气体传感元件以及气体传感器制造技术

一种气体传感元件及气体传感器。该气体传感元件用于检测待测气体中含有的特定气体成分，该气体传感元件包括：固体电解质层；第一电极，其被布置在固体电解质层上；第二电极，其被布置在固体电解质层上；和多孔质层，其被布置在第一电极和第二电极中的一方上，使得待测气体被从所述气体传感元件的外部引导且通过多孔质层到达第一电极和第二电极中的至少一方。多孔质层包括：第一多孔质层，其包括第一陶瓷多孔质体，在其中不分散贵金属粒子；以及第二多孔质层，其设置在第一多孔质层上并且包括第二陶瓷多孔质体和分散在其中的贵金属粒子。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及 一 种用于测量如燃烧器或内燃机的燃烧气体或
技术介绍
已知用于检测排气中含有的氧气的浓度或者用于提高机动 车辆的内燃机的燃烧效率或控制燃烧的氧气传感器或空燃比传 感器。已知适用于催化剂层覆盖待测气体的检测电极的氧气传感器的技术。例如在日本特开平l-203963号公报、日本特开平 2-151755号7>才艮和日本特开2002-181769号7>报中公开了该技 术。催化剂层包括由氧化铝或氧化钛等形成的多孔质层以及由 多孔质层承载的贵金属粒子。因此，在待测气体中的未燃烧气 体(H2、 NOx、 HC等)到达检测电极之前^f吏该未燃烧气体燃烧， 这防止了对测量的影响，提高了检测精度并且降低了X(X:空气 过剩率)点的偏差。用以下方法形成该催化剂层首先，将氧化铝或氧化钛喷 镀或涂布到形成有^r测电极的固体电解质构件以形成多孔质 层；接着，将该多孔质层浸渍于包含贵金属粒子或离子的贵金 属盐溶液中，然后，进行干燥和烧结以形成由多孔质层承载贵 金属粒子的催化剂层。在如此形成的催化剂层中，贵金属粒子 被均匀地分散并且由多孔质层承载。
技术实现思路
在上述技术中，为了增强催化剂层中的未燃烧气体的燃烧,4似乎优选增加由催化剂层承载的贵金属粒子的量。然而，即使 当增加由催化剂层承载的贵金属粒子的量时，也不能大大地提 高未燃烧气体的燃烧程度，反而使气体传感器的响应速度下降。认为由于以下原因产生该现象贵金属粒子吸收或放出氧气以 及未燃烧气体。随着由催化剂层承载的贵金属粒子的量增加， 贵金属粒子对氧气的吸收或放出也增加，从而使对于待测气体 变化的响应速度下降。考虑到上述情况完成了本专利技术，本专利技术的目的是提供一种 无需设置均匀地分散在催化剂层中并且由催化剂层承载的贵金 属粒子也能够使待测气体中的未燃烧气体有效地燃烧并且抑制在第一方面中， 一种气体传感元件，其用于检测待测气体 中含有的特定气体成分，所述气体传感元件包括固体电解质 层；第一电极，其被布置在固体电解质层上；第二电极，其被 布置在固体电解质层上并且与第一电极成对；和多孔质层，其 被布置在第一电极和第二电极中的一方上，使得待测气体被从 气体传感元件的外部引导且通过多孔质层到达第一电极和第二 电极中的至少一方，其中，多孔质层包括第一多孔质层，其 包括第一陶瓷多孔质体，在其中不分散贵金属粒子；以及第二 多孔质层，其设置在第一多孔质层上并且包括第二陶瓷多孔质 体和分散在其中的贵金属粒子。包括第一多孔质层和第二多孔质层的示例性多孔质层是包 括内部区域和设置在该内部区域上的表面区域的粒子分散层。 在该情况下，内部区域作为第一多孔质层的例子，表面区域作 为第二多孔质层的例子。如上所述，由于贵金属粒子不必均匀 地分散在多孔质层中并且仅设置在粒子分散层的表面区域中， 因此，待测气体几乎不会受到贵金属粒子对氧气的吸收或放出的影响，并且该待测气体被导入到粒子分散层的内部，从而能 够抑制该气体传感器的响应速度的下降。此外，由于贵金属粒 子被设置在粒子分散层中，因此，可以使待测气体中的未燃烧 气体有效地燃烧。此外，由于仅在粒子分散层的表面区域中分散设置贵金属 粒子，因此，即使在表面区域，从外部导入到粒子分散层的表 面区域的待测气体也几乎不会受到贵金属粒子对氧气的吸收或 放出的影响并且该待测气体被导入到粒子分散层的内部区域。 从而，能够抑制气体传感器的响应速度的下降。在该说明书中，"粒子分散层的表面区域"表示当仅可视观 察粒子分散层时形成露出的最外表面的区域。具体地，考虑到 粒子分散层的最外表面具有凹凸部(凸部和凹部)，表面区域表 示形成该凹凸部(凸部和凹部)的层的厚度方向的区域。此外，"多孔质层，，可被置于气体传感元件的外侧与第一电 极和第二电极中的一方之间，使得待测气体从外部被引导且通 过多孔质层到达第一电极和第二电极中的至少一方。