CN1694599B - 复合陶瓷生基板及其制造方法、陶瓷烧结主体及气体传感器 - Google Patents

Abstract

一种复合陶瓷生基板，包括：包括第一基板材料的第一基板部；以及包括第二基板材料第二基板部，所述第二基板部在烧制性能上不同于第一基板部；混合部，在所述第一和第二基板部之间，包括第一和第二基板材料的混合物，具有复合陶瓷基板的厚度至少两倍的宽度，其中而所述第一和第二基板部通过混合部在扩展方向彼此结合在一起。

Description

复合陶瓷生基板及其制造方法、陶瓷烧结主体及气体传感器

发明领域

本发明涉及具有多个基板部的陶瓷基板、具有包括多个区的复合陶瓷层的陶瓷烧结主体、包括固体电解质陶瓷区和绝缘陶瓷区的气体传感器装置、利用该气体传感器装置的气体传感器以及制造该复合陶瓷生基板的方法。

发明背景

作为至少两个具有不同成分合成物的复合陶瓷生基板迄今已经公知(参见第2535617号日本专利(第1页和图12))。

第2535617号日本专利(第1页和图12)披露了一种陶瓷基板制造工艺，该工艺为这样的技术，即在其中第一和第二浆液彼此接触并彼此平行状态下，利用刮刀方法，通过浇注第一和第二浆液，得到复合陶瓷生基板(参见权利要求1和图12)。

发明概述

当利用在第2535617号日本专利(第1页和图12)中披露技术制造的复合陶瓷生基板、形成陶瓷烧结主体，存在着如下问题。也就是说，已经证实，当在第一基板部和第二基板部之间烧制特性存在不同时，在烧制后陶瓷烧结主体作为这样的陶瓷烧结主体形成，其中在通过对第一基板部烧结而获得的第一陶瓷区和通过对第二基板部烧结得到的第二陶瓷区之间的边界上方或者沿着该边界，已经形成裂缝或者将会很容易形成裂缝。已经认为的是，根据在第2535617号日本专利(第1页和图12)中披露的技术，这大致是由于第一基板部和第二基板部只是大致垂直于复合陶瓷生基板表面结合形成交界面。

例如氧化锆的固体电解质陶瓷材料在高温下具有离子导电性。这样，该固体电解质陶瓷材料迄今为止确定为用作气体传感器装置，例如燃料电池或者NaS电池的部件、氧气传感器等等。

为了在气体传感器等中使用这种固体电解质陶瓷材料，需要在固体电解质陶瓷材料表面上提供电极，从而得到由于离子导电导致在电极之间产生的电势差。另一方面，为了把具有电连续性的导线引导到电极上，优选的是，使用通过在绝缘体或者特别是如氧化铝的绝缘陶瓷材料上印刷等手段形成的导线。

然而，在生基板烧制时，在如氧化锆的固体电解质陶瓷材料和如氧化铝的绝缘陶瓷材料之间的烧制特性存在着差异。例如，在热膨胀系数上存在着不同。结果，当一块生基板上，由固体电解质陶瓷材料制成的基板部和由绝缘陶瓷材料制成的基板部彼此相邻设置时，如上所述可能在两者上或者沿着两者产生裂缝。

这样，目前气体传感器装置等通过分开的生基板叠加而形成，其中一个生基板由固体电解质陶瓷材料制成，而另外的生基板由绝缘陶瓷材料制成。

然而，当电极形成在固体电解质陶瓷层的表面(与该绝缘陶瓷层相对)上时，很难把电极连接到形成在绝缘陶瓷层表面上的焊盘上，其中该绝缘陶瓷层叠加到该固体电解质陶瓷层上.也就是说，希望的是，经由用于把电极引入到固体电解质陶瓷层上的布线层，或者经由穿过该固体电解质陶瓷层的通路导体或者穿过其侧面的侧向导体，把电极连接到在绝缘陶瓷层上的焊盘上.然而，该固体电解质陶瓷层在高温区具有离子导电性.这样，当导线层或者通路导体直接形成在该固体电解质陶瓷层上时，该布线层或者通路导体经由固体电解质陶瓷层导电连接到电极上.为此，布线层、通路导体或者侧向导体不能直接形成在该固体电解质陶瓷层上.

这样，氧化锆等的绝缘陶瓷涂层涂在该固体电解质陶瓷层的表面或者后表面上的预定区域上，该布线层形成在该绝缘陶瓷涂层上。可选择的是，该固体电解质陶瓷层充分大，同时该通路导体或者侧向导体形成在温度足够低的区域上，用于使固体电解质陶瓷层没有离子导电性(也就是说，起绝缘陶瓷层作用)。这样，通过利用因此形成的布线层、通路导体或者侧向导体，电极连接到在绝缘陶瓷层上的布线上。可选择的是，如氧化铝的绝缘层形成在通孔的内圆周或者侧向表面上，而通路导体或者侧向导体形成得通过绝缘层与固体电解质陶瓷层绝缘。这样，通过利用因此形成的绝缘层，该电极不得不连接到在绝缘陶瓷层上的布线上。然而，在这些技术中，存在一些问题，即在使产品紧凑上存在着障碍，或者制造非常麻烦而导致费用增加。

此外，根据在第2535617号日本专利(第1页和图12)中披露的技术，当第一浆液和第二浆液干燥以形成生基板时，由于在包含在该浆液中溶剂不同、在包含在该浆液中陶瓷粉末材料不同、粘合剂材料不同等，在基板形成时，在形成的浆液(基板部)之间出现例如收缩率变化或者收缩率等特性方面的不同。在这种情况下，已经证实，在完成的生基板中，在第一基板部和第二基板部之间出现裂缝，从而该生基板不能作为生基板使用。

本发明考虑着上述问题而开发。本发明的目的是提供一种复合陶瓷生基板，其中当含有复合陶瓷生基板的生陶瓷材料烧制时，裂缝几乎不出现。

本发明的另一个目的是提供一种没有任何裂缝等出现的高可靠性陶瓷烧结主体。

本发明的另一个目的是提供一种没有任何裂缝等出现的高可靠性气体传感器装置。

本发明的另一个目的是提供一种利用该高可靠性气体传感器装置的气体传感器。

本发明的再一个目的是提供一种制造没有裂缝复合陶瓷生基板的方法。

为了解决上述问题，根据发明的第一结构，提供一种复合陶瓷生基板，包括：包括第一基板材料的第一基板部；包括第二基板材料的第二基板部，第二基板部在烧制特性方面与所述第一基板部不同；和混合部，在第一和第二基板部之间，包括第一和第二基板材料的混合物，具有复合基板部厚度至少两倍的宽度，其中第一和第二基板部通过所述混合部在扩展方向上彼此结合。

根据本发明的复合陶瓷生基板形成单个基板，其中在烧制特性方面不同的第一和第二基板部在基板扩散方向上彼此相邻。另外，该第一和第二基板部经由混合部彼此结合在一起，其中在该混合部，第一和第二基板材料在基板厚度至少两倍大的范围上进行混合。

通过冲压、折弯、缠绕等方式，该复合陶瓷生基板可形成为预定形状.电极等类似元件可形成在该复合陶瓷生基板相应部分上.可选择的是，该复合陶瓷生基板可通过叠加等与其他陶瓷生基板或者元件集成在一起.然后，由复合陶瓷生基板制成的生陶瓷材料或者由与其他基板或者元件结合的复合陶瓷生基板制成的生陶瓷材料可烧制.在这种情况下，能抑制这样问题的出现，即在获得的陶瓷烧结主体上对应于第一和第二基板部陶瓷部之间交界面上面或者沿着该交界面出现裂缝，或者当应力作用在该陶瓷烧结主体上时该烧结主体在该交界面容易断开.这样，就能形成可靠的陶瓷烧结主体.

尽管该混合部设置成该第一和第二基板材料在该混合部厚度至少两倍大的范围上混合，然而优选的是，该范围可以是该厚度三倍或者更多大，或者更优选的是，五倍或者更多倍大。这是因为在第一基板部和第二基板部之间烧制特性上不同可在较宽范围上得到吸收。

在本申请中，扩展方向意思是指垂直于陶瓷生基板(基板部)厚度方向的任何方向。因此，在平板状生基板情况中，该扩展方向是指沿着其表面的平面方向。

基板材料是指形成该陶瓷生基板的基板部的材料。基板材料的实例包括陶瓷材料(陶瓷粉末)、粘接剂、如多孔剂的填加剂、在干燥后的残留水、酒精、如有机溶剂的溶剂等。

在这些材料中，陶瓷材料的具体实例包括氧化铝、氧化锆、金属氧化物半导体陶瓷(例如TiO₂或者SnO₂)等。

混合第一和第二基板材料不仅包括第一和第二基板材料被搅拌和混合从而两者彼此不区分开来的情况，而且也包括在两者可彼此区别开来状态下两者同时存在于垂直于生基板表面的方向(厚度方向)上的情况、其中第一和第二基板材料彼此邻接同时交界面倾斜地穿过该厚度方向的情况，或者是该第一和第二基板材料被搅拌并形成锯齿状，例如象大理石形状或者涡流形状，从而两者彼此可区分开。

该烧制特性是指当复合陶瓷生基板烧制时通过每个基板部表现出的特性。例如，该特性表现为每个陶瓷材料的烧结起始温度或者烧制收缩率、在烧结后在温度降落期间确定热膨胀量的陶瓷材料的热膨胀系数、在解粘接(debinder)过程中脱脂起始温度(粘接剂分解温度)等等。

