CN108254430A - 片式氧传感器的制造方法及片式氧传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种片式氧传感器的制造方法及由该方法制造的片式氧传感器，制造方法包含以下步骤：准备好已烧结成致密体的陶瓷基板，作为承托本体；在陶瓷基板的一侧通过厚膜印刷的方式依次印刷第一绝缘层、烘干，印刷加热电极、烘干，印刷第二绝缘层、烘干；在陶瓷基板的另一侧或者在第二绝缘层上通过厚膜印刷的方式依次印刷第三绝缘层、烘干，印刷第一多孔铂电极、烘干，印刷参比层、烘干，印刷第二多孔铂电极、烘干，印刷多孔保护层、烘干；将印刷完毕的陶瓷基板高温烧结成型。本发明无需进行热压，工艺简单，变形和裂纹少，成品良率高。
Description
技术领域
本发明主要涉及氧传感器领域，特指一种片式氧传感器的制造方法及片式氧传感器。
背景技术
在车用发动机的控制系统中，保证发动机以最佳空燃比的混合气进行工作是排放控制的一个关键技术，车用氧传感器是用于控制发动机混合气空燃比的一个关键部件，氧传感器是将油气混合燃烧后的气体情况实时反馈给发动机控制单元(ECU)的一个关键元件，发动机电控喷射系统是依据氧传感器提供的信号精确控制空燃比(A/F，空气与汽油的质量比)。因此，在使用三元催化转换发动机上，氧传感器是不可或缺的元件。当混合气的空燃比偏离理论空燃比时，三元催化剂对CO、HC和NOX的净化能力将急剧下降，在排气管中安置的氧传感器可以检测出排气中氧的浓度，向ECU发出反馈信号，ECU控制喷油器喷油量的增减，从而可以将混合气的空燃比控制在理论值附近，使发动机工作在最佳的空气燃油混合比即最佳空燃比的状态，为发动机三元催化器的废气净化创造条件。
目前广泛使用的氧传感器是浓差型片式氧化锆氧传感器，氧化锆是氧离子固态电解质材料，具有较高的离子导电率。
现有的片式氧传感器的制作过程一般参照图1，包括以下步骤：首先，氧化铝流延片作为固体绝缘层，在两片氧化铝流延片11和13中间印刷加热电极层12，加热电极层12为以金属钨或金属铂为主的导电浆料形成的加热电极，形成绝缘层、加热电极层、绝缘层三层复合体。在一个氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)流延基片上叠加该三层复合体，叠层热压形成第一片层。另一个YSZ流延基片作为氧化锆基体16，通过丝网印刷的方法在该氧化锆基体16的一侧印刷多孔铂电极15，烘干，接着在与该氧化锆基体16的一侧相对应的另一侧印刷多孔铂电极17，烘干，对印刷有双面电极的氧化锆基体16进行高温烧结，然后在一侧的电极上印刷多孔陶瓷保护层18，干燥，高温烧结形成第三片层。取一参比气基片14作为第二层，参比气基片14为设有参比气通道的氧化钇稳定的氧化锆流延基片。将第三片层印刷有多孔陶瓷保护层18的一面朝上，将第三片层、第二片层、第一片层从上到下依次叠加，热压，得到片式氧传感器。
这种现有技术有以下缺陷：1、制造第一片层和第三片层时，是在软体流延片上进行印刷，需要外部承托载板进行承托，而且较难印刷均匀；2、由于是先分开制造第一片层、第二片层和第三片层，为使各片层间结合紧密，最终还要将第一片层、第二片层、第三片层进行叠层热压才能得到片式氧传感器，制造工艺比较复杂，而且容易出现裂片和翘曲现象，制造出来的片式氧传感器的抗弯强度也仍然相对较差，良率不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的缺陷，提供一种无需进行热压，工艺简单，变形和裂纹少，成品良率高的片式氧传感器的制造方法及片式氧传感器。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种片式氧传感器的制造方法，包含以下步骤：
1)准备好已烧结成致密体的陶瓷基板，作为承托本体；
2)在陶瓷基板的一侧通过厚膜印刷的方式依次印刷第一绝缘层、烘干，印刷加热电极、烘干，印刷第二绝缘层、烘干；
3)在陶瓷基板的另一侧或者在第二绝缘层上通过厚膜印刷的方式依次印刷第三绝缘层、烘干，印刷第一多孔铂电极、烘干，印刷参比层、烘干，印刷第二多孔铂电极、烘干，印刷多孔保护层、烘干；
4)将印刷完毕的陶瓷基板高温烧结成型。
作为本发明片式氧传感器的制造方法的进一步改进：
在所述步骤3)之前，先将印刷好第一绝缘层、加热电极和第二绝缘层的陶瓷基板烧结形成加热器基体。
