用于检测测量气体腔中的测量气体的至少一个特性的陶瓷传感器元件的层附着强度确定方法技术

本发明专利技术提出一种用于确定陶瓷传感器元件（10）的层的附着强度的方法，陶瓷传感器元件用于检测测量气体腔中的测量气体的至少一个特性，尤其是用于检测所述测量气体中的气体成分份额或检测所述测量气体的温度。所述方法包括：将具有由多个层构成的层结构（12）的陶瓷传感器元件（10）置入到具有第一质子溶液（42）的第一浸渗池（40）中；将被覆层的陶瓷传感器元件（10）置入到具有第二质子溶液（46）的第二浸渗池（44）中，其中，第一质子溶液和第二质子溶液（46）以如下方式选出，即，发生沉淀反应，在沉淀反应中，在多个层之间和/或在陶瓷传感器元件（10）内部析出盐；热处理所述传感器元件（10）；以及在层的损坏方面检验传感器元件（10）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于确定用于检测测量气体腔中的测量气体的至少一个特性的陶瓷传感器元件的层的附着强度的方法。
技术介绍
由现有技术已知大量的用于检测测量气体腔中的测量气体的至少一个特性的传感器和方法。在此，原则上涉及测量气体的任何物理和/或化学特性，其中，可以检测一个或多个特性。本专利技术下面尤其参考测量气体的气体成分的份额的质和/或量的检测来描述，尤其参考测量气体部分中的氧气份额的检测。氧气份额例如可以以分压力的形式和/或以百分比的形式被检测。但是，替换地或附加地也可以检测测量气体的另外的特性，例如温度。由现有技术尤其是已知陶瓷传感器，这些陶瓷传感器基于具有确定的固体的电解特性的传感器元件的应用，即基于这些固体的离子传导特性。尤其地，这些固体可以涉及陶瓷固态电解质，例如氧化锆（ZrO2），特别是钇稳定的氧化锆（YSZ）和掺杂钪的氧化锆（ScSZ），它们可以包含少量添加物氧化铝（Al2O3）和/或氧化硅（SiO2）。例如，这类传感器可以设计为所谓的拉姆达探测器，就像这些传感器例如由Konrad Reif (Hrsg.):Sensoren im Kraftfahrzeug（机动车中的传感器），2010年第一版，第160-165页所公开的那样。利用宽带拉姆达探测器、尤其是利用平面宽带拉姆达探测器例如可以在大的范围上确定废气中的氧浓度进而可以推断出燃烧室内的空气-燃料比。空气系数λ描述了该空气-燃料比。这类传感器元件通常由烧结的陶瓷体来制造，该陶瓷体由不同的陶瓷材料和/或金属性材料的至少两个层构成。这类传感器元件经受热液负载和/或热机械负载。因此已知用于废气探测器的传感器元件，其由多个被覆层的并被叠层的陶瓷薄膜构成。该烧结结合体必须在车辆应用方案中经受住高温变、腐蚀性废气组成部分和热液负载。由现有技术为此目的已知了用于废气探测器的传感器元件的耐用性检查。该方法不仅被使用作为在生产过程中的选择检查、也就是伴随批次的破坏式测试，而且被使用作为用于产品保险的开发工具、也就是作为用于比较各种设计的耐用性的测试序列的一部分。尤其使用机械式弯曲断裂检查例如3点或4点弯曲断裂、加热元件测试方法例如外部和内部的快速加热、热冲击检查例如水滴测试和介质存储测试，就像它们例如在DE 197 11378 A1中描述的那样。尽管由现有技术已知的耐用性检查的这些优点，它们还是含有改进潜力。因此，所提到的方法不能或仅能够不充分地模拟了真实车辆中存在的负载。
技术实现思路
因此，提出一种用于确定陶瓷传感器元件的层的附着强度的方法，所述陶瓷传感器元件用于检测测量气体腔中的测量气体的至少一个特性，该方法进一步改进了已知的方法，该方法尤其是模仿了通过用于废气探测器的传感器元件的负载而在真实车辆应用中出现的损坏或故障并可以简单地在实验室中执行。根据本专利技术的方法用于确定陶瓷传感器元件的层的附着强度，所述陶瓷传感器元件用于检测测量气体腔中的测量气体的至少一个特性，尤其是用于检测所述测量气体中的气体成分份额或检测所述测量气体的温度，所述方法包括：将具有由多个层构成的层结构的陶瓷传感器元件置入到具有第一质子溶液（protischen Lösung）的第一浸渗池中；将被覆层的陶瓷传感器元件置入到具有第二质子溶液的第二浸渗池中，其中，所述第一质子溶液和所述第二质子溶液以如下方式选出，即，发生沉淀反应（Fällungsreaktion），在所述沉淀反应中，在多个层之间和/或在所述陶瓷传感器元件内部析出盐。根据本专利技术的方法此外包括：热处理所述传感器元件；以及在所述层的损坏方面检验所述传感器元件。所述第一质子溶液和/或所述第二质子溶液可以是水性溶液或酒精性溶液。所述第一质子溶液可以是水性溶液，所述水性溶液具有至少一种类型的金属离子，并且第二质子溶液可以是无机酸。所述热处理期间的温度可以达到400°C至1200°C。所述热处理可以包括以至少50K/s的温度梯度加热所述传感器元件。所述传感器元件在所述第一浸渗池中和/或在所述第二浸渗池中的停留时间可以为至少1小时。所述传感器元件可以在置入所述第一浸渗池与置入所述第二浸渗池之间被干燥。所述传感器元件可以具有1体积%至30体积%和优选2体积%至18体积%的开孔孔隙度。所述传感器元件可以具有一长度，其中，所述传感器元件置入到具有该长度的25%至50%的几何尺寸的第一浸渗池和/或第二浸渗池中。