CN111307910B - 一种开关型锆基氧芯体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关型锆基氧芯体，在氧传感器的氧芯体中采用氧化锆加热基体层，并增加绝缘层结构，从而达到很好的绝缘效果，提高氧化锆基体氧传感器的使用寿命；然后采用先进的加工方法对氧芯体的加热电极层厚度进行控制，使加热电极具有一致性，厚度均匀，控制在1um左右，从而使得氧传感器通电加热时，均匀发热，避免出现发热集中点，从而导致热点附近的温度急剧上升，使得产品失效。

Description

一种开关型锆基氧芯体
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，更具体的说是涉及一种开关型锆基氧芯体。
背景技术
汽油发动机的燃烧控制多通过氧传感器检测尾气中的氧气含量，将其作为反馈信号来控制发动机的喷油量，达到控制燃烧和控制尾气中CO、HC的含量，并结合三元催化装置净化发动机尾气的目的，因此氧传感器是发动机控制系统中重要的传感器。随着人们对节能环保意识的增强，国家法律法规对车辆尾气的排放标准也越来越高，因而，作为汽车尾气的排放主要的检测反馈部件--氧传感器将越发重要。
传统的氧传感器一般采用片式结构氧传感器，而片式结构氧传感器一般采用流延成型、丝网印刷及叠层共烧的方法制备，由于片式结构氧传感器分别由氧化锆固体电解质材料、金属铂电极材料以及氧化物(如氧化铝)绝缘材料组成，这些材料的烧结温度各不相同，其烧结温度相差较大，甚至大于200度，而且不同材料的烧结收缩率不同，因此片式结构氧传感器的叠层与烧结一直是制造的难点，为了实现片式结构氧传感器的共烧结人们不得不牺牲某些材料的性能而通过添加一些助烧剂、或者通过控制粉末材料的粉末粒度来调节不同材料的烧结温度而达到共烧结的目的，采取这种制备方法，一方面降低了片式结构氧传感器的性能，另一方面也增加了片式结构氧传感器的制造成本。另外，由于不同材料层间的热膨胀系数不同，氧传感器在使用过程中，由于经常不断的升温与降温，传感器难以承受如此的热疲劳，而在使用过程中出现开裂等失效现象。
目前市场上基于氧化锆基体的片式氧传感器的主要有以下几点不足：第一当氧芯体温度大于300℃时，氧化锆基体会容易导电，如果绝缘性没有控制好，输出信号就容易不稳定，从而引起氧芯体失效；第二加工加热层时，电极的厚度不均匀，当产品通电加热时，容易出现发热集中点，导致热点附件的温度急剧上升，最后使产品失效。
因此，如何提高氧传感器的氧芯体的绝缘性和实现氧芯体的均匀发热从而保证氧传感器的使用效果是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种开关型锆基氧芯体，在氧传感器的氧芯体中增加绝缘层结构，从而达到很好的绝缘效果，提高氧化锆基体氧传感器的使用寿命；然后采用先进的加工方法对氧芯体的加热电极层厚度进行控制，使加热电极具有一致性，厚度均匀，控制在1um左右，从而使得氧芯体通电加热时，均匀发热，避免出现发热集中点，从而导致热点附近的温度急剧上升，使得产品失效。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种开关型锆基氧芯体，包括：依次由上而下共烧连接的感应基片、空气参通道层和加热基片；所述感应基片由上到下依次包括电极绝缘层、保护层、上电极层、信号PAD电极层、氧化锆基体层和下电极层；所述加热基片由上带下依次包括加热电极层、氧化锆加热基体层和PAD加热电极层；所述下电极层位于所述空气通道层上方；所述加热电极层位于所述空气通道层下方。
优选的，所述空气通道层和所述加热电极层之间设置有上绝缘层；所述加热电极层和所述氧化锆加热基体层之间设置有下绝缘层。防止所述加热电极层与所述空气通道层、所述氧化锆加热基体层在高温条件下导通，从而影响加热端信号。
优选的，所述氧化锆加热基体层和所述PAD加热电极层之间设置有PAD绝缘层。可以使所述PAD加热电极层和所述氧化锆加热基体层分开，不导通，防止所述氧化锆加热基体层和所述PAD加热电极层在高温条件下导通，从而影响加热端信号。
优选的，所述加热电极层采用先进电镀技术制成，制作所述加热电极层的过程为：
步骤1：在所述氧化锆加热基体层上表面印刷所述下绝缘层构成含有绝缘层基体的料片，对所述料片进行充分烘干；
步骤2：在所述料片上表面印刷一层导电胶；
步骤3：烘干所述导电胶；
步骤4：在烘干后的所述导电胶上涂覆导电材料，所述导电材料为二氯化锡酸性溶液，能够使所述下绝缘层的上表面吸附一层容易氧化的物质，以便在后续活化处理时被氧化，在所述下绝缘层的上表面形成催化膜，其中所述下绝缘层采用氧化铝材料；
步骤5：在涂覆有所述导电材料的所述料片上表面电镀加热丝层，所述加热丝层即为所述加热电极层。