第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层的印刷湿膜厚度为20-200um，所述加热电极的印刷湿膜厚度为20-100um，第一多孔铂电极和第二多孔铂电极的印刷湿膜厚度为20-100um，所述参比层的印刷湿膜厚度为20-300um，所述多孔保护层的印刷湿膜厚度为20-300um。
所述陶瓷基板为纯度达75％以上的氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷或氧化锆陶瓷。
所述参比层为设有参比气通道的氧化钇稳定的氧化锆涂层。
第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层由氧化铝浆料印刷形成。
所述加热电极由以金属钨或金属铂为主的导电浆料印刷形成。
一种片式氧传感器，包括已烧结成致密体的陶瓷基板，所述陶瓷基板作为承托本体，在所述陶瓷基板的一侧依次印刷有第一绝缘层、加热电极和第二绝缘层，在所述陶瓷基板的另一侧或者在第二绝缘层上依次印刷有第三绝缘层、第一多孔铂电极、参比层、第二多孔铂电极和多孔保护层。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明采用已烧结成致密体的陶瓷基板作为承托本体，相比现有技术使用软体流延膜片，可以无需额外的承托载板，而直接以陶瓷基板作为承托在陶瓷基板上进行厚膜印刷获得各层，由于是在致密体的表面印刷，所以更容易印刷均匀，保证良率。
2、本发明由于是采用已烧结成致密体的陶瓷基板作为承托本体，所有的印刷层都是在陶瓷基板上叠层印刷而成，各层之间已经结合得非常紧密，因此无需再进行热压，故与使用软体流延膜片通过叠层热压成型的制程相比，本发明制备方法的制程无需进行热压，可以大幅减少烧结前的裂片和烧结工序的变形翘曲。
3、本发明由于无需进行热压，制备工艺相对简单，成品良率可达95％以上，非常利于工业化生产，大幅降低生产成本。
附图说明
图1为现有技术的片式氧传感器制造过程示意图。
图2为本发明的片式氧传感器的结构示意图。
图例说明：1、第二绝缘层；2、加热电极；3、第一绝缘层；4、陶瓷基板；5、第三绝缘层；6、第一多孔铂电极；7、参比层；8、第二多孔铂电极；9、多孔保护层；11、氧化铝流延片；12、加热电极层；13、氧化铝流延片；14、参比气基片；15、多孔铂电极；16、氧化锆基体；17、多孔铂电极；18、多孔陶瓷保护层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，应当指出，本发明的保护范围并不仅局限于下述实施例，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明所作出的任何改进和润饰，均应视为本发明的保护范围。
片式氧传感器的制造方法实施例1，参照图2，步骤如下：
准备好纯度为95％、厚度为0.5mm的已烧结成致密体的氧化铝陶瓷基板4，在陶瓷基板4的一侧印刷出第一绝缘层3，第一绝缘层3印刷的湿膜厚度为50um，烘干，再印刷出加热电极2，加热电极2印刷的湿膜厚度为25um，烘干，再印刷出第二绝缘层1，第二绝缘层1印刷的湿膜厚度为50um，烘干，然后将陶瓷基板4在1500℃高温下烧结形成加热器基体。
在陶瓷基板4的另一侧上印刷第三绝缘层5，第三绝缘层5印刷的湿膜厚度为50um，烘干，再印刷第一多孔铂电极6，第一多孔铂电极6印刷的湿膜厚度为30um，烘干，再印刷参比层7，参比层7印刷的湿膜厚度为80um，烘干，再印刷第二多孔铂电极8，第二多孔铂电极8印刷的湿膜厚度为30um，烘干，再印刷多孔保护层9，多孔保护层9印刷的湿膜厚度为60um，烘干，最后将陶瓷基板4在1500℃高温下烧结制备出片式氧传感器。
其中，氧化铝陶瓷基板4可以通过本领域的技术人员公知的技术，先采用粉末压制成形、挤压成形、流延成形、射出成形等成形方法成型，再烧结制得。参比层7为设有参比气通道的氧化钇稳定的氧化锆涂层，绝缘层由氧化铝浆料印刷形成，加热电极2由以金属钨或金属铂为主的导电浆料印刷形成。
片式氧传感器的制造方法实施例2，步骤如下：
准备好纯度为80％、厚度为0.5mm的已烧结成致密体的氧化铝陶瓷基板4，在陶瓷基板4的一侧印刷出第一绝缘层3，第一绝缘层3印刷的湿膜厚度为30um，烘干，再印刷出加热电极2，加热电极2印刷的湿膜厚度为20um，烘干，再印刷出第二绝缘层1，第二绝缘层1印刷的湿膜厚度为30um，烘干，然后将陶瓷基板4在1500℃高温下烧结形成加热器基体。
