一種片式傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及W氧化錯電解質(zhì)為基的片式傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種片式傳感 器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于片式傳感器具有加熱時(shí)間快、響應(yīng)速度高，廣泛地應(yīng)用于燃燒控制、安全控制 W及工業(yè)過程控制，特別是汽車發(fā)動機(jī)燃燒控制及其尾氣排放控制系統(tǒng)中。它將氧化錯材 料制作的傳感器的功能部分與加熱部分集成在同一小型陶瓷片體中，為了便于進(jìn)行共燒 結(jié)，通常加熱部分也采用與傳感器部分相同的氧化錯材料制成，即先將絕緣漿料（一般為 氧化侶材料或氧化侶中添加適量助燒劑制得）印刷在氧化錯基片上，再將加熱導(dǎo)電漿料印 刷其上，將加熱電路包裹在氧化侶絕緣之間，從而避免高溫下加熱電路對傳感器部分的信 號干擾。但是，由于絕緣層氧化侶印刷厚度或者印刷質(zhì)量不好，經(jīng)常造成加熱電路漏電而影 響傳感器的信號，而且片式傳感器制造或使用過程中由于各疊層材料膨脹系數(shù)不同經(jīng)常出 現(xiàn)疊層斷裂的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 基于上述問題，本發(fā)明目的是提供一種片式傳感器的制備方法，該方法提高了加 熱層與敏感層之間的絕緣性能，而且可防止不同材料層膨脹系數(shù)不同使疊層斷裂導(dǎo)致傳感 器失效的問題。
[0004] 本發(fā)明的另一目的是提供一種片式傳感器。
[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：
[0006] 一種片式傳感器的制備方法，包括W下步驟：
[0007] (1)用氧化侶粉末和氧化娃粉末或氧化儀粉末混合制作流延片作為加熱層，然后 在加熱層一面印刷加熱電路且所述加熱電路與加熱層另一面的加熱電路引線連接；
[000引 （2)將氧化物滲雜的氧化錯粉末與氧化侶粉末混合制得至少=種不同氧化錯粉末 與氧化侶粉末比例的流延片作為過渡層，其中氧化侶粉末的含量依次增加；
[0009] (3)用氧化物滲雜的氧化錯粉末制作流延片作為敏感層；
[0010] (4)采用步驟（2)中制作過渡層的氧化物粉末或步驟（3)中制作敏感層的氧化物 粉末來制作參比空氣通道層；
[0011] (5)將步驟（1)制得的加熱層、步驟（2)制得的至少S種過渡層、參比空氣通道層、 敏感層及多孔保護(hù)層自下而上依次疊加，且各過渡層中氧化錯粉末和氧化侶粉末的質(zhì)量比 按照排布位置自上而下依次減少，在敏感層上印刷多孔保護(hù)層；
[0012] (6)將步驟（4)制得的片式結(jié)構(gòu)層在等壓機(jī)或靜壓機(jī)上加壓并加熱使各層疊合在 一起；
[0013] (7)將步驟（5)制得的片式結(jié)構(gòu)層在烘箱中烘烤后脫脂排膠；
[0014] (8)燒結(jié)后制得片式傳感器。
[0015] 優(yōu)選的，所述步驟（1)中氧化娃粉末或氧化儀粉末的含量為1?5wt%。
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟（2)和步驟（3)中氧化物為Y2〇3、MgO或CaO中一種或其混合物。
[0017] 優(yōu)選的，所述氧化物的含量為2?8Mole%。
[001引優(yōu)選的，所述步驟（2)中過渡層的厚度為0. 1?0. 5mm。
[0019] 優(yōu)選的，所述步驟化）中加熱溫度為50?90°C。
[0020] 優(yōu)選的，所述步驟（7)中烘烤溫度為60?400°C，烘烤時(shí)間為10?30小時(shí)。
[0021] 優(yōu)選的，所述步驟巧）中燒結(jié)溫度為1350?1550°C。
[0022] 本發(fā)明還提供一種采用上述片式傳感器的制備方法制得的片式傳感器。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0024] 1.采用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過在加熱層和敏感層之間設(shè)置氧化錯和氧化侶含量 呈梯度分布的多個過渡層且其中氧化侶的含量為從上而下逐漸增加，提高了加熱層和敏感 層之間結(jié)合力和絕緣性能，防止加熱電極對傳感器信號的影響，進(jìn)而提高了片式結(jié)構(gòu)傳感 器的性能；
[0025] 2.本發(fā)明采用的技術(shù)方案，在制作過渡層和敏感層過程中添加氧化物添加劑，一 方面使上下不同材料層緊密粘合在一起，另一方面也調(diào)節(jié)不同層間的熱膨脹而導(dǎo)致的層間 應(yīng)力，避免因膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致疊層之間斷裂的問題，提高了片式結(jié)構(gòu)傳感器的使用壽 命。
【附圖說明】
[0026] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根據(jù)該些附圖獲得其他的 附圖。
[0027] 圖1為采用本發(fā)明方法制得的一種片式傳感器實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[002引其中；1、多孔保護(hù)層；2、外電極；3、敏感層；4、內(nèi)電極；5、參比空氣通道層；61、第 一過渡層；62、第二過渡層；63、第=過渡層；7、加熱電路；8、加熱層；9、加熱電路引線。
