CN106093165A - 氧传感器锆元件外电极引线保护结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了氧传感器锆元件外电极引线保护结构及制备方法，在锆元件的密封面区域设有陶瓷材料保护层，陶瓷材料保护层上设有绝缘材料保护层，绝缘材料保护层和陶瓷材料保护层包覆密封面区域的外电极引线，形成外电极引线保护结构。第一保护层(陶瓷材料保护层)的材料特性与基体材料完全一致，且通过一次烧结工艺，因此第一保护层与基体之间极难剥离，很好保护外电极引线；第二保护层(绝缘材料保护层)在高温条件下绝缘，经长时间耐久后，即使与第一保护层相剥落，也不会影响到外电极引线，同时由于该材料层被紧密压合，也不会影响到绝缘性能；较好解决了管形锆元件外电极引线密封区域的保护和绝缘问题，显著改善产品的耐久性和可靠性。

Description

氧传感器锆元件外电极引线保护结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及内燃机用氧传感器，具体涉及氧传感器锆元件外电极引线保护结构及其制备工艺。

背景技术

氧传感器用于发动机闭环控制，从而确保车辆在寿命期内HC、CO以及NOx的排放满足法规要求。这对降低车辆的污染物排放，减少对环境的污染，都起到了至关重要的作用。氧化锆氧传感器利用了氧化锆的固体电解质特性，即氧化锆在高温下对氧离子具有导电性。这样当氧化锆两侧的氧气浓度，即氧分压不同时，就会发生氧离子从一侧迁移到另一侧的效应，从而产生出一个电压信号。具体来说，氧化锆的这种氧离子导电特性可用能斯特方程来表示。

$U=\frac{RT}{4F}Ln\left(\frac{PO``}{PO`}\right)$

其中，R为理想气体常数；F为法拉利常数；T为绝对温度

管形氧传感器是最常见的设计之一，如图1所示，在管形锆元件(01)的内侧涂敷铂金浆料，形成内电极(21)，内电极提供正信号，在管形锆元件的外侧涂敷铂金浆料，形成外电极(11)，外电极(11)通过外电极引线(12)连接到外接触盘(13)上，内电极(21)通过内电极引线(22)连接到内接触盘(23)上，然后通过接触盘与导线连通将信号输出。传感器工作时，外电极(11)与废气接触，内电极(21)与标准参考气体接触，标准参考气体所提供的氧分压必须保持不变，这样传感器信号电压的变化就反应了废气中氧浓度的变化。在传感器的封装上，必须保证废气与参考气体完全隔绝，否则会导致参考气体被污染而导致信号输出异常。

氧传感器连接密封结构如图2所示，在锆元件(A1)与六角座(A2)之间设置金属密封圈(A3)，同时通过铆压护套(A5)，将碟形弹簧(A6)所提供的轴向压力施加在三者之间，形成可靠的密封，从而可以隔绝废气进入标准参考腔的通道。外电极设于管形锆元件的外壁，需要跨过锆元件的密封区域，连接到锆元件的接触盘区域，与信号引线(A4)导通，将信号传递出去。这会带来两方面的问题:一是由于密封面上的压强很大，会压断外电极，造成产品失效；另外一个问题是外电极会与传感器外壳导通，进一步与车身导通，造成车身地干扰信号对传感器信号的影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种氧传感器锆元件外电极引线保护结构及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

氧传感器锆元件外电极引线保护结构，特点是：在锆元件的密封面区域设有陶瓷材料保护层，所述陶瓷材料保护层上设有绝缘材料保护层，所述绝缘材料保护层和陶瓷材料保护层包覆密封面区域的外电极引线，形成外电极引线保护结构。

进一步地，上述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构，其中，所述陶瓷材料保护层为氧化钇稳定氧化锆陶瓷材料层。

更进一步地，上述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构，其中，所述氧化钇稳定氧化锆陶瓷材料层是3％～12％摩尔氧化钇稳定氧化锆陶瓷材料层。

更进一步地，上述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构，其中，所述陶瓷材料保护层的材质与锆元件基体的材质相同。

更进一步地，上述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构，其中，所述绝缘材料保护层为玻璃釉材料层。

本发明氧传感器锆元件外电极引线保护结构的制备方法，首先，在锆元件的密封面区域均匀涂敷一层陶瓷材料浆料，形成陶瓷材料保护层，陶瓷材料保护层与锆元件的基体于1400～1500℃高温烧结；然后，在陶瓷材料保护层上均匀涂敷一层绝缘材料浆料，形成绝缘材料保护层，绝缘材料保护层与陶瓷材料保护层于800～1000℃二次烧结。

再进一步地，上述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构的制备方法，其中，所述陶瓷材料浆料的制备工艺为：在球磨管中依次按质量百分比添加60～80wt％的氧化锆陶瓷、15～25wt％的松油醇、1～3wt％的改性鱼油、3～7wt％的乙基纤维素、1～5wt％的邻苯二甲酸二乙酯，球磨数小时后制备得到。

再进一步地，上述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构的制备方法，其中，依次按质量百分比添加70wt％的氧化锆陶瓷、20wt％的松油醇、2wt％的改性鱼油、5wt％的乙基纤维素、3wt％的邻苯二甲酸二乙酯。

再进一步地，上述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构的制备方法，其中，所述球磨时间为18小时以上。

再进一步地，上述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构的制备方法，其中，所述绝缘材料浆料为玻璃釉浆料。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

①本发明由于第一保护层(陶瓷材料保护层)的材料特性与基体材料完全一致，而且通过一次烧结工艺制备，因此第一保护层与基体之间极难剥离，这样可以很好的保护外电极引线；

②第二保护层(绝缘材料保护层)的主要作用是在高温条件下绝缘，经过长时间耐久后，即使与第一保护层相剥落，也不会影响到外电极引线，同时由于该材料层被紧密压合，也不会影响到绝缘性能；

③本发明较好解决了管形锆元件外电极引线密封区域的保护和绝缘问题，显著改善产品的耐久性和可靠性。

附图说明

图1：背景技术氧传感器的结构示意图；

图2：背景技术氧传感器连接密封结构的示意图；

图3：本发明氧传感器的结构示意图；

图4：保护结构的局部示意图。

具体实施方式

如图3、图4所示，氧传感器锆元件外电极引线保护结构，在锆元件01的内侧涂敷铂金浆料，形成内电极21，内电极提供正信号，在锆元件01的外侧涂敷铂金浆料，形成外电极11，内电极21通过内电极引线22连接到内接触盘23上，外电极11通过外电极引线12连接到外接触盘13上；在锆元件的密封面区域F设有陶瓷材料保护层31，陶瓷材料保护层31上设有绝缘材料保护层32，绝缘材料保护层32和陶瓷材料保护层31包覆密封面区域的外电极引线12，形成外电极引线保护结构。

其中，陶瓷材料保护层31的材质与锆元件基体的材质相同，可采用氧化钇稳定氧化锆陶瓷材料层，具体为3％～12％摩尔氧化钇稳定氧化锆陶瓷材料。

绝缘材料保护层32为玻璃釉材料层。

实施例1

氧化锆陶瓷粉经过等静压成型后，得到形状较大的陶瓷坯体，通过车削或磨削加工到需要的产品外形尺寸，然后在管形锆元件的内、外侧分别涂敷铂金浆料，干燥后，分别涂敷内外电极接触盘，进一步干燥，然后涂敷内外电极引线，进一步干燥，得到尚未烧结的管形锆元件。

在锆元件外电极引线制备完成后，在密封面区域F涂敷一层陶瓷材料浆料(氧化锆浆料)，然后进行干燥。该浆料的制备工艺是：在球磨管中依次按质量百分比添加70wt％的氧化锆陶瓷、20wt％的松油醇、2wt％的改性鱼油、5wt％的乙基纤维素、3wt％的邻苯二甲酸二乙酯，球磨18小时后制备得到。

干燥后该氧化锆浆料与锆元件的基体经过1400～1500℃高温一次烧结成型，得到烧结完成的锆元件01的基体和陶瓷材料保护层31。

锆元件01的基体与陶瓷材料保护层31经过1400～1500℃高温烧结，已经变成致密的陶瓷体，然后在陶瓷材料保护层31上均匀涂敷玻璃釉浆料，干燥后，于800～1000℃二次烧结制备完成。

由于第一保护层(陶瓷材料保护层31)的材料特性与基体材料完全一致，而且通过一次烧结工艺制备，因此第一保护层与基体之间极难剥离，这样可以很好的保护外电极引线12。第二保护层(绝缘材料保护层32)的主要作用是在高温条件下绝缘，经过长时间耐久后，即使与第一保护层相剥落，也不会影响到外电极引线12，同时由于该材料层被紧密压合，也不会影响到绝缘性能。

本发明解决了管形锆元件外电极引线密封区域的保护和绝缘问题，显著改善产品的耐久性和可靠性。

需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (10)

1.氧传感器锆元件外电极引线保护结构，其特征在于：在锆元件的密封面区域设有陶瓷材料保护层，所述陶瓷材料保护层上设有绝缘材料保护层，所述绝缘材料保护层和陶瓷材料保护层包覆密封面区域的外电极引线，形成外电极引线保护结构。

2.根据权利要求1所述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构，其特征在于：所述陶瓷材料保护层为氧化钇稳定氧化锆陶瓷材料层。

3.根据权利要求2所述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构，其特征在于：所述氧化钇稳定氧化锆陶瓷材料层是3％～12％摩尔氧化钇稳定氧化锆陶瓷材料层。

4.根据权利要求1所述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构，其特征在于：所述陶瓷材料保护层的材质与锆元件基体的材质相同。

5.根据权利要求1所述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构，其特征在于：所述绝缘材料保护层为复合氧化铝陶瓷材料层或者玻璃釉材料层。

6.权利要求1所述氧传感器锆元件外电极引线保护结构的制备方法，其特征在于：首先，在锆元件的密封面区域均匀涂敷一层陶瓷材料浆料，形成陶瓷材料保护层，陶瓷材料保护层与锆元件的基体于1400～1500℃高温烧结；然后，在陶瓷材料保护层上均匀涂敷一层绝缘材料浆料，形成绝缘材料保护层，绝缘材料保护层与陶瓷材料保护层于800～1000℃二次烧结。

7.根据权利要求6所述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构的制备方法，其特征在于：所述陶瓷材料浆料的制备工艺为：在球磨罐中依次按质量百分比添加60～80wt％的氧化锆陶瓷、15～25wt％的松油醇、1～3wt％的改性鱼油、3～7wt％的乙基纤维素、1～5wt％的邻苯二甲酸二乙酯，球磨数小时后制备得到。

8.根据权利要求7所述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构的制备方法，其特征在于：依次按质量百分比添加70wt％的氧化锆陶瓷、20wt％的松油醇、2wt％的改性鱼油、5wt％的乙基纤维素、3wt％的邻苯二甲酸二乙酯。

9.根据权利要求7所述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构的制备方法，其特征在于：所述球磨时间为18小时以上。

10.根据权利要求6所述的氧传感器锆元件外电极引线保护结构的制备方法，其特征在于：所述绝缘材料浆料为玻璃釉浆料。