继续在陶瓷基板4的同一侧上印刷第三绝缘层5，第三绝缘层5印刷的湿膜厚度为30um，烘干，再印刷第一多孔铂电极6，第一多孔铂电极6印刷的湿膜厚度为20um，烘干，再印刷参比层7，参比层7印刷的湿膜厚度为60um，烘干，再印刷第二多孔铂电极8，第二多孔铂电极8印刷的湿膜厚度为20um，烘干，再印刷多孔保护层9，多孔保护层9印刷的湿膜厚度为40um，烘干，最后将陶瓷基板4在1520℃高温下烧结制备出片式氧传感器。
其中，氧化铝陶瓷基板4可以通过本领域的技术人员公知的技术，先采用粉末压制成形、挤压成形、流延成形、射出成形等成形方法成型，再烧结制得。参比层7为设有参比气通道的氧化钇稳定的氧化锆涂层，绝缘层由氧化铝浆料印刷形成，加热电极2由以金属钨或金属铂为主的导电浆料印刷形成。
片式氧传感器的制造方法实施例3，步骤如下：
准备好纯度为93％、厚度为0.635mm的已烧结成致密体的氧化铝陶瓷基板4，在陶瓷基板4的一侧印刷出第一绝缘层3，第一绝缘层3印刷的湿膜厚度为80um，烘干，再印刷出加热电极2，加热电极2印刷的湿膜厚度为60um，烘干，再印刷出第二绝缘层1，第二绝缘层1印刷的湿膜厚度为100um，烘干。
在陶瓷基板4的另一侧上印刷第三绝缘层5，第三绝缘层5印刷的湿膜厚度为80um，烘干，再印刷第一多孔铂电极6，第一多孔铂电极6印刷的湿膜厚度为60um，烘干，再印刷参比层7，参比层7印刷的湿膜厚度为200um，烘干，再印刷第二多孔铂电极8，第二多孔铂电极8印刷的湿膜厚度为100um，烘干，再印刷多孔保护层9，多孔保护层9印刷的湿膜厚度为100um，烘干，最后将陶瓷基板4在1530℃高温下烧结制备出片式氧传感器。
其中，氧化铝陶瓷基板4可以通过本领域的技术人员公知的技术，先采用粉末压制成形、挤压成形、流延成形、射出成形等成形方法成型，再烧结制得。参比层7为设有参比气通道的氧化钇稳定的氧化锆涂层，绝缘层由氧化铝浆料印刷形成，加热电极2由以金属钨或金属铂为主的导电浆料印刷形成。
图2所示为由实施例1的制造方法制成的片式氧传感器，包括已烧结成致密体的陶瓷基板4，在陶瓷基板4的一侧依次印刷有第一绝缘层3、加热电极2和第二绝缘层1，在陶瓷基板4的另一侧依次印刷有第三绝缘层5、第一多孔铂电极6、参比层7、第二多孔铂电极8和多孔保护层9。
Claims (8)
1.一种片式氧传感器的制造方法，其特征在于包含以下步骤：
1)准备好已烧结成致密体的陶瓷基板，作为承托本体；
2)在陶瓷基板的一侧通过厚膜印刷的方式依次印刷第一绝缘层、烘干，印刷加热电极、烘干，印刷第二绝缘层、烘干；
3)在陶瓷基板的另一侧或者在第二绝缘层上通过厚膜印刷的方式依次印刷第三绝缘层、烘干，印刷第一多孔铂电极、烘干，印刷参比层、烘干，印刷第二多孔铂电极、烘干，印刷多孔保护层、烘干；
4)将印刷完毕的陶瓷基板高温烧结成型。
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：在所述步骤3)之前，先将印刷好第一绝缘层、加热电极和第二绝缘层的陶瓷基板烧结形成加热器基体。
3.根据权利要求1或2所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于：各所述绝缘层的印刷湿膜厚度为20-200um，所述加热电极的印刷湿膜厚度为20-100um，各所述多孔铂电极的印刷湿膜厚度为20-100um，所述参比层的印刷湿膜厚度为20-300um，所述多孔保护层的印刷湿膜厚度为20-300um。
4.根据权利要求1或2所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于：所述陶瓷基板为纯度达75％以上的氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷或氧化锆陶瓷。
5.根据权利要求1或2所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于：所述参比层为设有参比气通道的氧化钇稳定的氧化锆涂层。
6.根据权利要求1或2所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于：各所述绝缘层由氧化铝浆料印刷形成。
7.根据权利要求1或2所述的片式氧传感器的制造方法，其特征在于：所述加热电极由以金属钨或金属铂为主的导电浆料印刷形成。
8.一种由权利要求1至7任意一项所述片式氧传感器的制造方法制成的片式氧传感器。
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