一种自加热型片式氧传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种自加热型片式氧传感器，其能解决现有常规氧传感器的参比电极和电极引线容易从氧化锆基体材料上起翘甚至剥落的问题。其包括自下而上依次叠压的陶瓷基片一、陶瓷基片二、陶瓷基片三和陶瓷基片四，陶瓷基片一和陶瓷基片二之间设置有加热电极且加热电极的上、下表面均覆盖有绝缘层，加热电极的尾部通过通孔一引出至表面电极一，陶瓷基片三自尾部设有向前延伸的空腔，参比电极和电极引线位于空腔内并烧结固定在陶瓷基片四的底面上，电极引线的尾部通过通孔二引出至表面电极二，陶瓷基片四的顶面上固定有外电极；参比电机的左、右、后三侧面及其底面以及电极引线的左、右、后三侧面及其底面均覆盖有氧化锆多孔层。

A Self-Heating Plate Oxygen Sensor

The utility model provides a self-heating patch oxygen sensor, which can solve the problem that the reference electrode and the electrode lead of the existing conventional oxygen sensor are easy to warp or even peel off from the zirconia matrix material. It consists of a ceramic substrate 1, a ceramic substrate 2, a ceramic substrate 3 and a ceramic substrate 4, which are stacked from bottom to top in turn. A heating electrode is arranged between the ceramic substrate 1 and the ceramic substrate 2, and the upper and lower surfaces of the heating electrode are covered with an insulating layer. The tail of the heating electrode is drawn out to the surface electrode 1 through a through hole. The ceramic substrate 3 is provided with a cavity extending forward from the tail. The electrodes and electrode leads are located in the cavity and sintered on the bottom of the ceramic substrate 4. The tail of the electrode leads is drawn to the surface electrode 2 through the through hole 2. The top surface of the ceramic substrate 4 is fixed with external electrodes. The left, right, back three sides of the reference motor and its bottom, as well as the left, right, back three sides and bottom of the electrode leads are covered with porous zirconia layer.

【技术实现步骤摘要】
一种自加热型片式氧传感器
本技术涉及氧传感器领域，具体为一种自加热型片式氧传感器。
技术介绍
在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU（电子控制单元）发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。自加热型片式氧传感器由于加热电极埋在陶瓷内部，可以直接对自身进行加热。因此这类氧传感器具有结构简单、响应迅速、维护容易、使用方便、测量准确等优点。图1为常规自加热型片式氧传感器的结构示意图，该传感器自下而上由四层陶瓷基片叠压而成。加热电极9位于陶瓷基片一1和陶瓷基片二2之间，且其上下表面均覆盖有绝缘层10，加热电极9的尾部通过陶瓷基片一1上的通孔5引出至陶瓷基片一1下表面的表面电极6；陶瓷基片三3的尾部开有空腔11，参比电极12和电极引线13均位于空腔11内并通过烧结固定在陶瓷基片四4的下表面，电极引线13的尾部通过陶瓷基片四4上的通孔7引出至陶瓷基片四4上表面的表面电极8；外电极15位于陶瓷基片四4的上表面。由于参比电极和电极引线使用的材料是铂，而参比电极和电极引线粘附的基体材料（即陶瓷基片）为氧化锆。由于在将两者共烧的过程中，铂在1000℃~1200℃已烧结完成，而氧化锆在1400℃以上才能有效的致密化，两者在烧结的过程中必然存在收缩的先后差异。在部分案例中，由于参比电极使用的铂浆组分调整不当，可能在经过与氧化锆基体的共烧后出现起翘甚至剥落的情形。此外，汽车用氧传感器的使用环境相当严苛，其长期工作在高温下（600℃以上），并且需经过上万次的冷热循环。尽管铂的热膨胀系数（9.0×10-6/℃）和氧化锆的热膨胀系数（（10~12）×10-6/℃）较为接近，在冷热循环时铂和氧化锆的膨胀失配并不大，但是氧化锆只要在100℃以上（尤其在潮湿环境下），就有可能发生老化现象。老化导致氧化锆由四方相转变为单斜相，并伴随高达0.6%的体积变化，最终可能造成铂从氧化锆表面剥落。
技术实现思路
针对现有常规氧传感器的参比电极和电极引线容易从氧化锆基体材料上起翘甚至剥落的技术问题，本技术提供了一种自加热型片式氧传感器，其能有效避免参比电极和电极引线从氧化锆基体材料上起翘和剥落。其技术方案是这样的：一种自加热型片式氧传感器，其包括自下而上依次叠压的陶瓷基片一、陶瓷基片二、陶瓷基片三和陶瓷基片四，所述陶瓷基片一的底部开设有通孔一且其底面上对应所述通孔一固定有表面电极一，所述陶瓷基片四的顶部开设有通孔二且其顶面上对应所述通孔二固定有表面电极二，所述陶瓷基片一和所述陶瓷基片二之间设置有加热电极且所述加热电极的上、下表面均覆盖有绝缘层，所述加热电极的尾部通过所述通孔一引出至所述表面电极一，所述陶瓷基片三自尾部设有向前延伸的空腔，参比电极和电极引线位于所述空腔内并烧结固定在所述陶瓷基片四的底面上，所述参比电极与所述电极引线连接，所述电极引线的尾部通过所述通孔二引出至所述表面电极二，所述陶瓷基片四的顶面上还固定有外电极；其特征在于：所述参比电极的左、右、后三侧面及其底面以及所述电极引线的左、右、后三侧面及其底面均覆盖有与所述陶瓷基片四相同组成的氧化锆多孔层，且所述氧化锆多孔层与所述陶瓷基片四的底面烧结固定。其进一步特征在于：所述陶瓷基片一、所述陶瓷基片二、所述陶瓷基片三和所述陶瓷基片四的尺寸和组成相同。所述空腔沿所述陶瓷基片三的长度方向延伸并位于所述陶瓷基片三的宽度方向的中部，所述空腔的高度等于所述陶瓷基片三的厚度，所述参比电极位于所述空腔的前部且其后端连接所述电极引线，所述参比电极和所述电极引线在所述空腔内均居中设置，所述参比电极与所述氧化锆多孔层所形成的整体的宽度小于或等于所述空腔的宽度，所述参比电极与所述氧化锆多孔层所形成的整体的高度小于所述空腔的高度。所述氧化锆多孔层的厚度为10um~40um。所述空腔的高度为0.1mm~0.3mm。所述通孔一设置在所述陶瓷基片一的后端底面上，所述通孔二与所述通孔一上下正对设置。所述外电极设置在所述陶瓷基片四的前端顶面上，所述外电极的外部覆盖有多孔保护层，所述多孔保护层为氧化锆层、氧化铝层或氧化锆与氧化铝的混合物层。本技术的有益效果是：本技术的氧传感器，在参比电极和电极引线的两侧和底面均覆盖了氧化锆多孔层，在烧结时，由于氧化锆多孔层与陶瓷基片四的材料均为氧化锆，两者能很好的烧结在一起，铂参比电极和铂电极引线由于夹在氧化锆多孔层和陶瓷基片四之间，在烧结过程中，被强制与氧化锆多孔层和陶瓷基片四同步收缩，使铂参比电极和铂电极引线的翘曲和剥落被有效抑制，而在后期氧传感器工作时，由于氧化锆多孔层和陶瓷基片四是相同的组成，两者即使发生相转变，变化也相对一致，且氧化锆多孔层将铂参比电极和铂电极引线向上挤压在陶瓷基片四上，能够对铂参比电极和铂电极引线起到很好的固定作用。附图说明图1为常规自加热型片式氧传感器的主剖视图；图2为本技术的自加热型片式氧传感器的主剖视图；图3为图2中陶瓷基片三、参比电极、电极引线三者之间位置关系的俯视图。