此外，在烧制特性方面不同的基板部实例包括在烧制基板部时特性不同的基板部，这些特性例如烧制收缩的起始时间、烧制收缩量、在烧制后温度下降期间热收缩量等，这些特性不同是由于在收缩起始温度、烧制收缩率、热收缩量等因素差别而导致的，而这些导致因素又是由于在基板部之间陶瓷材料化学成分不同而产生的。具体地说，一个是氧化铝陶瓷的基板部，而另一个是氧化锆陶瓷的基板部。此外，基板部的实例可包括在烧制基板部时在特性上不同的基板部，这些特性不同是由于甚至当陶瓷材料具有一种或者相同成分时、在基板部陶瓷材料之间的颗粒尺寸、特殊表面区域、化学活性等存在差异而导致。具体地说，两个基板部采用一种化学成分或者采用与其陶瓷材料相同的化学成分，但是其中之一为由其中颗粒尺寸相对较大的氧化铝陶瓷粉末制成的基板部，同时另外一个为由其中颗粒尺寸相对较小的氧化铝陶瓷粉末制成的基板部。此外，基板部的实例可包括在粘接剂、如碳、咖啡因等的多孔剂或者与陶瓷材料一起用作基板部的其他填加剂的化学成分上不同的基板部，或者在每个基板部中在陶瓷材料和粘接剂之间在成分比率上不同的基板部。具体地说，包括这样的情况，即，其中基板部由一种或者相同陶瓷材料制成但在分别包含在基板部内粘接剂材料上彼此不同的情况，或者是其中在一个基板部内该陶瓷材料的成分比率相对较大，同时在另一个基板部中相对较小的情况。此外，包括这样的情况，即其中基板部由一种或者相同陶瓷材料制成，但是一个基板部包含多孔剂，从而在烧制后该基板部将形成多孔陶瓷材料，而另一基板部不含有多孔剂，从而该基板部将形成致密陶瓷材料。

为此，下面为优选作为利用在烧制特性上不同的陶瓷材料的复合陶瓷生基板.也就是说，优选的是，陶瓷生基板形成为单一个基板形式，其中多个基板部在扩展方向彼此相邻，该陶瓷生基板形成为复合陶瓷生基板，在该基板中，通过混合部，第一基板部和第二基板部彼此相邻并集成在一起，其中第一基板部由第一陶瓷材料制成，而第二基板部由在烧制特性上与第一陶瓷材料不同的第二陶瓷材料制成.该混合部位于该第一基板部和第二基板部之间，并使第一陶瓷材料和第二陶瓷材料在至少基板厚度两倍大的范围上混合.

在这种方式中，不管是否使用在烧制特性上不同的陶瓷材料，其中在烧制后没有裂缝等缺陷出现的可靠陶瓷烧结主体可由于具有混合部而形成。

此外，根据本发明的第二结构，根据上述第一结构的复合陶瓷生基板可设计成该混合部这样形成，以致于在混合部中的第一基板材料对第二基板材料比率从靠近第一基板部侧到靠近第二基板部侧降低，同时包含在混合部内第二基板材料对第一基板材料的比率从相应增加。

利用如此设计的复合陶瓷生基板，在混合部中烧制特性可从靠近第一基板部侧朝靠近第二基板部侧逐渐变化。因此，烧制特性不突然变化。当利用该复合陶瓷生基板制造陶瓷烧结主体时，在对应于一个基板部的部分和对应于另外一个基板部的部分之间，可能出现的裂缝几乎不可能在该陶瓷烧结主体中出现。

具体地说，以下结构是优选的。也就是说，优选的是，根据第二结构的复合陶瓷生基板设计成，在该混合部，从靠近第一基板部侧朝靠近第二基板部侧，由第一基板材料制成部分的厚度减少，同时由第二基板部制成部分的厚度增加。

利用如此设计的复合陶瓷生基板，能够确保防止在烧制特性上突然变化。因此，就能确保阻止以下问题出现，即在对应于一个基板部的陶瓷烧结主体部分和对应于另外基板部的另外部分之间出现裂缝。

根据本发明的第三结构，根据第一结构的复合陶瓷生基板设计成该混合部这样形成，以致于第一和第二基板材料在混合部内成锯齿形。

利用如此设计的复合陶瓷生基板，在第一基板材料和第二基板材料之间的交界面不具有简单形状，而是具有复杂形状，其中在较宽范围上延伸的交界面上，第一基板材料和第二基板材料彼此邻接。当利用该复合陶瓷生基板制造该陶瓷烧结主体时，通过烧制第一和第二基板材料获得的第一和第二陶瓷材料彼此复杂地连接。这样，特别是在该陶瓷烧结主体中，裂缝等几乎不出现。

其中第一基板材料和第二基板材料彼此成锯齿形式的实例包括：其中由于两种基板材料不均匀混合导致出现的图案，例如，其中在混合部中第一基板材料和第二基板材料之间交界面、沿着从靠近第一基板部朝靠近第二基板部方向上和在基板厚度方向在断面为S形状(Z形状)，或者其中第一基板材料和第二基板材料呈现大理石图案或者涡流图案。

根据本发明第四结构，根据第一结构的复合陶瓷生基板可设计成这样，其中用作该第一基板材料陶瓷成分中主要成分的第一陶瓷成分在该混合部的陶瓷成分中占据比率比在该第一基板部中的较低；以及用作该第二基板材料陶瓷成分中主要成分(具有最大重量的成分)、并在烧制特性上与该第一陶瓷成分不同的第二陶瓷成分在该混合部的陶瓷成分中占据的比率比在该第二基板部的中的较低。

在根据本发明的复合陶瓷生基板中，针对陶瓷成分建立以下关系。即，在混合部中第一陶瓷成分与总陶瓷成分的比率比在第一基板部中较低，同时在混合部中第二陶瓷成分与总陶瓷成分的比率比在第二基板部中较低。

因此，当复合陶瓷生基板烧制时，该混合部表现出在第一基板部和第二基板部烧制特性的中间烧制特性。这样，复合陶瓷生基板可缓解应力的出现，其中该应力由在第一基板部和第二基板部之间烧制特性差异而产生，从而抑制了裂缝等缺陷出现。

任何陶瓷材料如果在烧制特性上与第一陶瓷成分不同均可用作第二陶瓷成分。因此，如果该第二陶瓷成分具有与第一陶瓷成分不同的性能，例如对烧制特性有影响的性能，则将无妨碍。第二陶瓷成分的具体实例不仅包括这样的情况，其中由于第二陶瓷成分由与第一陶瓷成分不同的成分(材料)制成、第二陶瓷成分在烧制特性上与该第一陶瓷成分不同的情况，而且也包括这样的情况，其中尽管第二陶瓷成分由与第一陶瓷成分相同材料制成，但由于第二陶瓷成分具有与第一陶瓷成分不同的颗粒尺寸、不同的比表面面积等，从而该第二陶瓷成分在烧制特性上与第一陶瓷成分不同。

另外，根据本发明的第五结构，根据第一到第四结构中任何之一的复合陶瓷生基板设计成这样，其中该第一和第二基板部中至少之一是彩色的，从而该第一和第二基板部可彼此区分开来。

当在复合陶瓷生基板中第一基板部在色调上与第二基板部对应或者类似时，其中在该复合陶瓷生基板中，第一基板部和第二基板部彼此邻接，则难以知道在第一基板部和第二基板部之间边界在哪里(混合部在哪里)，或者在操纵时每个部分所属哪个基板部。这样，操纵很困难。

相比之下，在根据本发明的生基板中，第一基板部和第二基板部可通过染色而彼此区分开来。因此，在第一和第二基板部之间，很容易区分基板部或者其间的边界，从而容易处理操作该生基板。

尽管第一基板部和第二基板部两者均可单独染色，但只其中一个基板部染色，从而可被区别开。

至于对基板部染色的方法，例如，可以认为，在制造生基板后，颜料涂在第一基板部上，从而使其染色。然而，优选的是，作为染色剂的染料或者色素填加到将成为要染色的基板部浆液中，从而该浆液本身被染色。

此外，对于染色剂，优选的是，采用如绕丹宁等有机染料，其特征在于，由于在烧制时加热或者氧化而导致染料蒸发或者气化，从而染料不存在于烧制后的陶瓷层中。这是由于基板部可通过染色区分，同时不用担心这种染料对烧制后对陶瓷层的特性具有影响。

根据本发明的第六结构，根据第五结构的复合陶瓷生基板可设计成这样，其中该第一和第二基板部中至少之一是彩色的，从而该第一和第二基板材料可彼此区分开来。

在这种方式中，该第一和第二基板部可彼此区分开来，同时具有另外的优点是，在混合部中第一和第二基板材料的混合部位置或者混合状态很容易控制。

此外，根据本发明的第七结构，根据第一到第六结构中任何之一的复合陶瓷生基板设计成这样，即该第一基板部为由固体电解质陶瓷材料制成的固体电解质陶瓷基板部；以及该第二基板部为由绝缘陶瓷材料制成的绝缘陶瓷基板部。

如上所述，在高温下，通过对使氧化锆作为其主要成分的固体电解质陶瓷材料烧结而得到的固体电解质陶瓷材料具有离子导电性.已经确定把固体电解质陶瓷材料用作燃料电池、NAS电池或者如氧气传感器的气体传感器装置.为了在其他传感器装置等中使用固体电解质陶瓷层，需要在该固体电解质陶瓷层的表面上提供电极.另一方面，为了引导电连接到每个电极上的导线，优选的是，使用在绝缘陶瓷上印刷等方式形成的布线.

然而，当使用固体电解质陶瓷材料时，该固体电解质陶瓷材料具有离子导电性。因此，难以以下述形式利用通路导体、侧向导线等在平面方向引导布线，或者在固体电解质陶瓷材料厚度方向上引导导线，使得该布线直接形成在固体电解质陶瓷材料表面上的形式。因此，绝缘涂层涂在除了形成电极的任何表面上，同时布线形成在该绝缘涂层上。可选择的是，该固体电解质陶瓷层足够大。结果，存在的问题是，难以使包括该固体电解质陶瓷材料的陶瓷烧结主体小型化，或者形成通路导体等非常麻烦，导致费用增加。

相比之下，在根据本发明的复合陶瓷生基板中，该固体电解质陶瓷基板部和该绝缘陶瓷基板部经由混合部彼此相邻，从而形成单一的复合陶瓷生基板。因此，通过利用复合陶瓷生基板，电连接到在固体电解质陶瓷区域(通过对固体电解质陶瓷基板部烧结得到)上形成的电极上的布线可引到与该固体电解质陶瓷区域(通过对绝缘陶瓷部烧结得到)相邻的绝缘陶瓷区域表面上。然后，在不考虑固体电解质陶瓷区域离子导电性或者其温度情况下，布线可缠绕。这样，就能形成其中导线很容易缠绕的紧凑的燃料电池、紧凑的气体传感器装置等装置。

该绝缘陶瓷材料的实例包括如氧化铝、富铝红柱石、氮化硅等。

固体电解质陶瓷材料的实例包括氧化锆等。

另外，根据本发明的第八结构，一种烧结主体通过对含有根据第一到第七结构中任何之一的复合陶瓷生基板的生陶瓷材料进行烧制而获得。

根据本发明的陶瓷烧结主体包括在还没有烧制的生陶瓷材料中的上述复合陶瓷生基板。由于具有设置在复合陶瓷生基板中第一基板部和第二基板部之间的混合部，由于烧制而几乎不产生裂缝。因此，使用复合陶瓷生基板通过对生陶瓷材料进行烧制得到的陶瓷烧结主体可作为可靠陶瓷烧结主体而形成，其中该主体在通过对复合陶瓷生基板烧制而得到的部分中没有裂缝等缺陷。

根据本发明的第九结构，一种气体传感器装置通过对包括根据第七机构的复合陶瓷生基板的生气体传感器装置材料进行烧结而获得。在通过对复合陶瓷生基板烧制而得到的复合陶瓷层中，通过烧制，固体电解质陶瓷基板部形成固体电解质陶瓷区域。表面电极设置在固体电解质陶瓷区域的表面上，以及后电极设置在固体电解质陶瓷区域的后表面上。通过对混合部烧制，该绝缘陶瓷区和混合区形成绝缘陶瓷区和混合区。从表面电极引出的表面布线设置在绝缘陶瓷区和混合区的表面上。从后电极引出的后布线设置在该绝缘陶瓷区和混合区的后表面上。

在根据本发明的气体传感器装置中，根据第七结构的复合陶瓷生基板包括在生气体传感器装置材料中。在通过对复合陶瓷生基板烧制得到的复合陶瓷层中，混合区(通过对混合部烧制得到的部分)设置在固体电解质陶瓷区(通过对固体电解质陶瓷基板部烧制得到)和绝缘陶瓷区(通过对绝缘陶瓷基板部烧制得到)之间。因此，由于烧制，在固体电解质陶瓷区和绝缘陶瓷区之间几乎不出现裂缝。这样，就能得到在该固体电解质陶瓷区和绝缘陶瓷区之间没有裂缝的可靠的气体传感器装置。

此外，在气体传感器装置中，固体电解质陶瓷区、绝缘陶瓷区和混合区形成为单个的复合陶瓷层.分别经由混合部的表面和后表面，利用表面导线和后导线，形成在固体电解质陶瓷区的表面电极和后电极引出到与固体电解质陶瓷区相邻的绝缘陶瓷区表面和后表面上.因此，不需要使固体电解质陶瓷区比需要的大或者形成复杂的通路导体等结构，这些导体例如为与该固体电解质陶瓷层绝缘的通路导体或者侧向导体.这样，气体传感器装置在导线结构中变得紧凑和简单.

此外，根据本发明的第十结构，一种气体传感器包括用于探测特殊气体的如第九结构的气体传感器装置。

在根据本发明的气体传感器中，由于使用上述气体传感器装置，就能得到紧凑和可靠的气体传感器。

为了解决上述问题，根据本发明的第十一结构，一种陶瓷烧结主体包括一个或者多个陶瓷层。至少一个陶瓷层为单一复合陶瓷层，该陶瓷层包括：包括第一陶瓷材料的第一区、包括在烧制特性上与第一陶瓷材料不同的第二陶瓷材料的第二区、以及位于第一和第二区之间，包括第一和第二材料混合物并其厚度两倍或者更多倍大的范围上的混合区。该第一区、混合区和第二区在所述陶瓷层扩展方向上彼此集成在一起。

在根据本发明的陶瓷烧结主体中，属于该陶瓷烧结主体的其中一个陶瓷层为包含在第一区和第二区之间的混合区的复合陶瓷层。在该混合区，在该层厚度至少两倍或者更多倍大的范围上，第一陶瓷材料和第二陶瓷材料混合。因此，尽管第一区和第二区由在烧制特性上不同的材料制成，但由于在第一和第二区之间具有混合区，因此，在烧制特性上的差异得到缓解。这样，在烧制中以及在烧制后，裂缝几乎不出现。这样就能得到可靠的陶瓷烧结主体，其中在该复合陶瓷层中没有裂缝或者几乎不出现裂缝。

如果第一和第二陶瓷材料在烧制特性上不同，效果良好。该第一和第二陶瓷材料通常在化学成分(例如氧化锆和氧化铝)上不同。然而，如果由于在颗粒尺寸、多孔性等方面不同导致在烧制特性上不同，则该第一和第二陶瓷材料可属于一种以及相同种类(例如两者都是氧化铝)。

另外，该陶瓷烧结主体可如下改型。即，优选的是，根据第十一结构的陶瓷烧结主体，该混合区设计成含在该混合部内的第一陶瓷材料的比率从靠近第一区侧到靠近第二区侧降低，同时含在该混合部内的第二陶瓷材料的比率相应地增加。根据这种陶瓷烧结主体，在烧制时烧制特性上的差异由于混合区的存在而得到缓解。这样，就能确保获得其中没有裂缝或者几乎不出现裂缝的可靠陶瓷烧结主体。

此外，优选的是，该陶瓷烧结主体如下改型。即，该混合区设计成由第一陶瓷材料制成部分的厚度从靠近第一区侧到靠近第二区侧降低，同时由第二陶瓷材料制成部分的厚度相应地增加。根据这种陶瓷烧结主体，就能确保获得其中没有裂缝或者几乎不出现裂缝的可靠陶瓷烧结主体。

可选择的是，根据第十一结构的陶瓷烧结主体最好设计成该第一陶瓷材料和第二陶瓷材料在混合区彼此成锯齿状。利用这种结构的陶瓷烧结主体，在第一陶瓷材料和第二陶瓷材料之间交界面没有形成简单形状，而是在该交界面上相互邻接具有复杂形状。这样，在该陶瓷烧结主体上几乎不出现裂缝。

此外，根据发明的第十二结构，根据第十一结构的陶瓷烧结主体可包括：包括由第一陶瓷材料的第一陶瓷层以及叠加到所述第一陶瓷层上并与之整体烧结的上述复合陶瓷层。在紧靠在第一陶瓷层上的复合陶瓷层的混合区部分上，该第一陶瓷材料在比第二陶瓷材料较宽的区域靠在第一陶瓷层上。

在这种方式中，可降低应力，从而由应力产生的裂缝也可得到抑制，其中该应力由在第一陶瓷层和复合陶瓷层之间或者特别在第一陶瓷层和复合陶瓷层混合区之间在烧制特性上差异而产生。

为了解决上述问题，根据发明的第十三结构，一种气体传感器装置包括一个或者多个陶瓷层。该陶瓷层中至少一个为复合陶瓷层，而该复合陶瓷层包括：包括固体电解质陶瓷材料的固体电解质陶瓷区、由烧制特性上与所述固体电解质陶瓷材料不同的绝缘陶瓷材料制成的绝缘陶瓷区以及位于固体电解质陶瓷区和绝缘陶瓷区之间、并在其厚度至少两倍大的范围上包括固体电解质陶瓷材料和绝缘陶瓷材料混合物的混合区。该固体电解质陶瓷区、该混合区和该绝缘区在该陶瓷层的扩展方向上彼此结合成一起。在该复合陶瓷层中，该固体电解质陶瓷区在其前表面上具有表面电极以及在其后表面上的后电极。电连接到所述表面电极的表面布线设置在复合陶瓷层的绝缘陶瓷区和混合区的表面上，同时电连接后电极的后布线设置在该绝缘陶瓷区和混合区的后表面上。

在根据本发明的气体传感器装置中，陶瓷层中至少一个为在固体电解质陶瓷区和绝缘陶瓷区之间具有混合区的复合陶瓷层。因此，在该复合陶瓷层中，由于在固体电解质陶瓷材料和绝缘陶瓷材料之间在烧制特性上不同，导致在烧制中以及烧制后几乎不出现裂缝。因此，就能得到其中在该复合陶瓷层中没有裂缝的可靠气体传感器装置。

此外，在至少一个陶瓷层中，固体电解质陶瓷区、绝缘陶瓷区和混合区形成为单个复合陶瓷层。表面电极和后电极设置在该固体电解质陶瓷区上，以及电连接到电极引出的表面布线和后布线设置在该混合区和绝缘区上。因此，就不必要使该固体电解质陶瓷区比需要的更大，或者形成例如与该固体电解质陶瓷层绝缘的通路导体或者侧向导体的复杂通路导体等结构。这样，该气体传感器装置在布线结构上变得复杂和简单。

由于在固体陶瓷材料和绝缘陶瓷材料之间烧结起始温度、烧结收缩率、热膨胀系数等上存在不同，导致两者在烧制特性上不同。

另外，优选的是，该气体传感器装置可如下改型。即，该混合区设计成含在该混合部内的固体电解质陶瓷材料的比率从靠近固体电解质陶瓷区侧到靠近绝缘陶瓷区侧降低，同时含在该混合部内的绝缘陶瓷材料的比率相应地增加。

