一种片式氧传感器的制造方法及片式氧传感器技术

本发明专利技术提供一种片式氧传感器的制造方法，包括下列步骤：在基材中加入溶剂、增塑剂和粘接剂，制成浆料；将所述浆料流延成型；在成型的基体上分别印刷内电极、外电极、保护层、加热器与绝缘层；将印刷好的基体分别切割成单体坯片并打孔；在所述打孔处印刷导电引脚，在印刷有外电极一面的坯片上印刷电极引脚；导电引脚连接；将各单体坯片叠层热压，经高温烧结形成片式氧传感器。相应地，提供一种采用上述方法制备的片式氧传感器。本发明专利技术片式氧传感器及其制造方法具有工艺流程简单、成品率高、响应时间快、激活时间短、密封性好等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种片式氧传感器的制造方法以及采用该制造方法制成的片式氧传感器。
技术介绍
近年来随着汽车保有量的急剧增加，汽车尾气已成为主要的大气污染源之一。汽车发动机内的燃料未经充分燃烧而排出的尾气中含有大量对人体有害的气体，据统计，汽车排放的有害气体已占全球整个大气污染的50%以上，为此许多发达国家颁布了越来越严格的汽车尾气排放法规，以利于能够最大程度上降低有害气体的排放及其对大气环境的污为了减少汽车尾气中有害气体的排放，提高燃油效率，氧传感器已成为汽车中必备的部件。氧传感器通过检测尾气中氧离子的含量获得发动机内燃料燃烧时吸入的空气与燃料比(简称空燃比)信号，并将空燃比信号转换为电信号输送至电控单元，电控单元根据氧传感器反馈的信号对喷油时间进行修正，实现空燃比的闭环反馈控制，从而精确地控制空燃比，使其始终接近理论空燃比(理论空燃比A/F约为14. 7)，使发动机得到最佳的油气混合浓度，最终达到降低有害气体排放量与节约燃油的目的。现有的氧传感器一般分为管式氧传感器与片式氧传感器。其中，片式氧传感器与管式氧传感器相比具有如下优势第一，从点火到氧含量检测的响应时间快，管式氧传感器的响应时间一般大于 50s，而片式氧传感器的响应时间一般为IOs 12s ；第二，生产制备更加简单，有利于实现大规模的生产；第三，控制效果好，性能更加可靠；第四，有利于传感器的小型化和加热元件的集成；第五，维护更加方便。因此，片式氧传感器替代传统的管式氧传感器已成为必然趋势。片式氧传感器与管式氧传感器都属于电位型&02 (二氧化锆)氧传感器，其工作原理为JrO2固体电解质材料的一侧暴露在汽油引擎的尾气中，尾气中氧气分压为PJ， &02固体电解质材料的另一侧暴露在参比空气中，参比空气中氧气分压Pffi为固定值，因此&02固体电解质材料两侧的氧气浓度或压强存在位差，在一定的工作温度下(一般为 350°C以上)，&02固体电解质材料具有离子导电特性，氧气会以氧离子的形态通过含有大量氧空位的固体电解质材料，氧离子会从高浓度侧向低浓度侧传导，从而形成氧离子导电，于是在固体电解质材料两侧的电极上产生氧浓度差电势E，形成一种浓差电池结构，氧浓度差电势E由能斯特(Nernst)方程决定，即权利要求1.一种片式氧传感器的制造方法，包括如下步骤①.制备浆料在制备传感器基体、参比空气通道层、加热器基体的基材中加入溶剂、 增塑剂和粘接剂，制成浆料；②.流延成型将步骤①中制得的浆料分别流延制成传感器基体、参比空气通道层和加热器基体；③.第一次印刷在制得的传感器基体上分别印刷内电极、外电极和保护层，在制得的加热器基体上分别印刷绝缘层和加热器；④.切割、冲孔将传感器基体、参比空气通道层和加热器基体分别切割成相应的单体坯片，然后在参比空气通道层坯片上切割形成参比空气通道，在传感器基体坯片、加热器基体坯片上分别打孔；⑤.第二次印刷在传感器基体坯片与加热器基体坯片表面的打孔位置处分别印刷导电引脚，在传感器基体坯片上印刷有外电极的一面印刷电极引脚；⑥.引脚连接将传感器基体坯片上的内电极通过小孔与传感器基体坯片上的导电引脚连接，将加热器通过小孔与加热器基体坯片上的导电引脚连接；⑦.叠层热压、烧结成型将传感器基体坯片、参比空气通道层坯片、加热器基体坯片叠层热压，形成片式结构，然后经高温烧结形成片式氧传感器。2.根据权利要求1所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于，在步骤①中，制备传感器基体、参比空气通道层、加热器基体的基材中还可加入有分散剂，以共同制成浆料；其中，制备传感器基体、参比空气通道层、加热器基体的基材采用氧化锆粉体，将氧化锆粉体置于球磨罐中，分别加入溶剂、分散剂、增塑剂、粘接剂，球磨混合12 16小时，经真空脱泡、过筛后，制成粘度为750 1500mPa · s的浆料。3.根据权利要求2所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于，所述氧化锆粉体采用含有8% -10%摩尔氧化钇全稳定的氧化锆粉体。4.根据权利要求2所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于，所述加入球磨罐中的氧化锆粉体、溶剂、分散剂、增塑剂、粘接剂的质量百分比分别为氧化锆粉体占45 60%、溶剂占30 42%、分散剂占0 2%、增塑剂占5 7%、粘接剂占5 7. 5%。5.