具体实施方式见图2至图3，本技术的一种自加热型片式氧传感器，其包括自下而上依次叠压的陶瓷基片一1、陶瓷基片二2、陶瓷基片三3和陶瓷基片四4，陶瓷基片一1、陶瓷基片二2、陶瓷基片三3和陶瓷基片四4的尺寸相等且均由氧化锆制成，陶瓷基片一1的后端底部开设有通孔一5且其底面上对应通孔一5固定有表面电极一6，陶瓷基片四4的后端顶部开设有通孔二7且其顶面上对应通孔二7固定有表面电极二8，通孔一5与通孔二7上下正对，陶瓷基片一1和陶瓷基片二2之间设有加热电极9，加热电极9的上下各设有一层绝缘层10，加热电极9的尾部通过通孔一5引出至表面电极一6，陶瓷基片三3自尾部设有向前（即沿长度方向）延伸的空腔11且空腔11位于陶瓷基片三3的宽度方向的中部，空腔11的高度等于陶瓷基片三3的厚度，参比电极12和电极引线13位于空腔11内，参比电极12和电极引线13均由铂材料制成，其中，参比电极12位于空腔11的前部且其后端连接电极引线13，参比电极12和电极引线13在空腔11内均居中设置，参比电极12的左、右、后三侧面及其底面以及电极引线13的左、右、后三侧面及其底面均覆盖有与陶瓷基片四4相同组成的氧化锆多孔层14，参比电极12、电极引线13、氧化锆多孔层14烧结固定在陶瓷基片四4的底面上，电极引线13的尾部通过通孔二7引出至表面电极二8，陶瓷基片四4的前端顶面上还固定有外电极15，外电极15的外部覆盖有多孔保护层16，多孔保护层为氧化锆层、氧化铝层或氧化锆与氧化铝的混合物层。其中，参比电极12与氧化锆多孔层14所形成的整体的宽度a小于或等于空腔11的宽度b，参比电极12与氧化锆多孔层14所形成的整体的高度小于空腔11的高度，空腔11的高度为0.1mm~0.3mm，优选0.2mm，氧化锆多孔层14的厚度为10um~40um，优选20um。如此结构设计更加合理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自加热型片式氧传感器，其包括自下而上依次叠压的陶瓷基片一、陶瓷基片二、陶瓷基片三和陶瓷基片四，所述陶瓷基片一的底部开设有通孔一且其底面上对应所述通孔一固定有表面电极一，所述陶瓷基片四的顶部开设有通孔二且其顶面上对应所述通孔二固定有表面电极二，所述陶瓷基片一和所述陶瓷基片二之间设置有加热电极且所述加热电极的上、下表面均覆盖有绝缘层，所述加热电极的尾部通过所述通孔一引出至所述表面电极一，所述陶瓷基片三自尾部设有向前延伸的空腔，参比电极和电极引线位于所述空腔内并烧结固定在所述陶瓷基片四的底面上，所述参比电极与所述电极引线连接，所述电极引线的尾部通过所述通孔二引出至所述表面电极二，所述陶瓷基片四的顶面上还固定有外电极；其特征在于： 所述参比电极的左、右、后三侧面及其底面以及所述电极引线的左、右、后三侧面及其底面均覆盖有与所述陶瓷基片四相同组成的氧化锆多孔层，且所述氧化锆多孔层与所述陶瓷基片四的底面烧结固定。

【技术特征摘要】
1.一种自加热型片式氧传感器，其包括自下而上依次叠压的陶瓷基片一、陶瓷基片二、陶瓷基片三和陶瓷基片四，所述陶瓷基片一的底部开设有通孔一且其底面上对应所述通孔一固定有表面电极一，所述陶瓷基片四的顶部开设有通孔二且其顶面上对应所述通孔二固定有表面电极二，所述陶瓷基片一和所述陶瓷基片二之间设置有加热电极且所述加热电极的上、下表面均覆盖有绝缘层，所述加热电极的尾部通过所述通孔一引出至所述表面电极一，所述陶瓷基片三自尾部设有向前延伸的空腔，参比电极和电极引线位于所述空腔内并烧结固定在所述陶瓷基片四的底面上，所述参比电极与所述电极引线连接，所述电极引线的尾部通过所述通孔二引出至所述表面电极二，所述陶瓷基片四的顶面上还固定有外电极；其特征在于：所述参比电极的左、右、后三侧面及其底面以及所述电极引线的左、右、后三侧面及其底面均覆盖有与所述陶瓷基片四相同组成的氧化锆多孔层，且所述氧化锆多孔层与所述陶瓷基片四的底面烧结固定。2.根据权利要求1所述的一种自加热型片式氧传感器，其特征在于：所述陶瓷基片一、所述陶瓷基片二、所述陶瓷基片三和所述陶瓷基片四的尺寸和组成相同。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王纯强，胡乾，赵锋，陈志，
申请(专利权)人：江苏惟哲新材料有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32