CN113552201A - 一种带保护帽涂层的氮氧传感器芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带保护帽涂层的氮氧传感器芯片，包括氧化锆芯片，所述氧化锆芯片内设置有第一内电极、第二内电极、第三内电极、第四内电极和加热电极，所述氧化锆芯片外表面局部位置设置有置物凹槽，所述置物凹槽内设置有外电极，所述氧化锆芯片的加热区包覆有保护帽，所述保护帽包括第一保护涂层和第二保护涂层，所述第一保护涂层包覆住第二保护涂层，所述第一保护涂层和第二保护涂层均为多孔结构。上述技术方案，结构设计合理、水蒸气挥发效果好、工作可靠、使用寿命长且实用性好。
Description
技术领域
本发明涉及氮氧传感器技术领域，具体涉及一种带保护帽涂层的氮氧传感器芯片。
背景技术
氮氧传感器为了获得较高的测量精度，工作时需要将传感和测量部位的温度一直维持在850℃左右，但是，现有的氮氧传感器的结构存在不足：在工作的过程中部分产品容易出现氧化锆芯片的开裂情况，第一是在快速的启动过程中，有一定的比例会出现芯片开裂，从而导致产品失效，也是各大氮氧传感器厂家共同的问题；第二在湿度大的情况下，容易出现芯片受到湿气甚至水珠的影响，加热时瞬间开裂，在沿海地区氮氧传感器的寿命会大大降低，使用寿命短，实用性差。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构设计合理、水蒸气挥发效果好、工作可靠、使用寿命长且实用性好的带保护帽涂层的氮氧传感器芯片。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种带保护帽涂层的氮氧传感器芯片，包括氧化锆芯片，所述氧化锆芯片内设置有第一内电极、第二内电极、第三内电极、第四内电极和加热电极，所述氧化锆芯片外表面局部位置设置有置物凹槽，所述置物凹槽内设置有外电极，所述氧化锆芯片的加热区包覆有保护帽，所述保护帽包括第一保护涂层和第二保护涂层，所述第一保护涂层包覆住第二保护涂层，所述第一保护涂层和第二保护涂层均为多孔结构。
本发明进一步设置为：所述第二保护涂层的孔隙率大于第一保护涂层的孔隙率。
本发明还进一步设置为：所述第二保护涂层的厚度为180-200微米，气孔率为30％-45％。
本发明还进一步设置为：所述第一保护涂层的厚度为180-200微米，气孔率在20％-30％。
本发明还进一步设置为：所述第一保护涂层和第二保护涂层均为多孔氧化铝涂层。
本发明还进一步设置为：所述氧化锆芯片包括基板，所述基板的一侧从外至内依次设置有开口、第一腔室和第二腔室，所述第一内电极设置在第一腔室内，所述第二内电极设置在第二腔室内。
本发明还进一步设置为：所述第一内电极和外电极用于调节第一腔室内氧气浓度；所述第二内电极和外电极用于调节第二腔室内氧气浓度；所述第三内电极和外电极用于调节第三内电极表面的氧气浓度。
本发明还进一步设置为：所述第四内电极为参比电极，所述第一内电极和第四内电极用于测量第一腔室内氧气浓度，所述第二内电极和第四内电极用于测量第二腔室内氧气浓度。
本发明的优点是：与现有技术相比，本发明结构设置更加合理，保护帽可以大大降低氧化锆芯片在迅速加热过程中所带来的热应力；在正常工作的过程中保护帽表面温度在400-500℃，比原来芯片表面温度要低200-300℃，可降低尾气对芯片的温差冲击；尤其是在氮氧传感器处于湿度比较大的环境时，在氧化锆芯片的表面会形成水珠，此时如果芯片迅速加热，就有可能会导致芯片的淬裂，这也是氮氧传感器多年来失效的主要模式，添加该保护帽后，多空保护层会吸收一定的水汽，在加热过程中，由于其多孔结构有利于水蒸气的挥发，可以阻隔对氧化锆芯片的伤害，从而提高氮氧传感器的整体寿命。结构设计合理、水蒸气挥发效果好、工作可靠、使用寿命长且实用性好。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
具体实施方式
在本实施例的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参见图1，本发明公开的一种带保护帽涂层的氮氧传感器芯片，包括氧化锆芯片1，所述氧化锆芯片1内设置有第一内电极2、第二内电极3、第三内电极4、第四内电极5和加热电极6，所述氧化锆芯片1外表面局部位置设置有置物凹槽，所述置物凹槽内设置有外电极7，所述氧化锆芯片1的加热区包覆有保护帽8，所述保护帽8包括第一保护涂层81和第二保护涂层82，所述第一保护涂层81包覆住第二保护涂层82，所述第一保护涂层81和第二保护涂层82均为多孔结构。
作为优选的，所述保护帽8覆盖在氧化锆芯片1的加热区同时包裹了外电极7、第一内电极2、第二内电极3、第三内电极4和第四内电极5共五个电极。
为使本发明结构设置更加合理，作为优选的，本实施例所述第二保护涂层82的孔隙率大于第一保护涂层81的孔隙率，使得的第二保护涂层82中有一定的储气，保证芯片内的气体反应。