根据权利要求4所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于，所述溶剂采用水、乙醇、甲乙酮或丁酮中的一种或几种的混合物；所述分散剂采用三乙醇胺、松油醇或鱼油中的一种或几种的混合物；所述粘接剂采用聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或乙基纤维素中的一种或几种的混合物；所述增塑剂采用甘油、聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯或三乙烯乙二醇中的一种或几种的混合物。6.根据权利要求1-5之一所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于，在步骤②中， 将所述浆料放入流延机，使用双刮刀将置于成膜衬带上的浆料制成厚度均勻的膜片，将其干燥后，得到传感器基体、参比空气通道层和加热器基体；所述膜片的干燥方式为当浆料采用水基浆料时，膜片采用自然干燥或使用加热器的方式进行干燥；当浆料采用非水基浆料时，膜片在溶剂气氛中进行干燥。7.根据权利要求6所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于，步骤②中所得到的传感器基体、参比空气通道层和加热器基体的厚度均相等，其厚度范围是0. 3 0. 55mm。8.根据权利要求1-5之一所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于，在步骤③中，采用丝网印刷机，在步骤②制得的传感器基体的内表面印刷内电极、外表面印刷外电极，然后在传感器基体外表面的工作区上印刷保护层；采用丝网印刷机，在步骤②制得的加热器基体的内表面依次印刷绝缘层、加热器、绝缘层。9.根据权利要求8所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于，所述保护层的制备方法为以镁铝尖晶石为原料，加入溶剂、分散剂、造孔剂、粘接剂之后，球磨制成浆料，采用丝网印刷工艺，将所述浆料高温烧结在传感器基体外电极的工作区上形成保护层，烧结后所形成的保护层的气孔率为30% 65%，厚度范围为0. 05 0. 25mm。10.根据权利要求8所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于，烧结后所形成的内电极与外电极的厚度范围均是10 15 μ m,所形成的绝缘层的厚度范围是50 300 μ m,所形成的加热器的厚度范围是5 50 μ m。11.根据权利要求1-5之一所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于，在步骤⑦ 中，所述叠层热压的步骤如下将传感器基体坯片、参比空气通道层坯片、加热器基体坯片依次定位、对齐，放入层压机中，设置层压机的压力为5 lOKg/cm2、温度为70 100°C，保持平压10 30分钟，直至三者压合为一体，形成片式结构。12.根据权利要求11所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于，在步骤⑦中，所述烧结成型的步骤如下将所述传感器基体坯片、参比空气通道层坯片、加热器基体坯片三者所形成的片式结构置于高温炉中后开始升温，使高温炉在80 800°C之间升温速率为0. 3 0. 7°C /min，用于将所述片式结构中的有机物脱除；当高温炉的温度上升到800°C 及以上时，将高温炉的升温速率调整至1 2°C /min，直至高温炉的温度上升到1300 1500°C，然后保温1 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种片式氧传感器的制造方法，包括如下步骤：①．制备浆料：在制备传感器基体、参比空气通道层、加热器基体的基材中加入溶剂、增塑剂和粘接剂，制成浆料；②．流延成型：将步骤①中制得的浆料分别流延制成传感器基体、参比空气通道层和加热器基体；③．第一次印刷：在制得的传感器基体上分别印刷内电极、外电极和保护层，在制得的加热器基体上分别印刷绝缘层和加热器；④．切割、冲孔：将传感器基体、参比空气通道层和加热器基体分别切割成相应的单体坯片，然后在参比空气通道层坯片上切割形成参比空气通道，在传感器基体坯片、加热器基体坯片上分别打孔；⑤．第二次印刷：在传感器基体坯片与加热器基体坯片表面的打孔位置处分别印刷导电引脚，在传感器基体坯片上印刷有外电极的一面印刷电极引脚；⑥．引脚连接：将传感器基体坯片上的内电极通过小孔与传感器基体坯片上的导电引脚连接，将加热器通过小孔与加热器基体坯片上的导电引脚连接；⑦．叠层热压、烧结成型：将传感器基体坯片、参比空气通道层坯片、加热器基体坯片叠层热压，形成片式结构，然后经高温烧结形成片式氧传感器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘三兵，
申请(专利权)人：奇瑞汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：34