所述传感器元件在所述层的损坏方面的检验可以包括在所述层的剥离部（Ablösungen）的类型、位态和大小方面的检验。陶瓷传感器元件在本专利技术的范畴中被理解为基于陶瓷固体电解质的传感器元件，该传感器元件具有至少一个功能元件。功能元件在本专利技术的范畴中被理解为一种元件，该元件由下列的组中选出，该组包括：电极、加热元件、印制导线、进气孔、贯通接触部。固体电解质在本专利技术的范畴中被理解为具有电解质特性、即具有离子传导特性的本体或物件。尤其可以涉及一种陶瓷固体电解质。这也包括固体电解质的原材料并因此包括作为所谓的成型坯或脱脂坯的构造方案，成型坯或脱脂坯在烧结之后才成为固体电解质。尤其地，固体电解质可以构造为固体电解质层或由多个固体电解质层构成。层在本专利技术的范畴中被理解为在平面的伸展中具有一定高度的统一的质量体，该质量体处在其它元件之上、之下或之间。电极在本专利技术的范畴中一般被理解为这样的元件，该元件能够以如下方式接触所述固体电解质，即，通过固体电解质和电极能够维持电流。与之相应地，电极可以包括这样的元件，在该元件上可以使离子置入固体电解质中和/或从固体电解质中析出。典型地，电极包括贵金属电极，该贵金属电极例如可以作为金属-陶瓷电极施加在固体电解质上或可以以另外的方式与固体电解质连接。典型的电极材料是铂金属陶瓷电极。但是，也可以原则上使用另外的贵金属、例如金或钯。加热元件在本专利技术的范畴中被理解为这样的元件，该元件用于使固体电解质和电极加热到至少它们的功能温度（Funktionstemperatur）和优选到它们的运行温度。功能温度是这样的温度，从该温度开始，固体电解质变得能传导离子并且该温度为大致350°C。运行温度与此不同，运行温度是这样的温度，在该温度下，传感器元件以通常方式运行并且该温度高于功能温度。运行温度例如可以是700°C至950°C。加热元件可以包括一加热区域和至少一个馈电线轨道（Zuleitungsbahn）。加热区域在本专利技术的范畴中被理解为加热元件的这样的区域，该区域在所述层结构中沿着垂直于传感器元件表面的方向与电极交叠。通常，加热区域在运行期间比馈电线轨道热得更厉害，从而使得它们可以区别开。不同的加热例如可以通过如下方式来实现，即，加热区域具有比馈电线轨道更高的电阻。加热区域和/或馈电线例如构造为电阻轨道并通过施加电压来加热。所述加热元件例如可以由铂金属陶瓷制造。层在本专利技术的范畴中被理解为在平面的伸展中具有一定高度的统一的质量体，该质量体在其它元件之上、之下或之间。相应地，层结构在本专利技术的范畴中被理解为由至少两个上叠（übereinander）或下叠（untereinander）布置的层构成的结构。质子溶液在本专利技术的范畴中被理解为这样的溶液，在该溶液中存在分子，这些分子具有这样的功能组，从该功能组，氢原子可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于确定陶瓷的传感器元件（10）的层的附着强度的方法，所述陶瓷传感器元件用于检测测量气体腔中的测量气体的至少一个特性，尤其是用于检测所述测量气体中的气体成分的份额或检测所述测量气体的温度，所述方法包括：‑将具有由多个层构成的层结构（12）的陶瓷的传感器元件（10）置入到具有第一质子溶液（42）的第一浸渗池（40）中；‑将被覆层的陶瓷的传感器元件（10）置入到具有第二质子溶液（46）的第二浸渗池（44）中，其中，所述第一质子溶液和所述第二质子溶液（46）以如下方式选出，即，发生沉淀反应，在所述沉淀反应中，在多个层之间和/或在陶瓷的传感器元件（10）内部析出盐；‑热处理所述传感器元件（10）；以及‑在所述层的损坏方面检验所述传感器元件（10）。

【技术特征摘要】
2015.04.17 DE 102015206995.81.用于确定陶瓷的传感器元件（10）的层的附着强度的方法，所述陶瓷传感器元件用于检测测量气体腔中的测量气体的至少一个特性，尤其是用于检测所述测量气体中的气体成分的份额或检测所述测量气体的温度，所述方法包括：-将具有由多个层构成的层结构（12）的陶瓷的传感器元件（10）置入到具有第一质子溶液（42）的第一浸渗池（40）中；-将被覆层的陶瓷的传感器元件（10）置入到具有第二质子溶液（46）的第二浸渗池（44）中，其中，所述第一质子溶液和所述第二质子溶液（46）以如下方式选出，即，发生沉淀反应，在所述沉淀反应中，在多个层之间和/或在陶瓷的传感器元件（10）内部析出盐；-热处理所述传感器元件（10）；以及-在所述层的损坏方面检验所述传感器元件（10）。2.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述第一质子溶液（42）和/或所述第二质子溶液（46）是水性溶液或酒精性溶液。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一质子溶液（42）是水性溶液，所述水性溶液具有至少一种类型的金属离子，并且所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：J施奈德，N迈尔，P沙尔施密特，S里希特，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE