一种片式传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种片式传感器及其制备方法，其中制备方法上通过在加热层和敏感层之间设置至少三种过渡层且各过渡层中氧化锆粉末和氧化铝粉末的含量自上而下逐渐减少呈梯度分布。本发明专利技术提供的片式传感器的制备方法能够提高加热层和敏感层之间的结合力同时增加它们之间的绝缘性能，还能防止出现因为各功能层因为膨胀系数差异导致传感器断裂的问题，从而提高片式传感器的性能和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种片式传感器及其制备方法
本专利技术涉及以氧化锆电解质为基的片式传感器
，特别涉及一种片式传感器及其制备方法。
技术介绍
由于片式传感器具有加热时间快、响应速度高，广泛地应用于燃烧控制、安全控制以及工业过程控制，特别是汽车发动机燃烧控制及其尾气排放控制系统中。它将氧化锆材料制作的传感器的功能部分与加热部分集成在同一小型陶瓷片体中，为了便于进行共烧结，通常加热部分也采用与传感器部分相同的氧化锆材料制成，即先将绝缘浆料(一般为氧化铝材料或氧化铝中添加适量助烧剂制得)印刷在氧化锆基片上，再将加热导电浆料印刷其上，将加热电路包裹在氧化铝绝缘之间，从而避免高温下加热电路对传感器部分的信号干扰。但是，由于绝缘层氧化铝印刷厚度或者印刷质量不好，经常造成加热电路漏电而影响传感器的信号，而且片式传感器制造或使用过程中由于各叠层材料膨胀系数不同经常出现叠层断裂的问题。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术目的是提供一种片式传感器的制备方法，该方法提高了加热层与敏感层之间的绝缘性能，而且可防止不同材料层膨胀系数不同使叠层断裂导致传感器失效的问题。本专利技术的另一目的是提供一种片式传感器。为了克服现有技术的不足，本专利技术提供的技术方案是：一种片式传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)用氧化铝粉末和氧化硅粉末或氧化镁粉末混合制作流延片作为加热层，然后在加热层一面印刷加热电路且所述加热电路与加热层另一面的加热电路引线连接；(2)将氧化物掺杂的氧化锆粉末与氧化铝粉末混合制得至少三种不同氧化锆粉末与氧化铝粉末比例的流延片作为过渡层，其中氧化铝粉末的含量依次增加；(3)用氧化物掺杂的氧化锆粉末制作流延片作为敏感层；(4)采用步骤(2)中制作过渡层的氧化物粉末或步骤(3)中制作敏感层的氧化物粉末来制作参比空气通道层；(5)将步骤(1)制得的加热层、步骤(2)制得的至少三种过渡层、参比空气通道层、敏感层及多孔保护层自下而上依次叠加，且各过渡层中氧化锆粉末和氧化铝粉末的质量比按照排布位置自上而下依次减少，在敏感层上印刷多孔保护层；(6)将步骤(4)制得的片式结构层在等压机或静压机上加压并加热使各层叠合在一起；(7)将步骤(5)制得的片式结构层在烘箱中烘烤后脱脂排胶；(8)烧结后制得片式传感器。优选的，所述步骤(1)中氧化硅粉末或氧化镁粉末的含量为1～5wt％。优选的，所述步骤(2)和步骤(3)中氧化物为Y2O3、MgO或CaO中一种或其混合物。优选的，所述氧化物的含量为2～8Mole％。优选的，所述步骤(2)中过渡层的厚度为0.1～0.5mm。优选的，所述步骤(6)中加热温度为50～90℃。优选的，所述步骤(7)中烘烤温度为60～400℃，烘烤时间为10～30小时。优选的，所述步骤(8)中烧结温度为1350～1550℃。本专利技术还提供一种采用上述片式传感器的制备方法制得的片式传感器。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1.采用本专利技术的技术方案，通过在加热层和敏感层之间设置氧化锆和氧化铝含量呈梯度分布的多个过渡层且其中氧化铝的含量为从上而下逐渐增加，提高了加热层和敏感层之间结合力和绝缘性能，防止加热电极对传感器信号的影响，进而提高了片式结构传感器的性能；2.本专利技术采用的技术方案，在制作过渡层和敏感层过程中添加氧化物添加剂，一方面使上下不同材料层紧密粘合在一起，另一方面也调节不同层间的热膨胀而导致的层间应力，避免因膨胀系数的差异导致叠层之间断裂的问题，提高了片式结构传感器的使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为采用本专利技术方法制得的一种片式传感器实施例1的结构示意图；其中：1、多孔保护层；2、外电极；3、敏感层；4、内电极；5、参比空气通道层；61、第一过渡层；62、第二过渡层；63、第三过渡层；7、加热电路；8、加热层；9、加热电路引线。具体实施方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本专利技术而不限于限制本专利技术的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。