能够严格控制电极层的厚度，尤其是加热丝部分，将所述加热丝部分的所述电极层厚度均控制在1um左右，使得在所述氧芯体使用加热过程中，没有突出的热点产生，提高氧芯体的可靠性和稳定性。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种开关型锆基氧芯体，其中，加热基片的基体层采用氧化锆加热基体层，并在氧化锆加热基体层和PAD加热电极层之间增加了一层绝缘层，同时在加热电极层的上下面各增加了一层绝缘层，防止高温下氧芯体加热电极绝缘失效，使得氧化锆基体层导通，从而很好的解决了高温下氧化锆基体绝缘性问题。由于感应基片的基体层和可加热基片的加热基体层均采用氧化锆材料，使得氧芯体在烧结时能够完全烧结，在高温条件下收缩率一致，避免了在烧结过程中出现开裂和分层等现象，同时氧化锆的强度大，在氧芯体进行封装时不易断裂。并且加热基片的加热电极层采用先进电镀技术，使得加热电极层厚度控制在1um左右，厚度均匀，极大的降低了加热层发生集中热点的频率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的氧传感器的氧芯体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种开关型锆基氧芯体，包括：依次由上而下共烧连接的感应基片、空气通道层7和加热基片；所述感应基片由上到下依次包括电极绝缘层1、保护层2、上电极层3、信号PAD电极层4、氧化锆基体层5和下电极层6；所述加热基片由上带下依次包括加热电极层9、氧化锆加热基体层11和PAD加热电极层13；所述下电极层6位于所述空气通道层7上方；所述加热电极层9位于所述空气通道层7下方。
为了进一步优化上述技术方案，所述空气通道层7和所述加热电极层9之间设置有上绝缘层8；所述加热电极层9和所述氧化锆加热基体层11之间设置有下绝缘层10。
为了进一步优化上述技术方案，所述氧化锆加热基体层11和所述PAD加热电极层13之间设置有PAD绝缘层12。
为了进一步优化上述技术方案，所述加热电极层9采用先进电镀技术制成，制作所述加热电极层的过程为：
S1：在氧化锆加热基体层11上表面印刷下绝缘层10构成含有绝缘层基体的料片，对料片进行充分烘干；
S2：在料片上表面印刷一层导电胶；
S3：烘干导电胶；
S4：在烘干后的导电胶上涂覆导电材料，导电材料为二氯化锡酸性溶液；
S5：在涂覆有导电材料的料片上表面电镀加热丝层，加热丝层即为加热电极层9。
实施例
氧传感器的工作原理：氧传感器安装于排气管上，感应基片的上下/层均印刷有薄薄的一层铂，铂既起到电极的作用，又具有催化的作用。感应基片下侧与大气相通，并且保持氧浓度不变，上侧直接与氧浓度较低的排气管相接触。在高温下工作时，氧气发生分离，由于感应基片下侧氧离子浓度高，上侧氧在两个表面电极有氧浓度差，氧离子就从浓度高的一侧向低的一侧流动，从而产生电动势，所以二氧化锆传感器实际为一种容量较小的化学电池，也称氧浓度差电池。当混合气稀(即空燃比大)时，排气中的氧含量高，传感器元件上、下侧氧浓度差小，氧化锆元件上、下侧两电极之间产生的电压很低(接近于0V)；当混合气浓(即空燃比小)时，排气中几乎没有氧，传感器上、下侧氧浓度差很大，上、下侧电极之间产生的电压高(约1V)。在理论空燃比附近，氧传感器输出电压信号值有一突变，
本发明在空气通道7与加热电极层9之间、加热电极层和氧化锆加热基体层11之间、氧化锆加热基体层11和PAD加热电极层13设置绝缘层的有益效果为：在高温工作下，增加绝缘层，可以提高氧芯体的绝缘性，防止加热层基体和加热电极层导通，引入信号，导致加热失效；
本发明采用先进电镀技术电镀加热电极层9的有益效果为：如果加热铂电极层厚度不一致，薄的地方电阻值将会偏大，通电后，电阻值大的地方，发热量会很大，会引起铂烧断，导致加热器失效，从而引起产品失效。而采用先进电镀技术制作加热电极层能有效保证加热层厚度均匀，且控制在1um左右，可以极大的降低集中发热的概率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种开关型锆基氧芯体，其特征在于，包括：依次由上而下共烧连接的感应基片、空气通道层(7)和加热基片；所述感应基片由上到下依次包括电极绝缘层(1)、保护层(2)、上电极层(3)、信号PAD电极层(4)、氧化锆基体层(5)和下电极层(6)；所述加热基片由上到下依次包括加热电极层(9)、氧化锆加热基体层(11)和PAD加热电极层(13)；所述下电极层(6)位于所述空气通道层(7)上方；所述加热电极层(9)位于所述空气通道层(7)下方；所述感应基片下侧与大气相通，并且保持氧浓度不变；
所述加热电极层(9)采用电镀技术制做过程为：
步骤1：在所述氧化锆加热基体层(11)上表面印刷下绝缘层(10)构成含有绝缘层基体的料片，对所述料片进行充分烘干；
步骤2：在所述料片上表面印刷一层导电胶；
步骤3：烘干所述导电胶；
步骤4：在烘干后的所述导电胶上涂覆导电材料，所述导电材料为二氯化锡酸性溶液；令所述下绝缘层(10)的上表面吸附一层容易氧化的物质，经过后续活化处理被氧化，形成催化膜；
步骤5：在涂覆有所述导电材料的所述料片上表面电镀加热丝层。
2.根据权利要求1所述的一种开关型锆基氧芯体，其特征在于，所述空气通道层(7)和所述加热电极层(9)之间设置有上绝缘层(8)；所述加热电极层(9)和所述氧化锆加热基体层(11)之间设置有下绝缘层(10)。
3.根据权利要求1所述的一种开关型锆基氧芯体，其特征在于，所述氧化锆加热基体层(11)和所述PAD加热电极层(13)之间设置有PAD绝缘层(12)。
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