此外，优选的是，该混合区设计成由固体电解质陶瓷材料制成部分的厚度从靠近固体电解质陶瓷区侧到靠近绝缘陶瓷区侧降低，同时由陶瓷材料制成部分的厚度相应地增加。

可选择的是，该混合区最好设计成该固体电解质陶瓷材料和该绝缘陶瓷材料彼此成锯齿状。在这些改型气体传感器装置中，裂缝几乎不出现。

此外，根据发明的第十四结构，根据第十三结构的气体传感器装置可设计成设置由绝缘陶瓷材料制成的绝缘陶瓷层以及叠加到该绝缘陶瓷层上并与之整体烧结的上述复合陶瓷层，同时在靠在该绝缘陶瓷层上的复合陶瓷层的混合区部分上，该绝缘陶瓷材料在比固体电解质陶瓷材料较宽的区域靠在该绝缘陶瓷层上。

在这种方式中，可降低应力，从而由这种应力产生的裂缝也可得到抑制，其中该应力由在绝缘陶瓷层和复合陶瓷层之间或者特别在绝缘陶瓷层和复合陶瓷层混合区之间在烧制特性上差异而产生。这样，能够抑制本来由于应力会造成的裂缝。

此外，根据本发明的第十五结构，根据第十四结构的气体传感器装置可设计进一步包括加热器布线，电流通过所述加热器布线加热固体电解质陶瓷区，其中绝缘陶瓷层把该复合陶瓷层与加热器布线电绝缘.

当该气体传感器装置具有加热器布线时，在该加热器布线流动的电流可经由该绝缘陶瓷层泄漏。该泄漏电流可对在固体电解质陶瓷区的表面电极和后电极之间产生的传感器输出施加影响。这样，就存在了对不能得到正确输出的担心。

相比之下，在根据本发明的气体传感器装置中，在该复合陶瓷层的混合区，其中绝缘陶瓷材料邻接该绝缘陶瓷材料的区域比其中固体电解质陶瓷材料邻接该绝缘层的区域较大。因此，泄露电流几乎不出现，从而降低了泄漏电流的影响。

此外，根据本发明的第十六结构，提供一种包括探测特殊气体的根据权利要求十三的任何一种气体传感器装置。

由于该气体传感器采用上述气体传感器装置，该气体传感器可在尺寸上更紧凑，在价格上更低廉。

为了解决上述问题，根据本发明的第十七结构，提供一种用于制造复合陶瓷生基板的方法，其中该基板构成单一基板，具有成条状多个彼此相邻的基板部。该方法包括：把第一浆液涂覆到带上，和在在宽度方向与第一浆液一定距离把第二浆液涂覆到带上，该第一浆液含有第一基板材料，该第二浆液含有与第一浆液不同成形性能的第二基板材料；将带上的第一浆液在带的宽度方向向第二浆液扩展，和在带的宽度上将第二浆液向第一浆液扩展，从而在该带上形成其中该第一浆液和该第二浆液混合的浆液混合部，其中由该第一基板材料制成的第一基板部和由该第二基板材料制成的第二基板部，经由混合部而彼此成为一体，其中该混合部设置在该第一基板部和该第二基板部之间，在其中该第一基板材料和该第二基板材料混合在该混合部。

首先，考虑在第一浆液和第二浆液之间基板形成特性上存在差异的情况。在这种情况中，当第一浆液和第二浆液同时平行浇注、从而形成其中第一基板部和第二基板部象条纹一样形成时，易于出现以下问题。也就是说，当第一和第二浆液通过干燥形成基板时，在基板形成中特性存在不同，该特性例如由于溶剂等蒸发导致收缩的程度。这样，在完成的生基板中的第一基板部和第二基板部之间的交界面上出现裂缝。

相比之下，在根据本发明的制造方法中，涂在该带上的第一和第二浆液通过如刮刀的调整元件刮边进行调整。这样，该第一和第二浆液在带的宽度方向上扩展，直到其施加厚度被调整。浆液混合部以这种方式形成。

结果，不管在第一和第二浆液被干燥并形成基板时两者之间基板形成特性上是否不同，在例如收缩程度等特性上不同通过该浆液混合部得到缓解。这样，阻止了在完成的生基板中第一基板部和第二基板部之间交界面上出现裂缝。

通过对浆液混合部干燥得到的混合部形成在该复合陶瓷生基板上。当不管在第一基板材料和第二基板材料之间烧制特性上是否不同烧制该复合陶瓷生基板时，由于该混合部的存在，有效阻止了可能由于在烧制特性上差异而在该第一基板部和第二基板部之间边界附近出现的裂缝。

基板形成特性是指，直到涂覆在带上浆液干燥形成生基板时，由于含在浆液中溶剂蒸发导致浆液(生基板)收缩时在浆液中出现的特性。

在基板形成特性中的差异是指，在两个相互比较的浆液之间在基板形成特性上的差异.例如，收缩率或者在收缩率上变化等基板形成特性上差异可能因下面因素产生，这些因素为在含在浆液中溶剂(水、酒精、有机溶剂等)之间在蒸发热、蒸发温度或者蒸发率上差异、含在浆液中陶瓷粉末之间材料、颗粒尺寸或者比表面面积上差异、含在浆液中粘接剂之间材料上差异.例如，当其中一种浆液更迅速干燥时，浆液收缩更早.此外，在特性上差异可由在浆液之间含有溶剂、陶瓷粉末和在浆液之间粘接剂的成分比上差异而产生.

附图说明

图1为示出了用于制造根据实施例1复合陶瓷生基板的基板制造设备(唇形涂覆器)主要部分的结构的说明图，其中该图示出了在垂直于该辊子方向(纵向)的断面。

图2为示出了图1所示基板制造设备(唇形涂覆器)主要部分结构的说明图，其中该图示出了沿着与棍子轴线平行的方向(带宽度方向)的剖面面。

图3为示出了用于图1中基板制造设备(唇形涂覆器)隔离元件形状的说明图。

图4为示出了当浆液供应到图1和2中基板制造设备(唇形涂覆器)上时浆液特性的说明图。

图5为示出了形成在带上复合陶瓷生基板的说明图。

图6为示出了根据实施例1的复合陶瓷生基板的剖面结构。

图7为示出了根据改型1的复合陶瓷生基板的剖面结构。

图8为示出了根据用于图1中基板制造设备(唇形涂覆器)中改型2隔离元件另外形状的说明图。

图9为示出了根据改型2的复合陶瓷生基板的剖面结构。

图10为示出了利用背景技术陶瓷生基板的气体传感器结构实例的说明图。

图11为示出了利用根据实施例1的上述复合陶瓷生基板改型2的气体传感器装置结构的说明图。

图12为示出了利用根据实施例1的上述复合陶瓷生基板改型3的气体传感器装置另外结构的说明图。

图13为示出了利用图12或者14所示气体传感器装置的一种形式气体传感器的实例的说明图。

图14为示出了利用根据实施例1的上述复合陶瓷生基板的改型3的气体传感器装置另外结构的说明图。

参考数字和符号描述

10基板制造设备(唇形涂覆器)

16头体

18刮板边缘部

19边缘

20罩

22第一贮液腔

28、28A、28B、28C、28D、28E浆液出口

42、42A、42B、42C、42D、42E第二贮液腔

44、441、442、443混合空间

50、501、502、503、504、150隔离元件

52、521、522、523、524、152前端面(隔离元件的)

W带

1第一浆液

2第二浆液

3第一基板材料

4第二基板材料

5氧化铝陶瓷材料

6氧化锆固体电解质陶瓷材料

7致密氧化铝陶瓷材料

8多孔氧化铝陶瓷材料

CG、CG1、CG2、CG3复合陶瓷生基板

BS、CS交界面

SL隔离部分

SN混部分

R1、R11、R12、R13氧化铝基板部(第一基板部、绝缘陶瓷基板部)

R2、R21、R22氧化锆基板部(第二基板部、固体电解质陶瓷基板部)

RM、RM1、RM2、RM3、RM4混合部

ST1、ST2、ST3基板厚度

SMW1、SMW2、SMW3混合范围

GS、100、200、400气体传感装置(陶瓷烧结主体)

FC1、FC2、FC3、101、111、201、211、401复合陶瓷层

C1氧化铝区(第一陶瓷区、绝缘陶瓷区)

C2氧化锆区(第二陶瓷区域，固体电解质陶瓷区域)

CM混合区

CA1致密氧化铝区(第一陶瓷区)

CA2多孔氧化铝区(第二陶瓷区)

CAM混合区(致密氧化铝和多孔氧化铝)

106、206、236、406通孔

221、231氧化铝层

121、122、124、241、242、251电极层

121A、241A电极部(表面电极)

124A、251A电极部(后电极)

121B、241B焊盘部(表面导线)

124B、241B焊盘部(后导线)

121C、241C布线部(表面导线)

124C、251C布线部(后导线)

123、223、237、423通路导体

280、480气体传感器装置部

290加热器部

300气体传感器

311金属壳体

341保护器

351金属外壳

357嵌入部

361导线

371端子单元

372金属端子

373隔离器

381垫圈

发明的详细描述

(实施例1)

下面参照图1-6来描述发明的第一实施例。首先，对根据发明的复合陶瓷生基板CG的制造进行描述。在本实施例中，对其中参照图1-4描述的唇形涂覆器型基板制造设备10用于制造复合陶瓷生基板CG1的情况进行描述。该基板制造设备10把如条形的第一浆液1和2涂在长带状带W上，其中该长带状带W通过辊子12的旋转在图1中箭头所示的方向(顺时针)进给，同时该设备10并对涂覆的第一和第二浆液1和2进行干燥。这样，制造出复合陶瓷生基板CG(复合陶瓷生基板CG1)。

