一种氧传感器探头及其制备方法技术

一种氧传感器探头，属于发动机技术领域，由含有氧化锆的材料制成，其特征在于：包括一个锥形探测体和一个在大端方向的柱形延伸体，延伸体与探测体同轴布置，探测体和延伸体包含一个同轴布置的内腔，内腔在延伸体一端敞口，在探测体一端封闭，探测体的锥度以能够在探测体的内外表面上形成凸凹随机的粗糙度，从而改变探测体内外的比表面积的方式确定。本发明专利技术旨在解决现代氧传感器探头粗糙度低以及提高探头粗糙度成本过高的问题，在模具成型阶段通过改变探测体锥角来改变其表面粗糙度，以较低的制造成本使氧传感器探头获得较高的比表面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于发动机
，具体涉及发动机管理系统，尤其涉及一种燃油喷射闭环控制用氧传感器。
技术介绍
氧传感器是实现发动机闭环控制的关键传感器。其中，氧传感器探头是氧传感器的核心部分。氧传感器探头表面结构涉及到氧传感器的灵敏性和可靠性。目前市场应用最为广泛的氧传感器是以含铱氧化锆材料为电解质的，以铂等材料为电极的锆管型氧传感器。氧传感器的探头分为反应部分和电极引线部分。探头反应部分的基本结构是：包括氧化锆陶瓷机体，在机体的内外表面涂有空隙结构的内外铂电极，外电极外面有一层或者多层孔隙结构的保护层(通常为尖晶石材料)。铂电极涂层和外电极保护层与氧化锆机体材料之间需要有较好的结合力以耐机械和热冲击，铂电极涂层与氧化锆机体材料之间必须保证足够小的接触导电电阻。另外，较高的比表面积有利于提高探头的电化学反应速度。以上两点都与机体材料的表面粗糙度相关，一个质地均匀而又无规则的粗糙表面能够有效地提高外电极及其保护层与机体的结合，也有利于提高比表面积。电极引线部分要求电极与机体材料之间的结合力和抗机械和热冲击性，传感器引线与陶瓷机体之间的结合力将会极大地影响引线端子与内电极之间的导通性能。氧传感器探头电解质(锆管)的成型通常有软膜等均压和硬模注射两种方法。现有的锆管设计在轴向的锥度考虑，仅仅是是为了出模方便。而这种设计在模具成型阶段都难以获得高比表面积的粗糙表面。美国专利US5160598公开了一种增加表面粗糙度的工艺，粗糙的表面需要成型后再次处理。在模具成型阶段生成粗糙表面的难度在于：在开模取出产品时，通常情况下表面会沿开模方向形成定向的纹路，从而破坏无定向性的随机表面纹理，从而不能够实现增大比表面积的理想效果，也不能起到强化电极与机体材料的结合力。现有的产品设计在模具成型阶段的几何特征如图11所示，其反应区的锥度较小，表面也比较光滑以有利于出模。除了考虑反应区电极的活性和结合力以外，电极在引线区与机体材料的结合力是一个重要的课题。相对而言，电极引线区表面的光洁度较高，其结合力相对表面比较粗糙的反应区来说要低，现有的工艺在这两个区域的制作工艺上没有特别区分，从而有可能造成引线区的电极与机体之间的结合力不够高的问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有的问题，之目的在于提供一种在模具成型阶段形成粗糙的内外表面的结构设计，以提高电极与陶瓷机体之间的结合力和提高反应区表面的比表面积，同时提供了一种可靠的电极引线烧结工艺。本专利技术的目的通过以下技术方案实现，即，一种氧传感器探头，由含有氧化锆的材料制成，其特征在于：包括一个锥形探测体和一个在大端方向的柱形延伸体，延伸体与探测体同轴布置，探测体和延伸体包含一个同轴布置的内腔，内腔在延伸体一端敞口，在探测体一端封闭，探测体的锥度以能够在探测体的内外表面上形成凸凹随机的粗糙度，从而改变探测体内外的比表面积的方式确定。外表面涂覆有含铂(或含钯、铑等催化金属)的材料形成外电极，内腔表面涂覆有含铂(或含钯、铑等催化金属)的材料形成内电极。氧传感器探头的机体材料通常是由含铱的氧化锆材料制成，毛坯需要借助模具成型，如果采用轴向开模的方式，锥形探测体的内外表面可以形成具有一定粗糙度的表面，锥度越大，可形成的粗糙度的选择性就越强，所形成的比表面积会越大，同时电极与所属表面的结合力也就越强，进而能够达到本专利技术之提高电极与陶瓷机体之间的结合力和提高反应区表面的比表面积的目的。所述氧传感器探头，探测体和延伸体之内外表面之间可保持大致相等的壁厚。为了缩短氧传感器的起燃时间(light-offtime)，可以选择探测体之内外表面之间的壁厚与探测体横截面的大小成正比，这样既不减少探测体整体的结构强度，又能够使得其体积热容减小，壁厚减小，温升加速，从而缩短了其起燃时间。上述方案中，延伸体之外表面包括一个环状凸台，用于封装限位和密封，或者外电极连接。上述氧传感器探头，其制备方法包括以下步骤：a.氧传感器探头预烧的步骤；b.氧传感器探头共烧的步骤；c.氧传感器探头后烧的步骤。其中：氧传感器探头后烧的温度和氧传感器探头预烧的温度低于氧传感器探头共烧的温度；氧传感器探头预烧结束后和氧传感器探头共烧前，在延伸体内外表面涂覆含铂(或含钯、铑等催化金属)的材料以形成内外引线区电极；氧传感器探头共烧结束后和氧传感器探头后烧前，在探测体内外表面涂覆含铂(或含钯、铑等催化金属)的材料以形成内外反应区电极。本专利技术之氧传感器探头的另一种制备方法包括以下步骤：a.氧传感器探头预烧的步骤；b.氧传感器探头共烧的步骤；c.氧传感器探头后烧的步骤。其中：氧传感器探头后烧的温度和氧传感器探头预烧的温度低于氧传感器探头共烧的温度；氧传感器探头预烧结束后和氧传感器探头共烧前，在延伸体内外表面涂覆含铂(或含钯、铑等催化金属)的材料以形成内外引线区电极，在探测体内表面涂覆含铂(或含钯、铑等催化金属)的材料以形成内反应区电极；氧传感器探头共烧结束后和氧传感器探头后烧前，在探测体外表面涂覆含铂(或含钯、铑等催化金属)的材料以形成外反应区电极。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细描述：图1为本专利技术提供的氧传感器探头第一实施例之纵向剖视图；图1a为本专利技术提供的氧传感器探头第一实施例之表面结构放大图；图2为本专利技术提供的氧传感器探头第一实施例设计原理说明图之一；图3a为本专利技术提供的氧传感器探头第一实施例设计原理说明图之二；图3b为本专利技术提供的氧传感器探头第一实施例设计原理说明图之三；图4a为本专利技术提供的氧传感器探头第一实施例之内电极制备方法示意图；图4b为本专利技术提供的氧传感器探头第一实施例之内电极制备方法改进方案示意图；图5a为本专利技术提供的氧传感器探头第二实施例之外电极制备方法示意图；图5b为本专利技术提供的氧传感器探头第二实施例之外电极制备方法改进方案示意图；图6为本专利技术的第一实施例应用于氧传感器之整体结构图；图7为本专利技术的第一实施例应用于氧传感器之弹性衬套立体图；图8为本专利技术的第一实施例应用于氧传感器之陶瓷引线支架立体图；图9为本专利技术的第一实施例应用于氧传感器之金属外壳立体图；图10为本专利技术的第一实施例应用于氧传感器之橡胶密封塞立体<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧传感器探头，由含有氧化锆的材料制成，其特征在于：包括一个锥形探测体和一个在大端方向的柱形延伸体，延伸体与探测体同轴布置，探测体和延伸体包含一个同轴布置的内腔，内腔在延伸体一端敞口，在探测体一端封闭，探测体的锥度以能够在探测体的内外表面上形成凸凹随机的粗糙度，从而改变探测体内外的比表面积的方式确定。

【技术特征摘要】
1.一种氧传感器探头，由含有氧化锆的材料制成，其特征在于：包括一个
锥形探测体和一个在大端方向的柱形延伸体，延伸体与探测体同轴布置，探
测体和延伸体包含一个同轴布置的内腔，内腔在延伸体一端敞口，在探测体
一端封闭，探测体的锥度以能够在探测体的内外表面上形成凸凹随机的粗糙
度，从而改变探测体内外的比表面积的方式确定。
2.如权利要求1所述氧传感器探头，其特征在于，延伸体之内外表面之间
保持大致相等的壁厚。
3.如权利要求2所述氧传感器探头，其特征在于，探测体之内外表面之间
的壁厚与探测体横截面的大小成正比。
4.如权利要求3所述氧传感器探头，其特征在于，延伸体之外表面包括一
个环状凸台。
5.如权利要求1-4之一项所述氧传感器探头，其制备方法包括以下步骤：
a.氧传感器探头预烧的步骤；
b.氧传感器探头共烧的步骤；
c.氧传感器探头后烧的步骤。
其中：
氧传...

【专利技术属性】
技术研发人员：郗大光，杨延相，张平，
申请(专利权)人：浙江福爱电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33