所述第二保护涂层82的厚度为180-200微米，气孔率为30％-45％。
所述第一保护涂层81的厚度为180-200微米，气孔率在20％-30％。
所述第一保护涂层81和第二保护涂层82均为多孔氧化铝涂层。
所述氧化锆芯片1包括基板11，所述基板11的一侧从外至内依次设置有开口12、第一腔室13和第二腔室14，所述第一内电极2设置在第一腔室13内，所述第二内电极3设置在第二腔室14内。
所述第一内电极2和外电极7用于调节第一腔室13内氧气浓度；所述第二内电极3和外电极7用于调节第二腔室14内氧气浓度；所述第三内电极4和外电极7用于调节第三内电极4表面的氧气浓度。
所述第四内电极5为参比电极，所述第一内电极2和第四内电极5用于测量第一腔室13内氧气浓度，所述第二内电极3和第四内电极5用于测量第二腔室14内氧气浓度。
作为优选的，本实施例可以采用氮氧传感器的传感器陶瓷芯片，调节和测量各腔室内氧气浓度同时进行。
所述保护帽8的制造方法包括以下步骤：
首先在烧结好的氧化锆芯片的加热区制备第二保护涂层82，可采用模具或侵涂的方法，第二保护涂层82的厚度在180-200微米之间，气孔率在30％-45％之间；
然后采用烘干设备烘干第二保护涂层82后，继续在第二保护涂层82上采用模具或侵涂的方法制备第一保护涂层81，第一保护涂层81的厚度在180-200微米之间，气孔率在20％-30％之间；
再采用烘干设备烘干第一保护涂层81后，再1300℃烧结1小时，得到多孔的保护涂层帽。
实际应用时，保护帽可以大大降低氧化锆芯片在迅速加热过程中所带来的热应力；在正常工作的过程中保护帽表面温度在400-500℃，比原来芯片表面温度要低200-300℃，可降低尾气对芯片的温差冲击；尤其是在氮氧传感器处于湿度比较大的环境时，在氧化锆芯片的表面会形成水珠，此时如果芯片迅速加热，就有可能会导致芯片的淬裂，这也是氮氧传感器多年来失效的主要模式，添加该保护帽后，多空保护层会吸收一定的水汽，在加热过程中，由于其多孔结构有利于水蒸气的挥发，可以阻隔对氧化锆芯片的伤害，从而提高氮氧传感器的整体寿命。结构设计合理、水蒸气挥发效果好、工作可靠、使用寿命长且实用性好。
上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种带保护帽涂层的氮氧传感器芯片，包括氧化锆芯片，其特征在于：所述氧化锆芯片内设置有第一内电极、第二内电极、第三内电极、第四内电极和加热电极，所述氧化锆芯片外表面局部位置设置有置物凹槽，所述置物凹槽内设置有外电极，所述氧化锆芯片的加热区包覆有保护帽，所述保护帽包括第一保护涂层和第二保护涂层，所述第一保护涂层包覆住第二保护涂层，所述第一保护涂层和第二保护涂层均为多孔结构。
2.根据权利要求1所述的一种带保护帽涂层的氮氧传感器芯片，其特征在于：所述第二保护涂层的孔隙率大于第一保护涂层的孔隙率。
3.根据权利要求2所述的一种带保护帽涂层的氮氧传感器芯片，其特征在于：所述第二保护涂层的厚度为180-200微米，气孔率为30％-45％。
4.根据权利要求3所述的一种带保护帽涂层的氮氧传感器芯片，其特征在于：所述第一保护涂层的厚度为180-200微米，气孔率在20％-30％。
5.根据权利要求4所述的一种带保护帽涂层的氮氧传感器芯片，其特征在于：所述第一保护涂层和第二保护涂层均为多孔氧化铝涂层。
6.根据权利要求1或4所述的一种带保护帽涂层的氮氧传感器芯片，其特征在于：所述氧化锆芯片包括基板，所述基板的一侧从外至内依次设置有开口、第一腔室和第二腔室，所述第一内电极设置在第一腔室内，所述第二内电极设置在第二腔室内。
7.根据权利要求1所述的一种带保护帽涂层的氮氧传感器芯片，其特征在于：所述第一内电极和外电极用于调节第一腔室内氧气浓度；所述第二内电极和外电极用于调节第二腔室内氧气浓度；所述第三内电极和外电极用于调节第三内电极表面的氧气浓度。
8.根据权利要求1所述的一种带保护帽涂层的氮氧传感器芯片，其特征在于：所述第四内电极为参比电极，所述第一内电极和第四内电极用于测量第一腔室内氧气浓度，所述第二内电极和第四内电极用于测量第二腔室内氧气浓度。
9.根据权利要求1所述的一种带保护帽涂层的氮氧传感器芯片，其特征在于：所述保护帽的制造方法包括以下步骤：
首先在烧结好的氧化锆芯片的加热区制备第二保护涂层，采用模具或侵涂的方法，第二保护涂层的厚度在180-200微米之间，气孔率在30％-45％之间；
然后采用烘干设备烘干第二保护涂层后，继续在第二保护涂层上采用模具或侵涂的方法制备第一保护涂层，第一保护涂层的厚度在180-200微米之间，气孔率在20％-30％之间；
再采用烘干设备烘干第一保护涂层后，再1300℃烧结1小时，得到多孔的保护涂层帽。
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