具有表1中所示成分的浆液用于第一和第二浆液1和2。也就是说，该第一浆液1包含加有少量氧化锆的氧化铝陶瓷材料作为其陶瓷材料。另一方面，该第二浆液2含有具有氧化锆作为其主要成分并加有20％重量比氧化铝的氧化锆固体电解质陶瓷材料，作为其陶瓷材料。

该第一浆液1由于具有加在其中的极少量红绕丹宁作为染色剂，因此看起来是粉红色的。另一方面，该第二浆液2看起来是白色的。当后面将描述的该复合陶瓷层被烧结时，该绕丹宁分解、烧制、气化。这样，该绕丹宁在烧结后在氧化铝陶瓷区域中没有存在。

(表1)

制备的原材料	第一浆液	第二浆液
			氧化铝粉末	97.0	20.0
氧化锆(含有Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)粉末	3.0	80.0
			尿烷树脂水基乳状液	20.0	15.0
增塑剂	2.0	1.0

制备的原材料	第一浆液	第二浆液
			分散剂	0.2	0.2
染色剂(绕丹宁)	10-4	---
			防泡沫剂	0.2	0.2
水	56	37.5

每100份重量陶瓷

在基板制造设备10中，用于把第一和第二浆液1和2涂在带W上的喷头14具有头体16、罩20和壁元件40。该罩20位于头体16的上游侧(在图1中的右侧)，从而在罩20和头体16之间形成第一贮液腔22。该壁元件40放置在罩20和带W之间，从而在头体16的刮板边缘部18的上游侧(在图1中的右侧)形成第二贮液腔42。在头体16中，在刮板边缘部18的边缘处边缘19和带W之间的距离调节成涂覆在该带带上每种浆液(第一或者第二浆液)的涂覆厚度(也就是说在干燥后涂覆厚度)可进行调节。

经由管道30压力抽吸的浆液经由浆液喷射路径24注射到该第一贮液腔22内。另外，注射的浆液通过浆液输出路径26，并经由浆液出口28注射到该第二贮液腔42并进入到该边缘19。

施加在该浆液上的压力由固定在该壁元件40上的压力传感器46测量。该压力控制成恒定，从而该浆液的涂覆厚度变成恒定。

至于每个第一贮液腔22和第二贮液腔42的数量，在通常基板制造设备中，一个就足够了。然而，在实施例1中，如图5所示，制造其中第一浆液1和2交替布置的条形复合陶瓷生基板CG1。为此，在该基板制造设备10中，除了侧壁元件58和59(见图2)外，四个隔离元件50(501、502、503和504)以一定间隔在带W宽度方向(在图2中左/右方向或者垂直于图1中纸张方向)布置，用于限定该陶瓷生基板的整个宽度。因此，该第二贮液腔42隔离成五个腔。另一方面，尽管没有具体示出第一贮液腔22，但该第一贮液腔22也由该罩20隔离成五个腔。在第二贮液腔42中，如图2所示，形成了五个第二贮液腔42A、42B、42C、42D和42E。另外，浆液出口28A、28B、28C、28D和28E分别向第二贮液腔42A等敞开。

另外，如图2所示，由压力泵33送入第一浆液1的第一管道31分成三支。另一方面，经由压力泵34送进第二浆液2的第二管道32分成两支。管道31和32的这些分支交替布置，从而第一浆液1经由第一贮液腔注射到该五个第二贮液腔中的第二贮液腔42A、42C和42E，同时第二浆液2同样注射到第二贮液腔42B和42D。也就是说，充满该第一浆液1的第二贮液腔42A、42C和42E和充满第二浆液2的第二贮液腔42B和42D交替布置。

如图3所示，每个隔离元件50(501、502、503、504)具有带相对表面55(551、552、553、554)、第一侧表面53(531、532、533、534)和第二侧表面54(541、542、543、544).该带相对表面55与该带W接触或者以微小距离而相对.该第一和第二侧表面53和54朝向带W的宽度方向(在图2中左/右方向).另外，在带相对表面55的下游侧(在图3中左下侧或者在图2中上侧)，该隔离元件50具有与带相对表面55以直角相交的前端表面52.参见图1，该前端表面52位于该刮板边缘部18的边缘19的上游侧(在图1中的左侧或者在图2中的下侧)，以使其更容易理解.

因此，其中在带W宽度方向上没有间隔元件的混合空间44形成在隔离元件50(501等)的前端表面52(521等)和图1所示边缘19之间。

如图4所示，以图4中箭头所示经过该浆液输出路径26并从浆液出口28注射到该第二贮液腔42内的第一浆液1或者第二浆液2朝边缘19移动。在这里，在图4中虚线所示的隔离元件50的前端表面52上游侧(在图4中的右侧)的隔离段SL，注射到该第二贮液腔42内的浆液没有与注射到任何相邻第二贮液腔内的浆液混合，而是与之分离。

然而，在前端表面52下游侧(在图4中的左侧)上的混合区段SN，没有隔离元件50。因此，每种浆液不仅向左侧前进，而且也向垂直于图4中纸张深侧上或者近侧的混合空间44前进。这样，注射到第二贮液腔相邻之一内的浆液彼此混合。此外，浆液作为复合陶瓷生基板CG涂覆到带W上，同时通过边19在它们的涂覆厚度上受到限制。然后，以公知方式干燥浆液。这样，完成了复合陶瓷生基板CG。

如图5所示，如此形成的复合陶瓷生基板CG(复合陶瓷生基板CG1)为有条纹的复合陶瓷生基板CG，其中由氧化铝陶瓷材料制成的氧化铝基板部R1(R11、R12和R13)和由氧化锆固体电解质陶瓷材料制成的氧化锆基板部R2(R21和R22)交替布置在垂直于厚度方向的扩展方向。此外，混合部RM(RM1、RM2、RM3、RM4)象带子一样放在每个氧化铝基板部R1和每个氧化锆基板部R2之间，其中在该混合部RM中，形成氧化铝基板部R1的第一基板材料3和形成氧化锆基板部R2的第二基板材料4混合一起。

每个第一或者第二基板材料3或者4为这样的材料，其中在膜形成时通过干燥去除的溶剂量已经从第一或者第二浆液1或者2中除去。具体地说，该材料为其中水已经从该第一或者第二浆液1或者2中去除的成分，其中该成分主要包含陶瓷材料、粘接剂和染色剂，并还含有少量水。

例如，该混合部RM具有图6中所示的形式。也就是说，在氧化铝基板部R1和氧化锆基板部R2之间的混合部RM中，在第一和第二基板材料3和4之间的BS相对于厚度方向(在图6中的上/下方向)倾斜。因此，在从靠近氧化铝基板部R1侧(图6中的左侧)朝靠近氧化锆基板部R2侧(图6中右侧)，由第一基板材料3制成部分的厚度减小，同时由第二基板材料4制成部分的厚度增加。此外，在复合陶瓷生基板CG1中，优选的是，该混合部RM的混合范围SMW1为基板复合陶瓷生基板CG1的厚度ST1(例如0.20mm)两或者更多倍，更优选的是，三倍或者更多倍，最优选的是五倍或者更多倍(例如1.0mm或者更多)。

该第一和第二浆液1和2为高粘度浆液。这样，就不能认为的是，当干燥时，以极大规模在混合部RM上，在边缘19外涂覆在带W上的第一和第二浆液1和2彼此混合在一起。因此，可以认为，当第一和第二浆液1和2已经在该混合空间44内混合并越过该边缘19而涂覆在带W上时，除了由于干燥导致厚度减少外，该第一和第二浆液1和2大致以图6中形式混合。

在这种方式中，在实施例1中，当相邻布置的该第一浆液1和第二浆液2以复合陶瓷生基板CG1布置时具有下面的优点。

也就是说，涂覆在该带W上的第一和第二浆液1和2干燥成生基板.在这种情况下，溶剂(在实施例1中的水)蒸发，从而该基板在厚度方向上变薄(收缩)，并也在平面方向上(沿着带W)收缩.然而，在第一浆液1和2之间，在含有的溶剂(水)比率或含有陶瓷材料种类方面存在不同，同时在干燥时收缩率上也有不同.也就是说，当第一和第二浆液1和2形成基板时，该第一和第二浆液1和2的特性彼此不同.

因此，当第一和第二浆液1和2彼此简单相邻时，也就是说，当在第一和第二浆液1和2之间的交界面(在第一和第二基板材料3和4之间的交界面BS)大致在基板厚度方向取向时，由于在干燥收缩时在特性上不同，导致沿着交界面易于出现象撕裂(裂痕)的裂缝。

另一方面，在上述复合陶瓷生基板CG1中，在混合部RM(RM1等)上，第一和第二基板材料3和4以厚度ST1两倍或者更多倍混合在混合范围SMW1上。因此，即使在第一和第二浆液1和2之间基板形成中在特性上存在着不同，则该特性上不同也可得到缓解。这样，就能得到可靠的复合陶瓷生基板CG1，其中该混合部RM抑制了裂缝的出现。

另外，通过使复合陶瓷生基板CG1烧制，形成了复合陶瓷层FC1。在这种情况下，该第一基板材料3形成氧化铝陶瓷材料5，第二基板材料4形成氧化锆固体电解质陶瓷材料6，氧化铝基板部R1形成氧化铝区域C1，氧化锆基板部R2形成氧化锆区C2，以及混合部RM形成混合区CM。此外在该烧结中，在复合陶瓷生基板CG1中当每个混合部RM的混合范围SMW1为厚度ST1的两倍或者更多倍大时，具有如下优点。

也就是说，当复合陶瓷生基板CG1烧制时，在第一和第二基板材料3和4中出现烧制收缩。这样，在厚度方向上每个基板材料3、4变薄(收缩)并也在平面方向上收缩。然而，在第一和第二基板材料3和4之间在含有陶瓷材料的化学成分(氧化铝材料和氧化锆固体电解质陶瓷材料)、含的粘合剂等数量、烧结起始温度、烧结时收缩率、在烧结后通过热膨胀系数导致的热收缩等等方面存在不同。也就是说，第一和第二基本材料3和4在它们烧结时在其烧制特性方面彼此不同。

因此，当第一和第二基板材料3和4彼此简单地抵靠时，也就是说，当在第一和第二基板材料3和4之间的交界面大致在基板厚度方向取向时，出现如下问题。即，在烧制时，由于当复合陶瓷生基板烧结时在烧制特性上存在差异，从而在该烧结的复合陶瓷层中，在氧化铝陶瓷材料5和氧化锆固体电解质陶瓷材料6之间的交界面CS上或者沿着该交界面CS，可能出现裂缝。另外，在烧制后即使没有马上出现裂缝，由于微小应力存在，则在该交界面上CS或者沿着该交界面也容易出现裂缝。这被认为是由于在烧制时在氧化铝陶瓷材料和氧化锆固体电解质陶瓷材料之间出现剩余应力而导致。

另一方面，在上述复合陶瓷生基板CG1中，该第一和第二基板材料3和4以在混合部RM上厚度ST1两倍或者更多倍大而混合在混合范围SMW1上。因此，即使在第一和第二基板材料3和4之间烧制特性上存在差异，则也能确保形成没有裂缝的复合陶瓷层FC1。这是由于烧制特性差异可因该混合部RM(混合区CM)存在而得到缓解。另外，由于该混合区CM的存在，就能得到其中不管应力是否存在而几乎不可能出现裂缝的可靠复合陶瓷层FC1。该混合范围SMW1可能比厚度ST1大三倍或者更多倍，特别是五倍或者更多倍。在这种情况下，在烧制特性上差异更被缓解，从而能得到更可靠的其中几乎不能出现裂缝的复合陶瓷层FC1。

实施例1也可如下描述.氧化铝和氧化锆在烧结温度、热膨胀系数等方面具有彼此不同的特性，同时在烧制时氧化铝和氧化锆陶瓷成分在烧制特性上也不同.然而，在该复合陶瓷生基板CG1中，对于作为第一基板材料3的陶瓷成分(氧化铝和氧化锆.参见表1中第一浆液范围)主要成分的氧化铝，在该混合部RM中氧化铝对陶瓷成分比低于在第一基板部分3中氧化铝对陶瓷成分比(97重量百分比).另一方面，对于作为第二基板材料4陶瓷成分主要成分的氧化锆(氧化锆和氧化铝.参见表1中第二浆液范围)，在该混合部RM中氧化锆对陶瓷成分比低于在第二基板部分4中氧化锆对陶瓷成分比(80重量百分比).

因此，当复合陶瓷生基板CG1烧制时，对于烧制特性，从陶瓷成分点来说，该混合部RM表现出在第一和第二基板材料3和4之间的中间烧制特性。这样，该混合部RM缓解了由于在第一和第二基板材料3和4之间烧制特性不同而导致出现的应力，从而能得到其中裂缝等几乎不出现的复合陶瓷层FC1。

此外，在实施例中，如上所述，采用粉红色的第一浆液。因此，不仅通过其色调能够把第一浆液1从第二浆液2中区别开来，而且也能通过在实施例1中复合陶瓷生基板CG1中色调，很容易把粉红色第一基板材料3与白色第二基板材料中区别开来。这样，在氧化铝基板部R1和氧化锆基板部R2之间，基板部及其边界(混合部RM)可容易区分，从而该复合陶瓷生基板CG1可容易处理。此外，还具有另一个优点，即在该混合部RM中第一浆液1(第一基板材料3)和第二浆液2(第二基板材料4)的状态(参见图6、7和9)可容易知道。

(改型1)

另外，根据在混合部RM中第一和第二基板材料3和4另外混合形式(或者在该混合区CM中氧化铝陶瓷材料5和氧化锆固体电解质陶瓷材料6的另外混合形式)，该交界面BS(CS)可形成为如在图7中所示断面S形状的锯齿形状。此外在这种情况下，在复合陶瓷生基板CG2中，该混合部RM的混合范围SMW2是基板复合陶瓷生基板CG2中厚度ST2的两倍或者更多倍大。

通过这种方式，在混合部RM中，阻止了在复合陶瓷生基板CG2中出现裂缝。可以认为，这是由于在第一和第二基板材料3和4之间的交界面BS确保成较大，从而在两者之间基板形成特性上的差异由于具有较大交界面BS而得到缓解。

此外，在混合区CM中，可以认为，在通过烧制复合陶瓷生基板CG2得到的复合陶瓷层FC2中，阻止了裂缝的发生。可以认为，这是由于在这是由于在氧化铝陶瓷材料5和氧化锆固体电解质陶瓷材料6之间的交界面CS确保成较大，从而在两者之间烧制特性上的差异由于具有较大交界面CS而得到缓解。

如图7所示，为了在复合陶瓷生基板CG2中形成混合部RM，当实施例1中所示的基板制造装置10用于把第一和第二浆液1和2涂覆到带W上时，第一和第二浆液1和2的粘度以及第一和第二浆液1和2从相应管道中通过压力抽吸的压力大小被适当地设定。也就是说，在基板制造设备10中，通过调节第一和第二浆液1和2的粘度、第一浆液和第二浆液1、2被通过压力抽吸的压力大小等等，可选择图6所示复合陶瓷生基板CG1的形式或者图7所示复合陶瓷生基板CG2的形式。

(改型2)

另外，图8中所示的隔离元件150可代替在上述10中每个隔离元件50而使用.当通过采用隔离元件150来调节第一和第二浆液1和2的粘度或者该第一和第二浆液1和2被通过压力抽吸的压力时，就能制造图9中所示的复合陶瓷生基板CG3.原因如下：也就是说，由于在每个隔离元件150的第一侧表面153和第二侧表面154上形成的V形槽156和157，则在沿着第一侧表面153和第二侧表面154流动的第一和第二浆液1和2流中，出现扰动或者涡流.因此，该第一和第二浆液1和2在该混合空间44内不规则地混合，从而在两者之间的交界面BS被扰动.

在复合陶瓷生基板CG3中，在每个混合部RM，该第一和第二基板材料3和4成为锯齿状。更具体地说，第一和第二基板材料3和4彼此成为锯齿状，从而在断面上形成大理石图案。同样在这种情况下，该混合部RM的混合范围SMW3是复合陶瓷生基板CG3厚度ST3两倍或者更多倍大。

在这种方式中，在混合部RM，在复合陶瓷生基板CG3中可阻止裂缝发生。可以认为，这是由于在第一和第二基板材料3和4之间复杂锯齿交界面BS确保其区域如此大，以致于在这两者之间基板形成特性上差异由于该较大交界面BS而得到缓解。

此外，在混合区CM中，可以认为，在通过烧制复合陶瓷生基板CG3得到的复合陶瓷层FC3中，阻止了裂缝发生。应当认为的是，这是由于在氧化铝陶瓷材料5和氧化锆固体电解质陶瓷材料6之间复杂锯齿交界面CS确保其区域特别大，以致于在这两者之间烧制特性上的差异由于该较大交界面CS而得到缓解。

接着，利用根据如上所述实施例1(或者改型1或2)的复合陶瓷生基板CG1来制造气体传感器装置(陶瓷烧结体)100(参见图11)。

(背景技术实例)

在描述气体传感器装置100前，将参照图10来描述背景技术气体传感装置GS的结构。该气体传感装置GS为主要由氧化锆固体电解质陶瓷材料制成的第一和第二氧化锆固体电解质层Z1和Z2组成的气体传感器装置。其中第一氧化锆固体电解质层Z1(在下文中简单地称为“层Z1”)具有探测气体的固体电解质的功能。另一方面，该第二氧化锆固体电解质层Z2用于层Z1的增强。

通孔ZTH1形成在该第一氧化锆固体电解质层Z1上。第一氧化铝绝缘涂层AL1位于层Z1的表面上(在图10中的上表面)Z1b上。该第一氧化铝绝缘涂层AL1是通过共同烧制涂覆在该表面Z1b上的氧化铝浆液而形成。在该第一氧化铝绝缘涂层AL1中，通孔ATH1形成在与通孔ZTH1对应的位置上，而矩形电极窗口AH1形成在前端侧(图10中右侧)上。

在同样方式中，同样在第一氧化锆固体电解质层Z1的后表面(图10中下表面)上，布置第二氧化铝绝缘涂层AL2。该第二氧化铝绝缘涂层AL2通过使涂覆在该表面Z1c上的氧化铝浆液共同烧制而形成。同样在该第二氧化铝绝缘涂层AL2中，通孔ATH2形成在与通孔ZTH1对应的位置上，而矩形电极窗口AH2形成在前端侧(图10中右侧)上。

另外，通过涂覆到其上的铂膏共同烧结，由铂成的该第一和第二电极层EL1和EL2形成在该第一氧化铝绝缘涂层AL1上。由铂制成的第四电极EL4同样形成在该第二氧化铝绝缘涂层AL2下面。

其中该第一电极层EL1在其前端部具有较宽矩形电极部EL1A。该电极部EL1A经由第一氧化铝绝缘涂层AL1的电极窗口AH1与第一氧化锆固体电解质层Z1的表面Z1b直接接触。另一方面，在第一电极层EL1中，其中第一氧化铝绝缘涂层AL1放置在第一电极层EL1和第一氧化锆固体电解质层Z1之间的部分与该第一氧化锆固体电解质层Z1绝缘。另外，略微宽的焊盘部EL1B用作把气体传感装置GS的输出传递到外部的电极焊盘部。该电极部EL1A和焊盘部EL1B经由略窄布线部EL1C连接。

在同样方式中，该第四电极层EL4在其前端部具有较宽矩形电极部EL4A.该电极部EL4A经由第二氧化铝绝缘涂层AL2的电极窗口AH2与第一氧化锆固体电解质层Z1的后表面Z1c直接接触.第四电极层EL4的电极部EL4A与第一电极层EL1的电极部EL1A相对.另一方面，在第四电极层EL4中，其中第二氧化铝绝缘涂层AL2放置在第四电极层EL4和第一氧化锆固体电解质层Z1之间的部分与该第一氧化锆固体电解质层Z1绝缘.另外，略微宽的焊盘部EL4B用作电极焊盘部.该电极部EL4A和焊盘部EL4B经由略窄布线部EL4C而连接.

另外，该第二电极层EL2几乎具有与该第一电极层EL1的焊盘部EL1B相同的形状。该第二电极层EL2经由在第一氧化锆固体电解质层Z1的通孔ZTH1中的圆柱形通孔电极层EL3，与第四电极层EL4的焊盘部EL4B导电连接。该通孔电极层EL3与第二电极层EL2同时形成。

该第一氧化锆固体电解质层Z1为具有离子导电性的固体电极。这样，为了使电极层EL3与该第一氧化锆固体电解质层Z1绝缘，氧化铝绝缘通孔层AL4通过烧制涂覆在该通孔ZTH1内壁表面上的氧化铝浆液而形成。该通孔电极层EL3形成在氧化铝绝缘通孔层AL4的内侧。

另外，加强第二氧化锆固体电解质层Z2设置在第四电极层EL4下面。

通过这样方式，在背景技术的气体传感器装置中，可通过利用氧化锆固体电解质的离子导电性探测气体。然而，由于利用由单一陶瓷材料(也就是说，氧化锆固体电解质陶瓷材料)制成的陶瓷层(在本实例中的层Z1)，除了电极部EL1A和EL4A以外的任何其他部分必须利用第一氧化铝绝缘涂层AL1和第二氧化铝绝缘涂层AL2绝缘，从而引导该第一和第四电极层LE1和EL4。这样，结构和制造过程一定很复杂。

另外，同样在层Z1的通孔ZTH1中，该通孔电极层EL3形成在用于绝缘的氧化铝绝缘通孔层AL4内部。因此，同样从这方面看，结构和制造过程也一定复杂。

同时，为了确保在通孔电极层EL3和层Z1之间的绝缘，氧化铝绝缘通孔层AL4必须牢固地形成，同时通孔电极层EL3不得不形成在该氧化铝绝缘通孔层AL4内部。为此，不可避免地增加了通孔ZTH1的直径。这成为使气体传感器装置小型化的障碍。

(实施例2)

相比之下，图11中所示的气体传感器装置100以很容易理解的简单结构小型化。下面将描述该气体传感器装置100。

该气体传感器装置100为主要由复合陶瓷层101和111组成，其中该复合陶瓷层101和111每个均由氧化铝陶瓷材料5和氧化锆固体电解质陶瓷材料6的组合制成。其中第一复合陶瓷层100的氧化锆固体电解质陶瓷材料6(氧化锆区域C2)具有探测气体的固体电解质功能。另一方面，该第二复合陶瓷层111用于增强该复合陶瓷层101。

该第一复合陶瓷层101由上述根据实施例1的复合陶瓷生基板CG1形成.该复合陶瓷层101分成由氧化铝陶瓷材料5制成的氧化铝区C1、由氧化锆固体电解质陶瓷材料6制成的氧化锆区C2和放置在该氧化铝区C1和氧化锆区C2之间的混合区CM.在该混合区CM中，该氧化铝陶瓷材料5和氧化锆固体电解质陶瓷材料6混合.在这些区域中，该氧化铝区C1具有通孔106.在该通孔106内，通过对填充到该通孔106内的铂膏进行烧制形成由铂制成的通路导体123.另外，与如上所述背景技术实例不同的是，由铂制成的第一、第二和第四电极层121、122和124形成在复合陶瓷层101的表面和后表面101b和101c，同时不形成任何氧化铝绝缘涂层.该第一、第二和第四电极层121、122和124通过对涂覆在表面和后表面101B和101C上的铂膏共同烧结而形成.

在这些电极层中，该第一电极层121在其前端部具有较宽矩形电极部121A。该电极部121A与第一复合陶瓷层101的氧化锆区C2直接接触。另一方面，在该第一电极层121中，至少在该氧化铝区C1的表面位置，具体地说在焊盘部124B，在该电极部124A基端侧(在图11中的左侧)抽出的部分与氧化锆固体电解质陶瓷材料6绝缘。该焊盘部121B用作把气体传感器装置100的输出传递到外部的电极焊盘部。该电极部121A和焊盘121B经由略窄的布线部121C连接。

在这种方式中，该第四电极层124在其前端部具有较宽矩形电极部124A。该电极部124A与第一复合陶瓷层101的氧化锆区C2直接接触。另一方面，在该第四电极层124中，至少在该氧化铝区C1的后表面位置，具体地说在焊盘部124B，在该电极部121A基端侧(在图11中的左侧)抽出的部分与氧化锆固体电解质陶瓷材料6绝缘。该焊盘部121B用作经由通路导体123连接到第二电极层122的电极焊盘部。下面将描述该第二电极层122。该电极部124A和焊盘124B经由略窄的布线部124C连接。

另外，该第二电极层122具有与该第一电极层121的焊盘部121B几乎相同的形状。该第二电极层122与复合陶瓷层101的氧化铝区C1表面接触，并经由该通路导体123与该第四电极层124的焊盘部124B导电连接。

与上述背景技术实例不同的是，不需要形成氧化铝绝缘通孔层，从而把通路导体123与该氧化锆固体电解质陶瓷材料6绝缘。这是由于通孔106形成在绝缘的氧化铝区C1上。

此外，增强第二复合陶瓷层111设置在第四电极层124下面。

在这种方式中，在根据实施例2的气体传感器装置100中，由于采用了复合陶瓷层101，从而可利用氧化锆固体电解质的离子导电性来探测气体。另外，不需要形成任何氧化铝绝缘涂层，以引导第一和第四电极层121和124。这样，结构和制造过程两者均得到简化。

此外，由于不需要在通路导体123和氧化锆固体电解质陶瓷材料之间形成绝缘，就不需要形成任何氧化铝绝缘通孔层。这样，结构和制造过程两者均得到简化。

另外，由于不需要形成任何氧化铝绝缘通孔层，该通孔106的直径变小。这样，有利于气体传感器装置小型化。

实际上，通过图10和图11之间比较可以理解，根据实施例2的气体传感器装置100可大比例地小型化。

此外，在根据实施例2的气体传感器装置100中，每个第一、第二附和陶瓷层101、111在该氧化铝区C1和氧化锆区C2之间具有混合区CM。该混合区CM具有比层厚度大两倍或者更多的宽度。更具体地说，该混合区CM设置在氧化铝区C1和氧化锆区C2之间。在与复合陶瓷层101、111纵向平行以及沿着厚度方向剖面观察，该混合区CM具有比每个复合陶瓷层101、111厚度大两倍或者更多倍的范围(混合范围)。因此，在通过共同烧制制造该气体传感器装置100过程中以及之后，在该复合陶瓷层101和111中几乎不出现裂缝。这样，该气体传感器装置100变得可靠。

在实施例2中，象实施例1(参见图6)中所示的那样，具有混合区CM的两个复合陶瓷层101和111彼此在另一个顶部上使用，而其中在每个混合区CM，在两种陶瓷材料之间的交界面CS相对于每层厚度方向彼此倾斜地交叉.在这种情况下，交界面CS的方向可如图11所示进行选择.也就是说，当两个复合陶瓷层101和111在彼此靠着放时，由一种以及相同陶瓷材料制成的部分可在尽可能长的范围上(在尽可能宽的区域)彼此抵靠一起.具体地说，在本实施例中，为复合陶瓷层101选择其中交界面CS从图11中左到右移动时向上移动的混合区CM的形式.另一方面，为第二复合陶瓷层111选择其中交界面CS当从图11中左到右移动时向下移动的混合区CM的形式.

根据实施例2的气体传感器装置100可如下制造。也就是说，制备两个复合陶瓷生基板，同时通孔106形成在该生基板中之一上。另外，通孔106中填充有铂膏，并且利用铂膏，第一、第二和第四电极印制在生基板的表面和后表面上。此外，其他复合陶瓷生基板叠加并共同烧制。这样，可得到该气体传感器装置100。

(实施例3)

可选择的是，可根据前面描述的实施例1或者改型1、2来利用复合陶瓷生基板CG1等制造以下气体传感器装置(陶瓷烧结主体)200(参见图12)。

根据实施例3的气体传感器装置200具有第一和第二复合陶瓷层201和211。其中该第一复合陶瓷层201由氧化铝区C1、氧化锆区C2和其中氧化铝陶瓷材料5和氧化锆固体电解质陶瓷材料6混合的混合区CM组成。也就是说，采用并烧结根据实施例1或者改型1或者2的复合陶瓷生基板。

另一方面，该第二复合陶瓷层211由致密氧化铝区CA1、多孔氧化铝区CA2和其中致密氧化铝陶瓷材料7和多孔氧化铝陶瓷材料8混合的混合区CAM组成。也就是说，以与实施例1或者实施例2中相同方式，复合陶瓷生基板由表2中两种浆液制造。对该复合陶瓷生基板进行烧结。参照表2可容易地理解，作为多孔剂(porosifier)的碳粉混合到第二浆液中，以形成多孔氧化铝区CA2。在烧制时，该碳粉烧制并气化，从而形成具有氧化铝骨架的多孔氧化铝区CA2。

(表2)

制备的原材料	第一浆液	第二浆液
			氧化铝粉末	97.0	97.0
氧化锆(含有Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)粉末	3.0	3.0
			尿烷树脂水基乳状液	20.0	25.0
增塑剂	2.0	2.5
			分散剂	0.2	0.2
染色剂(绕丹宁)	10-4	---
			防沫剂	0.2	0.2
水	56	92.0

