氧传感器元件制造技术

一种氧传感器元件，其由陶瓷烧结体形成，基于被施加电压时的电流值检测出氧浓度，其中，陶瓷烧结体，具有组成式LnBa

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧传感器元件
本专利技术涉及一种使用陶瓷烧结体的气体(氧)传感器元件的材料组成。
技术介绍
目前存在检测内燃机的排放气体等的氧浓度、检测用于锅炉的燃烧管理的氧浓度等检测各种各样的气体中的氧浓度的需求，作为该氧浓度的检测元件，已知由各种各样的材料形成的氧传感器。例如作为使用陶瓷烧结体的氧传感器的材料组成，已知使用将LnBa2Cu3O7－δ与Ln2BaCuO5(Ln为稀土类元素)进行混合得到的复合陶瓷体的氧传感器(专利文献1)。上述的使用陶瓷烧结体的线材的氧传感器，是利用热点现象的热点式氧传感器，热点现象是指当被施加电压时线材的一部分会发红发热。这样的氧传感器，能够实现小型化、轻量化、低成本、低电力消耗化，今后的实际应用备受期待。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007-85816号(日本专利第4714867号)公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题上述的现有的氧传感器，传感器运行时所产生的热点导致线材容易熔断，其耐久性成为需要解决的技术问题。可认为，引起上述的线材的熔断的原因是，在热点内部的局部部分(尤其是晶界)形成了液相。另外，构成现有的氧传感器元件的材料，具有容易氢氧化、碳酸化的特性，因此在检测气体中的氧浓度时，水蒸气、碳酸气体等周围的气体成分会引起传感器元件劣化，存在耐久性不足的问题。因此，在现有的材料组成的情况下，难以实现耐久性提高的传感器元件。本专利技术，鉴于上述技术问题而完成，其目的在于，提供一种耐热性·耐湿性高，传感器特性不会受损且耐久性和可靠性改善的氧传感器元件。解决技术问题的方法作为实现上述目的、解决上述技术问题的一方面，具备如下结构。即，本专利技术是一种氧传感器元件，其由陶瓷烧结体形成，基于被施加电压时的电流值检测出氧浓度，其特征在于，所述陶瓷烧结体，具有组成式LnBa2Cu3O7－δ(Ln为稀土类元素，δ为0～1)的一部分被从周期表第2族元素中选择的任一种元素置换的组成。例如特征在于，从所述周期表第2族元素中，选择锶(Sr)。例如特征在于，将被锶(Sr)置换的组成物用组成式LnBa2－xSrxCu3O7－δ表示时，置换量x满足0＜x≤1.5。另外，例如特征在于，将用所述组成式LnBa2－xSrxCu3O7－δ表示的组成物的一部分，进一步用钙(Ca)以及镧(La)进行置换。例如特征在于，在用所述组成式LnBa2－xSrxCu3O7－δ表示的组成物中，混合用组成式Ln2BaCuO5(Ln为稀土类元素)表示的组成物。另外，例如特征在于，用所述组成式LnBa2－xSrxCu3O7－δ表示的组成物，具有复合钙钛矿结构。例如特征在于，所述陶瓷烧结体是线状体的传感器元件。另外，本专利技术的氧传感器的特征在于，使用上述任一项的氧传感器元件作为氧浓度的检测元件。例如特征在于，所述氧传感器元件被收纳在两端具有通气孔的保护管内。专利技术的效果根据本专利技术，能够提供一种耐热性·耐湿性高，对于氧浓度测量具有良好的传感器特性的氧传感器元件以及使用该元件的氧传感器。附图说明图1是示出具有组成GdBa2Cu3O7－δ的现有例的氧传感器元件的耐湿试验结果的外观照片，图1(a)是试验前的外观，图1(b)是试验后的外观。图2是示出本专利技术的实施方式例的氧传感器元件的耐湿试验结果的外观照片，图2(a)是试验前的外观，图2(b)是试验后的外观。图3是示出现有组成的试验用样品(现有例)与本实施方式例的试验用样品(实施例)的XRD测量结果的图。图4是示出现有例的氧传感器元件的耐热试验后，元件破断面的SEM观察结果的SEM照片。图5是示出本实施方式例的氧传感器元件的耐热试验后，元件破断面的SEM观察结果的SEM照片。图6是示出，对于现有组成的试验用样品和实施例的试验用样品，进行差热分析(DTA)测量得到的结果进行比较的图。图7是BaO－CuO的二元成分系状态图(相图)。图8是SrO－CuO的二元成分系状态图(相图)。