【具體實(shí)施方式】
[0029] W下結(jié)合具體實(shí)施例對上述方案做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，該些實(shí)施例是用于說明 本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可W根據(jù)具體廠家的條件做 進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。
[0030] 本發(fā)明提供一種片式傳感器的制備方法，包括W下步驟：
[0031] (1)用氧化侶粉末和氧化娃粉末或氧化儀粉末混合制作流延片作為加熱層，然后 在加熱層一面印刷加熱電路且所述加熱電路與加熱層另一面的加熱電路引線連接；
[0032] (2)將氧化物滲雜的氧化錯粉末與氧化侶粉末混合制得至少=種不同氧化錯粉末 與氧化侶粉末比例的流延片作為過渡層，其中氧化侶粉末的含量依次增加；
[0033] (3)用氧化物滲雜的氧化錯粉末制作流延片作為敏感層，在所述敏感層的上下兩 面分別印刷外電極和內(nèi)電極；
[0034] (4)采用步驟（2)中制作過渡層的氧化物粉末或步驟（3)中制作敏感層的氧化物 粉末來制作參比空氣通道層；
[0035] (5)將步驟（1)制得的加熱層、步驟（2)制得的至少S種過渡層、參比空氣通道層 和敏感層自下而上依次疊加，且各過渡層中氧化錯粉末和氧化侶粉末的質(zhì)量比按照排布位 置自上而下依次減少，在敏感層上印刷多孔保護(hù)層；
[0036] (6)將步驟（5)制得的片式結(jié)構(gòu)層在等壓機(jī)或靜壓機(jī)上加壓并加熱使各層疊合在 一起；
[0037] (7)將步驟（6)制得的片式結(jié)構(gòu)層在烘箱中烘烤后脫脂排膠；
[003引 （8)燒結(jié)后制得片式傳感器。
[0039] 本發(fā)明中，各功能片層采用流延成型工藝制得，該流延成型工藝為本領(lǐng)域技術(shù)人 員公知，包括漿料制備、流延成型、生巧干燥幾個環(huán)節(jié)，漿料制備過程加入的有機(jī)試劑如溶 劑、分散劑、增塑劑和粘接劑為本領(lǐng)域常規(guī)使用的試劑而各種試劑含量也為本領(lǐng)域常規(guī)的 選擇，其中溶劑采用水、己醇或了酬中的一種或其混合物，分散劑采用=己醇胺或魚油中的 一種或其混合物，增塑劑采用甘油或聚己二醇或其混合物，粘接劑采用聚己締醇或己基纖 維素或其混合物；本發(fā)明創(chuàng)新之處在于對漿料中無機(jī)粉體材料進(jìn)行了選擇，將制得的各層 流延片按照上述方法中所述的順序依次疊加后經(jīng)過加熱、脫脂、燒結(jié)處理后制得片式傳感 器。
[0040] 其中制作加熱層時(shí)氧化娃粉末或氧化儀粉末的含量為1?5wt% ;制作過渡層和 敏感層時(shí)氧化錯粉末中滲雜有氧化物添加劑，該氧化物添加劑為Y2化、MgO或CaO中一種或 其混合物，W總的無機(jī)粉體材料為基準(zhǔn)，其含量為2?8Mole%，可W提高不同功能層的粘 合并調(diào)節(jié)各個功能層的熱膨脹系數(shù)，避免因熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致斷裂的問題。
[0041] 本發(fā)明在加熱層和參比空氣通道層之間設(shè)置至少=層過渡層，各過渡層中氧化 錯粉末和氧化侶粉末的比例自上而下逐漸減小呈梯度分布，例如設(shè)置=層過渡層，其中 第一過渡層中氧化錯含量為90wt %，氧化侶含量為lOwt %，第二過渡層中氧化錯含量為 50wt%，氧化侶含量為50wt%，第S過渡層中氧化錯含量為lOwt%，氧化侶含量為90wt%， 當(dāng)然氧化錯和氧化侶的含量不限于上述=種情況，本發(fā)明在此處不做限制；位于上層的過 渡層中含有較多的氧化錯可與W氧化錯粉末為主要成分的參比空氣通道具有較好的結(jié)合 力，位于下層的過渡層中含有較多的氧化侶使其與W氧化侶粉末為主要成分的加熱層具有 較好的結(jié)合力，多層過渡層的設(shè)置能夠提高加熱層和敏感層之間的結(jié)合力同時(shí)也增加了它 們之間的絕緣性能，進(jìn)而可提高片式傳感器的性能。
[0042] 本發(fā)明中參比空氣通道層通過在制作過渡層或敏感層時(shí)通過在流延片上切割參 比空氣通道得到。
[0043] 本發(fā)明中制作電極的漿料為本領(lǐng)域常規(guī)的電極漿料，可W是在銷粉中加入氧化侶 或氧化錯微粒制成的漿料；本發(fā)明中制作多孔保護(hù)層的材料為本領(lǐng)域常規(guī)用來制作多孔保 護(hù)層的儀侶尖晶石微粉。
[0044] 參見圖1為采用本發(fā)明方法制得的片式傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，該片式傳感器自下 而上依次包括加熱器引線9、加熱層8、加熱電路7、第=過渡層63、第二過渡層62、第一過 渡層61、參比空氣通道層5、內(nèi)電極4、敏感層3、外電極2和多孔保護(hù)層1，加熱器引線9經(jīng) 加熱層8上的穿孔與加熱電路7連接，其中第一過渡層61、第二過渡層62和第=過渡層63 中氧化錯和氧化侶的質(zhì)量比依次減小，第一過渡層61中含有較多的氧化錯其與參比空氣 通道層5接觸具有較好的結(jié)合力，第=過渡層63含有較多的氧化侶其與加熱層8接觸具有 較好的結(jié)合力。
[0045] W下通過具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋和說明。
[0046] 實(shí)施例1
[0047] ①制作加熱層
[0048] 將99g氧化侶粉末和Ig氧化娃或氧化儀粉末混合（其中氧化侶粉末