本专利技术提供一种片式传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)用氧化铝粉末和氧化硅粉末或氧化镁粉末混合制作流延片作为加热层，然后在加热层一面印刷加热电路且所述加热电路与加热层另一面的加热电路引线连接；(2)将氧化物掺杂的氧化锆粉末与氧化铝粉末混合制得至少三种不同氧化锆粉末与氧化铝粉末比例的流延片作为过渡层，其中氧化铝粉末的含量依次增加；(3)用氧化物掺杂的氧化锆粉末制作流延片作为敏感层，在所述敏感层的上下两面分别印刷外电极和内电极；(4)采用步骤(2)中制作过渡层的氧化物粉末或步骤(3)中制作敏感层的氧化物粉末来制作参比空气通道层；(5)将步骤(1)制得的加热层、步骤(2)制得的至少三种过渡层、参比空气通道层和敏感层自下而上依次叠加，且各过渡层中氧化锆粉末和氧化铝粉末的质量比按照排布位置自上而下依次减少，在敏感层上印刷多孔保护层；(6)将步骤(5)制得的片式结构层在等压机或静压机上加压并加热使各层叠合在一起；(7)将步骤(6)制得的片式结构层在烘箱中烘烤后脱脂排胶；(8)烧结后制得片式传感器。本专利技术中，各功能片层采用流延成型工艺制得，该流延成型工艺为本领域技术人员公知，包括浆料制备、流延成型、生坯干燥几个环节，浆料制备过程加入的有机试剂如溶剂、分散剂、增塑剂和粘接剂为本领域常规使用的试剂而各种试剂含量也为本领域常规的选择，其中溶剂采用水、乙醇或丁酮中的一种或其混合物，分散剂采用三乙醇胺或鱼油中的一种或其混合物，增塑剂采用甘油或聚乙二醇或其混合物，粘接剂采用聚乙烯醇或乙基纤维素或其混合物；本专利技术创新之处在于对浆料中无机粉体材料进行了选择，将制得的各层流延片按照上述方法中所述的顺序依次叠加后经过加热、脱脂、烧结处理后制得片式传感器。其中制作加热层时氧化硅粉末或氧化镁粉末的含量为1～5wt％；制作过渡层和敏感层时氧化锆粉末中掺杂有氧化物添加剂，该氧化物添加剂为Y2O3、MgO或CaO中一种或其混合物，以总的无机粉体材料为基准，其含量为2～8Mole％，可以提高不同功能层的粘合并调节各个功能层的热膨胀系数，避免因热膨胀系数不同导致断裂的问题。本专利技术在加热层和参比空气通道层之间设置至少三层过渡层，各过渡层中氧化锆粉末和氧化铝粉末的比例自上而下逐渐减小呈梯度分布，例如设置三层过渡层，其中第一过渡层中氧化锆含量为90wt％，氧化铝含量为10wt％，第二过渡层中氧化锆含量为50wt％，氧化铝含量为50wt％，第三过渡层中氧化锆含量为10wt％，氧化铝含量为90wt％，当然氧化锆和氧化铝的含量不限于上述三种情况，本专利技术在此处不做限制；位于上层的过渡层中含有较多的氧化锆可与以氧化锆粉末为主要成分的参比空气通道具有较好的结合力，位于下层的过渡层中含有较多的氧化铝使其与以氧化铝粉末为主要成分的加热层具有较好的结合力，多层过渡层的设置能够提高加热层和敏感层之间的结合力同时也增加了它们之间的绝缘性能，进而可提高片式传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片式传感器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)用氧化铝粉末和氧化硅粉末或氧化镁粉末混合制作流延片作为加热层，然后在加热层一面印刷加热电路且所述加热电路与加热层另一面的加热电路引线连接；(2)将氧化物掺杂的氧化锆粉末与氧化铝粉末混合制得至少三种不同氧化锆粉末与氧化铝粉末比例的流延片作为过渡层，其中氧化铝粉末的含量依次增加；(3)用氧化物掺杂的氧化锆粉末制作流延片作为敏感层，在所述敏感层的上下两面分别印刷外电极和内电极；(4)采用步骤(2)中制作过渡层的氧化物粉末或步骤(3)中制作敏感层的氧化物粉末来制作参比空气通道层；(5)将步骤(1)制得的加热层、步骤(2)制得的至少三种过渡层、参比空气通道层和敏感层自下而上依次叠加，且各过渡层中氧化锆粉末和氧化铝粉末的质量比按照排布位置自上而下依次减少，在敏感层上印刷多孔保护层；(6)将步骤(5)制得的片式结构层在等压机或静压机上加压并加热使各层叠合在一起；(7)将步骤(6)制得的片式结构层在烘箱中烘烤后脱脂排胶；(8)烧结后制得片式传感器。

【技术特征摘要】
1.一种片式传感器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)用氧化铝粉末和氧化硅粉末或氧化镁粉末混合制作流延片作为加热层，然后在加热层一面印刷加热电路且所述加热电路与加热层另一面的加热电路引线连接；(2)将氧化物掺杂的氧化锆粉末与氧化铝粉末混合制得至少三种不同氧化锆粉末与氧化铝粉末比例的流延片作为过渡层，其中氧化铝粉末的含量依次增加；(3)用氧化物掺杂的氧化锆粉末制作流延片作为敏感层，在所述敏感层的上下两面分别印刷外电极和内电极；(4)采用步骤(2)中制作过渡层的氧化物粉末或步骤(3)中制作敏感层的氧化物粉末来制作参比空气通道层；(5)将步骤(1)制得的加热层、步骤(2)制得的至少三种过渡层、参比空气通道层和敏感层自下而上依次叠加，且各过渡层中氧化锆粉末和氧化铝粉末的质量比按照排布位置自...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱捷，肖建中，
申请(专利权)人：昆山圣赛诺尔传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32