图9是示出在组成物GdBa2－xSrxCu3O7－δ中，改变Sr(锶)的置换量x后的各个试料的XRD测量结果的图。图10是示出，对于现有组成的试验用样品和实施例的试验用样品，评价作为氧传感器的氧响应性的结果的图。图11是以时间序列示出本实施方式例的氧传感器元件，以及使用该氧传感器元件的氧传感器的制造步骤的流程图。图12是使用本实施方式例的氧传感器元件的氧传感器的外观立体图。具体实施方式以下，参照附图等详细说明本专利技术的实施方式例。本实施方式例的氧传感器元件由陶瓷烧结体形成，通过连接于电源并流通电流，使得烧结体的中央部以高温进行发热，并将该发热部位(称作热点)用作氧浓度的检测部。另外，将本实施方式例的氧传感器元件用作传感器元件的氧传感器，基于在作为传感器元件的烧结体中流通的电流值，检测出氧浓度。本实施方式例的作为氧浓度的检测体的氧传感器元件具有如下组成：由LnBa2Cu3O7－δ的组成(在下文中，称作现有组成)形成的材料的一部分，被从周期表第2族元素，即铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、镭(Ra)中选择的任一元素置换的组成。在上述组成中，Ln表示稀土类元素(例如、Sc(钪)、Y(钇)、La(镧)、Nd(钕)、Sm(钐)、Eu(铕)、Gd(钆)、Dy(镝)、Ho(钬)、Er(铒)、Tm(铥)、Yb(镱)、Lu(镏)等)，δ表示氧缺位(0～1)。在以下的说明中，现有组成LnBa2Cu3O7－δ中的Ln选用Gd(钆)的组成GdBa2Cu3O7－δ的一部分被Sr(锶)置换，且该组成用GdBa2－xSrxCu3O7－δ(置换量x满足0＜x≤1.5)表示的组成材料所形成的陶瓷烧结体，被用作示例以说明本实施方式例的氧传感器元件。首先，将使用本实施方式例的氧传感器元件材料制作的样品，与由现有的传感器元件材料形成的样品进行比较检验，并说明其结果。这里，将由下述的组成构成的压粉体进行烧结，制造直径为约16mm、厚度为约2mm的圆盘状的氧传感器元件(以下，也称作试验用样品)，进行耐湿试验、热处理试验等。这些样品，是各个组成材料原本状态的块(块体)，并选用了容易观察试验前后的外观变化等的形状、大小。＜耐湿试验结果＞表1整理并示出了现有组成的氧传感器元件以及本实施方式例的氧传感器元件分别的耐湿试验结果。表1的“实施例”，是现有组成的一部分被Sr(锶)置换且Ln选用Gd(钆)的组成GdBa2－xSrxCu3O7－δ(0＜x≤1.5)中x＝1的氧传感器元件。表1的“现有例”，是现有组成LnBa2Cu3O7－δ中的Ln选用Gd(钆)的氧传感器元件，并且是没有将材料的一部分用Sr(锶)置换，即x＝0的氧传感器元件。【表1】表1中，×标记表示元件劣化，○标记表示元件几乎没有劣化。即，在40℃、93％RH的环境下放置50小时的试验中，现有例的氧传感器元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧传感器元件，其由陶瓷烧结体形成，基于被施加电压时的电流值检测出氧浓度，其特征在于，/n所述陶瓷烧结体，具有组成式LnBa

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180131 JP 2018-0159231.一种氧传感器元件，其由陶瓷烧结体形成，基于被施加电压时的电流值检测出氧浓度，其特征在于，
所述陶瓷烧结体，具有组成式LnBa2Cu3O7－δ的一部分被从周期表第2族元素中选择的任一种元素置换的组成，其中Ln为稀土类元素，δ为0～1。


2.如权利要求1所述的氧传感器元件，其特征在于，从所述周期表第2族元素中，选择锶(Sr)。


3.如权利要求2所述的氧传感器元件，其特征在于，将被锶(Sr)置换的组成物用组成式LnBa2－xSrxCu3O7－δ表示，置换量x满足0＜x≤1.5。


4.如权利要求所述的氧传感器元件，其特征在于，将用所述组成式LnBa2－xSrxCu3O7－δ表示的组成物的一部分，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈元智一郎，井口宪一，高桥健，田中哲郎，伊藤千佳，
申请(专利权)人：兴亚株式会社，国立大学法人长冈技术科学大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP