氧浓度检测元件和制造方法技术

本发明专利技术涉及一种氧浓度检测元件，它包括（ａ）由第一绝缘材料构成的基础构件；（ｂ）形成在基础构件上的电加热层以在通电时发热；和（ｃ）形成在基础构件上的氧检测层叠单元，该单元包括内外电极和夹在其间的固体电解质层。内电极可能由贵金属材料和分布在其中的孔洞构成，孔洞来源于孔洞形成剂。氧浓度检测元件可以包括位于基础构件的外表面和氧检测层叠单元之间的允许氧透过的穿透层。穿透层从氧浓度检测单元的位置沿基础构件的轴向延伸。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氧传感器和它的制造方法，尤其涉及用于氧传感器的氧浓度检测元件和元件的制造方法。
技术介绍
通常，内燃机驱动的现代化的机动车辆在它的排气管配有用于检测发动机排出的废气中氧浓度的氧传感器，并且根据检测到的氧浓度，反馈控制输送到发动机的空气/燃料混合物(A/F)比率以达到一化学计量比值(如A/F＝14.7)。美国专利US6613207，相应于已公开的日本专利JP2000180403A，揭露了一种电化学测量传感器。如该美国专利的图1所示，电化学测量传感器具有固体电解液主体构成的能斯脱金属箔(Nernst foil)10。当在能斯脱金属箔10的上表面和下表面之间存在氧浓度差时，氧离子通过能斯特金属箔10传输。于是，依照该氧浓度差值在参考电极16和测量电极17之间产生电力，从而得到相应的输出电压。已公开的日本专利JP627080A揭露了一种空气-燃料比率传感器(参见图1)，其中溢流的参考电极氧通过多孔附着层35、带电粉末层33和耐火附着剂(refractory attachment agent)21排放到废气中。
技术实现思路
上面提到的各传统传感器都存在过量氧提高传感器的内压的问题。如果该压力升高得太大，会损坏传感器。因此本专利技术的一个目的是提供一种氧浓度检测元件，该元件能抑制过量氧引起的传感器内压升高。本专利技术的另一个目的是提供一种制造氧浓度检测元件的方法。根据本专利技术的第一方面，提供的氧浓度检测元件包括由绝缘材料构成的基础构件(base member)，该基础构件外表面具有第一位置和不同于第一位置的第二位置。形成在基础构件的第一位置上的电加热层以在通电时产生热；和形成在基础构件的第二位置上的氧检测层叠单元，该单元包括(a)被来自电加热层的热激活的固体电解质层；(b)形成在固体电解质层的外表面上的外电极；和(c)形成在固体电解质层内表面上与外电极相对的内电极，该内电极由贵金属材料和分布在其中的大量孔洞构成，这些孔洞来源于在用于制造氧浓度检测元件的焙烧前占贵金属材料总体积的30～50体积％的孔洞形成剂。根据本专利技术的第一方面，提供有一种制造氧浓度检测元件的方法，该方法包括下面的步骤(a)制备由绝缘材料构成的具有外表面的基础构件，该基础构件的外表面有第一位置和不同于第一位置的第二位置；(b)在基础构件的第一位置上形成一电加热层以在通电时产生热；(c)在基础构件的第二位置上形成内电极，内电极由贵金属材料和占贵金属材料总体积的30～50体积％的孔洞形成剂构成；(d)在内电极上形成固体电解质层；(e)在固体电解质层上形成外电极，这样就提供有氧浓度检测层叠单元，该单元包括固体电解质层和内外电极，固体电解质层位于内外电极之间并被来自电加热层的热量激活；和(f)焙烧具有基础构件、电加热层和氧检测层叠单元的料坯，这样孔洞形成剂消失以在内电极中产生大量孔洞并使内电极具有多孔结构。根据本专利技术的第二方面，提供有一氧浓度检测元件，它包括由绝缘材料构成的基础构件(base member)，该基础构件的外表面具有第一位置和不同于第一位置的第二位置。形成在基础构件的第一位置上的电加热层以在通电时产生热；形成在基础构件的第二位置上的氧检测层叠单元，该单元包括固体电解质层和可操作地使固体电解质层夹在其间的一对电极，该固体电解质层被来自电加热层的热量激活；和一允许氧通过其中的穿透层，该穿透层形成在基础构件第二位置处的氧检测层叠单元和基础构件外表面之间，该穿透层从氧检测层叠单元的位置沿基础构件的轴向延伸。参照附图并借助于下面的描述会理解本专利技术的其它目的和特征。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施例的氧浓度检测元件的侧视图；图2是沿图1的2-2线的放大剖面图；图3是根据本专利技术的一个实施例的氧浓度检测元件的制造方法的流程图；图4是氧浓度检测元件的设计图；图5是氧浓度检测元件的又一个设计图；图6是氧浓度检测元件配备的示例氧传感器的剖面图；和图7是与图6类似的另一个示例氧传感器的视图。具体实施例方式结合本专利技术的第一和第二方面进行说明。换句话说，本专利技术的氧浓度检测元件可以提供有上面提到的根据本专利技术的第一方面的内电极和上面提到的根据本专利技术的第二方面的穿透层。这样，有可能进一步稳定地抑制过量氧引起的传感器内压的升高。根据本专利技术的第一方面，供给内电极的部分氧可以通过传感器内部排放到导线(harness)从而阻止氧浓度检测元件的损坏。在本专利技术的第一方面，在用于制造氧浓度检测元件的焙烧或烧结前，内电极包含占内电极包含的贵金属材料总体积(100V.％)的30～50V.％(体积百分比)的孔洞形成剂。30～50V.％的体积范围可以进一步限定到30～40V.％。通过焙烧使孔洞形成剂消失，从而使内电极成为具有大量孔洞的多孔结构。这样，供给内电极的部分(过量)氧可以从内电极被排放到元件的末端。所以，有可能阻止氧压力升高带来的元件损坏。进一步，有可能在内电极中储存足够量的氧。参照图1-4和图6，在下面详细描述根据本专利技术第一方面的实施例的氧浓度检测元件。如图1所示，氧浓度检测元件1具有长圆柱形。如图2和图4所示，氧浓度检测元件1有芯棒(或基础构件)2，形成在芯棒2的圆周面或外表面的半圆柱区(或第一位置)上的加热模板(或电加热层)3，完全覆盖加热模板3外表面的加热绝缘层4，在加热模板3的径向相对区(或第二位置)处设置在芯棒2的圆周面2a上的固体电解质层5，形成在固体电解质层5的内表面上的参考电极(或内电极)6，形成在固体电解质层5的外表面上的检测电极(或外电极)7，紧密地安置在参考电极6的内表面和芯棒2的圆周面2a之间的应力衰减层8，遮盖检测电极7和固体电解质层5的外表面的致密层9，致密层9中形成的矩形窗口9a(见图4)，覆盖致密层9和热绝缘层4的印刷保护层10，和完全覆盖印刷保护层10的尖晶石保护层11。芯棒2由作为绝缘材料的陶瓷材料(如氧化铝)构成。芯棒2形成为圆柱形实心构件。这样，有可能使由于芯棒2的固定方向和气体流动方向所带来的影响最小。因此，有可能得到稳定的输出特性。加热模板3由导电材料构成，如钨、铂或通电发热的等同物。加热模板3与引线部分3a一体形成(参见图4)。也就是，当电流通过导线部分3a时，加热模板3产生热量用于加热和激活固体电解质层5。加热绝缘层4由绝缘材料构成，起到隔离加热模板3和其周围部分的作用。固体电解质层5由包含作为主材料的氧化锆的材料构成。为了制备固体电解质层5，混合氧化锆粉末和一定重量百分比的氧化钇粉末以制备料浆。下面会描述，这种料浆(料坯)连同其它的层叠层一同被焙烧。根据周围环境的氧浓度差值，固体电解质层5在参考电极6和检测电极7之间产生电动势。也就是，由于存在氧浓度差值，固体电解质层5中的氧离子沿固体电解质层5的厚度迁移。这样，固体电解质层5、参考电极6和检测电极7构成了将检测到的氧浓度转化成相应的电信号的氧检测层叠单元12。参考电极6和检测电极7都由导电材料(如铂)构成并允许氧气穿过其中。如图4所示，参考电极6和检测电极7分别形成有导线部分6a和7a。也就是，参考电极6和检测电极7之间产生的输出功率通过导线部分6a和7a被引导到仪表部分9(未示出)。如上所述，参考电极6包含贵金属(如金、银、钌、铑、钯、锇、铱和铂)，添加一种孔洞形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧浓度检测元件，包括：由绝缘材料构成的基础构件，该基础构件的外表面具有第一位置和不同于第一位置的第二位置；形成在基础构件的第一位置上的电加热层以在通电时产生热量；和形成在基础构件的第二位置上的氧检测层叠单元，该氧 检测层叠单元包括：（ａ）由来自电加热层的热量激活的固体电解质层；（ｂ）形成在固体电解质层的外表面上的外电极；和（ｃ）形成在固体电解质层的内表面上与外电极相对的内电极，该内电极由贵金属材料和大量分布在其中的孔洞构成，这 些孔洞来源于在进行用于制造氧浓度检测元件的焙烧之前占贵金属材料总体积的３０～５０体积％的孔洞形成剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：堺祥一，一柳太，小野塚准二，织茂康司，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]