因此，多 孔质层可直接或间接覆盖暴露于待测气体的电极或者可被布置 成接近气体导入路径，该气体导入路径被配置成露出电极以使 电极暴露于待测气体。此外，多孔质层可包括单一层或多个层。此外，"分散配置贵金属粒子"表示贵金属粒子被分散配置 成使得当仅粒子分散层可视时露出形成粒子分散层的材料。可 以由单个粒子或多个组合粒子配置贵金属粒子。在一个实施方式中，贵金属粒子包括/人由Pt、 Pd、 Rh和Ru构成的组中选择的l种以上的元素。因此，可以使待测气体中的未燃烧气体有效地燃烧。 在另一实施方式中，用溅射法、PVD法或印刷法仅在第二多孔质层中分散配置贵金属粒子。6因此，可以容易地仅在第二多孔质层，例如粒子分散层的 表面区域中分散贵金属粒子。多孔质层还可包括不含有贵金属粒子的非粒子分散层。除了第一和第二多孔质层之外，例如，气体传感元件可能 需要如防水层等多孔质层、扩散速率控制层或者用于保护电极 的保护层，其中，该防水层用于防止当水覆盖气体传感元件时 水直接溅到气体传感元件上，该扩散速率控制层用于控制当待 测气体被导入到气体传感元件的内部时被导入的待测气体。在 该情况下，如上所述分开地设置含有贵金属粒子的粒子分散层 以及用于其它目的的非粒子分散层，从而能够使粒子分散层和 非粒子分散层充分地发挥它们的功能。非粒子分散层可被布置成比第一和第二多孔质层接近一个 电极。因此，在第二多孔质层(例如，粒子分散层)使未燃烧 气体燃烧之后，非粒子分散层能够完全发挥其功能。因此，能 够充分发挥粒子分散层和非粒子分散层的各自功能。在另一实施方式中，多孔质层还包括第三多孔质层，其 设置在第二多孔质层上，该第三多孔质层包括第三陶f:多孔质 体，在其中不分散贵金属粒子；以及第四多孔质层，其设置在 第三多孔质层上并且包括第四陶瓷多孔质体和分散在其中的贵 金属粒子。由于分开地设置含有贵金属粒子的第二和第四多孔质层 (例如，粒子分散层的表面区域)，因此，能够分别减小各表面 区域的厚度，并且能够防止响应性的劣化。此外，能够增加由 粒子分散层承载的贵金属粒子的总量，从而能够抑制由于长期 使用导致的贵金属粒子的消耗并且能够提高耐久性。第四多孔质层中的贵金属粒子的量可比第二多孔质层中的 贵金属粒子的量大。因此，能够使待测气体中的未燃烧气体有效地燃烧。根据另一方面， 一种气体传感器，其包括如上所述的气 体传感元件，该气体传感元件具有板状形状，包括前端侧部分 和基端并且定义轴线方向，气体传感元件的前端侧部分暴露于 待测气体；以及金属壳，其支撑气体传感元件，使得前端侧部 分从金属壳突出。由于仅在第一和第二多孔质层中的第二多孔质层中分散配置贵金属粒子，因此，该气体传感元件及气体传感器能够使待 测气体中的未燃烧气体燃烧并且抑制传感器的响应速度的下降。本专利技术的其它特征和优点将在以下本专利技术的典型实施方式 的详细说明中阐述，或者本专利技术的其它特4正和优点由该详细"i兌 明变得明显。附图说明图l是根据本专利技术的气体传感器的第一典型实施方式的气 体传感器(例如，氧气传感器)的沿着长度方向截取的剖视图2是图l的气体传感器的气体传感元件的分解图3是沿着图2的线II-II截取的剖视图4A是示出粒子分散层中的表面区域的位置的示意图4B是示出用溅射法将贵金属粒子仅配置在粒子分散层 的表面区域中的状态的示意图5是根据本专利技术的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体传感元件，其用于检测待测气体中含有的特定气体成分，所述气体传感元件包括：　固体电解质层；　第一电极，其被布置在所述固体电解质层上；　第二电极，其被布置在所述固体电解质层上并且与所述第一电极成对；和　多孔质层， 其被布置在所述第一电极和所述第二电极中的一方上，使得所述待测气体被从所述气体传感元件的外部引导且通过所述多孔质层到达所述第一电极和所述第二电极中的至少一方，　其中，所述多孔质层包括：第一多孔质层，其包括第一陶瓷多孔质体，在其中不分散贵 金属粒子；以及第二多孔质层，其设置在所述第一多孔质层上并且包括第二陶瓷多孔质体和分散在其中的贵金属粒子。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：古田畅雄，森茂树，森贤太郎，
申请(专利权)人：日本特殊陶业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]