第一电极具有2％至10％的孔隙率。3.如权利要求1所述之氧浓度探测器，其特征在于，所说的固体电解质呈薄片状。4.如权利要求1所述之氧浓度探测器，其特征在于，所说的固体电解质呈杯状。5.如权利要求1所述之氧浓度探测器，其特征在于，所说的第一电极的整体面积A与第二电极的整体面积B满足下列关系0.1≤B...

【专利技术属性】
技术研发人员：斋藤利孝，铃木雅寿，佐野博美，杉山富夫，野村悟，
申请(专利权)人：日本电装株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]