專利名稱：一種片式氧傳感器的制造方法及片式氧傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種片式氧傳感器的制造方法以及采用該制造方法制成的片式氧傳感器。
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污染源之一。汽車發(fā)動機內(nèi)的燃料未經(jīng)充分燃燒而排出的尾氣中含有大量對人體有害的氣體，據(jù)統(tǒng)計，汽車排放的有害氣體已占全球整個大氣污染的50%以上，為此許多發(fā)達國家頒布了越來越嚴格的汽車尾氣排放法規(guī)，以利于能夠最大程度上降低有害氣體的排放及其對大氣環(huán)境的污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(fā)動機內(nèi)燃料燃燒時吸入的空氣與燃料比(簡稱空燃比)信號，并將空燃比信號轉(zhuǎn)換為電信號輸送至電控單元，電控單元根據(jù)氧傳感器反饋的信號對噴油時間進行修正，實現(xiàn)空燃比的閉環(huán)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(fā)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(jié)約燃油的目的?，F(xiàn)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(yōu)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于 50s，而片式氧傳感器的響應時間一般為IOs 12s ；第二，生產(chǎn)制備更加簡單，有利于實現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)；第三，控制效果好，性能更加可靠；第四，有利于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(tǒng)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于電位型&02 (二氧化鋯)氧傳感器，其工作原理為JrO2固體電解質(zhì)材料的一側(cè)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(zhì)材料的另一側(cè)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(zhì)材料兩側(cè)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(zhì)材料具有離子導電特性，氧氣會以氧離子的形態(tài)通過含有大量氧空位的固體電解質(zhì)材料，氧離子會從高濃度側(cè)向低濃度側(cè)傳導，從而形成氧離子導電，于是在固體電解質(zhì)材料兩側(cè)的電極上產(chǎn)生氧濃度差電勢E，形成一種濃差電池結(jié)構(gòu)，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制造方法，包括如下步驟①.制備漿料在制備傳感器基體、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，制成漿料；②.流延成型將步驟①中制得的漿料分別流延制成傳感器基體、參比空氣通道層和加熱器基體；③.第一次印刷在制得的傳感器基體上分別印刷內(nèi)電極、外電極和保護層，在制得的加熱器基體上分別印刷絕緣層和加熱器；④.切割、沖孔將傳感器基體、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，然后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(nèi)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(jié)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(jié)構(gòu)，然后經(jīng)高溫燒結(jié)形成片式氧傳感器。
2.根據(jù)權利要求1所述的片式氧傳感器的制造方法，其特征在于，在步驟①中，制備傳感器基體、參比空氣通道層、加熱器基體的基材中還可加入有分散劑，以共同制成漿料；其中，制備傳感器基體、參比空氣通道層、加熱器基體的基材采用氧化鋯粉體，將氧化鋯粉體置于球磨罐中，分別加入溶劑、分散劑、增塑劑、粘接劑，球磨混合12 16小時，經(jīng)真空脫泡、過篩后，制成粘度為750 1500mPa · s的漿料。
3.根據(jù)權利要求2所述的片式氧傳感器的制造方法，其特征在于，所述氧化鋯粉體采用含有8% -10%摩爾氧化釔全穩(wěn)定的氧化鋯粉體。
4.根據(jù)權利要求2所述的片式氧傳感器的制造方法，其特征在于，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(zhì)量百分比分別為氧化鋯粉體占45 60%、溶劑占30 42%、分散劑占0 2%、增塑劑占5 7%、粘接劑占5 7. 5%。
5.根據(jù)權利要求4所述的片式氧傳感器的制造方法，其特征在于，所述溶劑采用水、乙醇、甲乙酮或丁酮中的一種或幾種的混合物；所述分散劑采用三乙醇胺、松油醇或魚油中的一種或幾種的混合物；所述粘接劑采用聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛或乙基纖維素中的一種或幾種的混合物；所述增塑劑采用甘油、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(jù)權利要求1-5之一所述的片式氧傳感器的制造方法，其特征在于，在步驟②中， 將所述漿料放入流延機，使用雙刮刀將置于成膜襯帶上的漿料制成厚度均勻的膜片，將其干燥后，得到傳感器基體、參比空氣通道層和加熱器基體；所述膜片的干燥方式為當漿料采用水基漿料時，膜片采用自然干燥或使用加熱器的方式進行干燥；當漿料采用非水基漿料時，膜片在溶劑氣氛中進行干燥。
7.根據(jù)權利要求6所述的片式氧傳感器的制造方法，其特征在于，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，其厚度范圍是0. 3 0. 55mm。
8.根據(jù)權利要求1-5之一所述的片式氧傳感器的制造方法，其特征在于，在步驟③中，采用絲網(wǎng)印刷機，在步驟②制得的傳感器基體的內(nèi)表面印刷內(nèi)電極、外表面印刷外電極，然后在傳感器基體外表面的工作區(qū)上印刷保護層；采用絲網(wǎng)印刷機，在步驟②制得的加熱器基體的內(nèi)表面依次印刷絕緣層、加熱器、絕緣層。
9.根據(jù)權利要求8所述的片式氧傳感器的制造方法，其特征在于，所述保護層的制備方法為以鎂鋁尖晶石為原料，加入溶劑、分散劑、造孔劑、粘接劑之后，球磨制成漿料，采用絲網(wǎng)印刷工藝，將所述漿料高溫燒結(jié)在傳感器基體外電極的工作區(qū)上形成保護層，燒結(jié)后所形成的保護層的氣孔率為30% 65%，厚度范圍為0. 05 0. 25mm。
10.根據(jù)權利要求8所述的片式氧傳感器的制造方法，其特征在于，燒結(jié)后所形成的內(nèi)電極與外電極的厚度范圍均是10 15 μ m,所形成的絕緣層的厚度范圍是50 300 μ m,所形成的加熱器的厚度范圍是5 50 μ m。
11.根據(jù)權利要求1-5之一所述的片式氧傳感器的制造方法，其特征在于，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(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權利要求11所述的片式氧傳感器的制造方法，其特征在于，在步驟⑦中，所述燒結(jié)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(jié)構(gòu)置于高溫爐中后開始升溫，使高溫爐在80 800°C之間升溫速率為0. 3 0. 7°C /min，用于將所述片式結(jié)構(gòu)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(diào)整至1 2°C /min，直至高溫爐的溫度上升到1300 1500°C，然后保溫1 3小時，燒結(jié)完畢，即形成片式氧傳感器。
13.一種采用權利要求1-12之一所述片式氧傳感器制造方法制成的片式氧傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種片式氧傳感器的制造方法，包括下列步驟在基材中加入溶劑、增塑劑和粘接劑，制成漿料；將所述漿料流延成型；在成型的基體上分別印刷內(nèi)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并打孔；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(jīng)高溫燒結(jié)形成片式氧傳感器。相應地，提供一種采用上述方法制備的片式氧傳感器。本發(fā)明片式氧傳感器及其制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(yōu)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(yōu)先權日2011年7月13日
發(fā)明者劉三兵 申請人:奇瑞汽車股份有限公司