每100份重量陶瓷

图12中所示的气体传感器装置200为带有加热器的气体传感器装置。在与背景技术实例(参见图10)比较中可知，传感器装置每个部件均具有比背景技术更简单的结构。下面将描述气体传感器装置200。

如上所述，该气体传感器装置200大致由用作气体传感器的气体传感器装置部280和用于对该气体传感器装置部280的氧化锆固体电解质陶瓷材料进行加热的加热器部290构成。

其中该气体传感器装置部280主要由第一复合陶瓷层201组成，而该第一复合陶瓷层201由氧化铝陶瓷材料5和氧化锆固体电解质陶瓷材料6制成。该第一复合陶瓷层201由氧化铝陶瓷材料5制成的氧化铝区C1、通过氧化锆固体电解质陶瓷材料6制成的氧化锆区C2和放置在该氧化铝区C1和氧化锆区C2之间的混合区CM组成，其中氧化铝陶瓷材料5和氧化锆固体电解质陶瓷材料6在该混合区CM混合。其中，氧化锆区C2(氧化锆固体电解质陶瓷材料6)具有用于探测气体的固体电解质功能。

另外，该气体传感器装置部280包括第二复合陶瓷层211。该第二复合陶瓷层211由以下组成：由与氧化铝陶瓷材料5相同的致密氧化铝陶瓷材料7制成的致密氧化铝区CA1、由多孔氧化铝陶瓷材料8制成的多孔氧化铝区CA2和放置在致密氧化铝区CA1和多孔氧化铝区CA2之间并在其中致密氧化铝陶瓷材料7和多孔氧化铝陶瓷材料8混合的混合区CAM。

在该第二复合陶瓷层211中，该致密氧化铝区CA1主要用来增强第一复合陶瓷层201，同时该多孔氧化铝区CA2用来确保在下面说明的氧化锆区C2表面和电极部241A(将在后面描述)上的气体循环，同时用于使这些区域避免如磷、硅等有毒物质侵害的化学保护。

该第一复合陶瓷层201由上述根据实施例1的复合陶瓷生基板CG1形成。通孔206形成在该氧化铝区C1上。在该通孔206内部，通过使填充在该通孔206内的铂膏烧制而形成由铂制成的通路导体223。另外，在与实施例2(参见图11)相同的方式中以及与前面描述的背景技术实例(参见图10)不同的是，由铂制成的第一、第二和第四电极层241、242和251形成在第一复合陶瓷层201的表面和后表面上，而不形成任何的氧化铝绝缘涂层。该第一、第二和第四电极层241、242和251通过使涂覆在表面和后表面201b和201c上的铂膏共同烧结而形成。

在这些电极层中，该第一电极层241在其前端部具有较宽矩形电极部241A。该电极部241A与第一复合陶瓷层201的氧化锆区C2表面直接接触。另一方面，在该第一电极层241中，至少在该氧化铝区C1的表面位置，具体地说在焊盘部241B，在该电极部121A基端侧(在图12中的左侧)引出的部分与氧化锆固体电解质陶瓷材料6绝缘。该焊盘部241B用作把气体传感器装置200的输出传递到外部的电极焊盘部。该电极部241A和焊盘部241B经由布线部241连接。

在同样方式中，该第四电极层251在其前端部具有较宽矩形电极部251A.该第四电极部251A与第一复合陶瓷层201的氧化锆区C2的后表面直接接触.另一方面，在该第四电极层251中，至少在该氧化铝区C1的后表面位置，具体地说在焊盘部251B，在该电极部251A基端侧(在图12中的左侧)引出的部分与氧化锆固体电解质陶瓷材料6绝缘.该焊盘部251B用作经由通路导体223连接到第二电极242的电极焊盘部.下面将描述该第二电极242.该电极部251A和251B经由布线部251C连接.

另外，该第二电极242具有与该第一电极层241的焊盘部241B几乎相同的形状。该第二电极242与第一复合陶瓷层201的氧化铝区C1表面接触，并经由该通路导体223与该第四电极层251的焊盘部251B导电连接。

在与实施例2相同的方式以及与上述背景技术实例不同的是，不需要形成氧化铝绝缘通孔层，以把该通路导体223与氧化锆固体电解质陶瓷材料6绝缘。这是由于通孔206形成在绝缘的氧化铝区C1内。

另外，上述增强第二复合陶瓷层211设置在该第一和第二电极层241和242上方。

下面将描述加热器部290。该加热器部290包括第一氧化铝层221、231和位于该第一氧化铝层221和231之间的加热器布线层261。该第一氧化铝层221和231主要由氧化铝陶瓷材料制成，并在平面方向上具有几乎与上述第一复合陶瓷层211相同的尺寸。该加热器布线层261在其前端部(在图12中的右侧)包括加热部261A。该加热部261A较薄并在电极部241A和251A下面折叠成锯齿。略宽焊盘部261B和261C形成在基端侧(在图12中的左侧)的相对端。每个焊盘部261B、261C经由通路导体237连接到焊盘层271、272上，其中该通路导体237填充在形成在该第二氧化铝层231上的通孔236内。该焊盘层271、272形成在第二氧化铝层231的后表面231c的基端部上。

因此，在根据实施例3的气体传感器装置200中，电压施加在焊盘271和272之间，从而把电流施加在其间并对加热器布线层261的加热部261A加热。这样，第一复合陶瓷层210的氧化锆区C2被加热，以具有氧离子导电性。结果，在气体探测装置部280上可探测到气体。具体地说，该气体传感器装置部280用作氧浓差电池装置。这样，在该氧浓差电池装置中产生的电动势可在该焊盘部241B和第二电极层242之间获得。

该加热器部290也作为气体传感器装置部280的增强结构。

在这种方式中，在根据实施例3的气体传感器装置200中，由于采用第一复合陶瓷层201，气体可利用氧化锆固体电解质的离子导电性来探测到，同时不需要形成任何氧化铝涂层来引导该第一和第四电极层241和251。此外，由于不需要在通路导体223和氧化锆固体电解质陶瓷材料之间确保绝缘，从而不需要形成任何氧化铝绝缘通孔层。这样，该气体传感器装置200在其结构和其制造过程两者中均得到简化。

此外，同样在根据实施例3的气体传感器装置200中，该第一复合陶瓷层201在氧化铝区C1和氧化锆区C2之间具有混合区CM。该混合区CM具有比第一复合陶瓷层201厚度大两倍或者更多倍的混合宽度。而且，该第二复合陶瓷层211在该致密氧化铝区CA1和该多孔氧化铝区CA2之间具有混合区CAM。该混合区CAM具有比第二复合陶瓷层211厚度两倍或者更多倍大的混合宽度。因此，在通过共同烧制过程中以及之后，在复合陶瓷层201和211中几乎不可能出现裂缝。这样，气体传感器装置200就变得可靠。

(改型3)

接着来描述根据实施例3的上述气体传感器装置的改型。在该上述气体传感器装置200中，除了第一复合陶瓷层201外，由致密氧化铝区CA1、多孔氧化铝区CA2和其中致密氧化铝陶瓷材料7和多孔氧化铝陶瓷材料8混合的混合区CAM组成的第二复合陶瓷层211叠加到该第一复合陶瓷层201上(参见图12)。

根据改型3的气体传感器装置400(参见图14)与根据实施例3的气体传感器装置200具有如下不同。也就是说，在气体传感器装置部480中，替代第二复合陶瓷层211，氧化铝保护层411通过印刷或者热喷射而形成，从而对电极部241A或者布线部241B进行化学保护，使其不受如磷、硅等有毒物质损坏害，同时确保气体循环到第一电极层241的电极部241A上。

此外，在根据改型3的气体传感器装置400中，利用根据实施例1的复合陶瓷生基板CG1，以与实施例3中同样方式，形成第一复合陶瓷层401。然而，相比之下，参照图12和14很容易理解，该第一复合陶瓷层401在与根据实施例3的第一复合陶瓷层201相反的两面关系使用。

也就是说，该第一复合陶瓷层401由通过氧化铝陶瓷材料5制成的氧化铝区C1、通过氧化锆固体电解质陶瓷材料6制成的氧化锆区C2和放置在该氧化铝区C1和氧化锆区C2之间的混合区CM组成，其中氧化铝陶瓷材料5和氧化锆固体电解质陶瓷材料6在该混合区CM混合。在这点上，改型3与实施例3相同。然而，在改型3中，针对第一复合陶瓷层401也就是复合陶瓷生基板CG1的表面和后表面进行叠加，从而与该第一复合陶瓷层401同时烧制的第一氧化铝层221抵靠在该混合区CM中的氧化铝陶瓷材料5上。

在形成第一氧化铝层221的氧化铝和用于第一复合陶瓷层401的氧化锆固体电解质陶瓷材料6之间，在材料、热膨胀系数等方面上存在不同。这样，在共同烧制时在烧制特性上也存在不同。因此，有利于减小在第一氧化铝层221和氧化锆固体电解质陶瓷材料6之间的接触区域，从而减小由烧制特性不同而导致的应力。为此，如在改型3中，进行叠加，从而该混合区CM的氧化铝陶瓷材料5出现在后表面401c侧。在这种方式中，就能降低由于在第一氧化铝层221和第一复合陶瓷层401之间特别是在第一氧化铝层221和第一复合陶瓷层401的混合区CM之间烧制特性差异而导致的应力。结果，能抑制由于这种应力而可能出现的裂缝。

此外，在根据改型3的气体传感器装置400中，利用在第一电极层241和第四电极层251之间产生的电压来进行气体探测。此外，该气体传感器装置400包括加热器布线层261。该绝缘第一氧化铝层221存在于加热器布线层261和气体传感器装置部480之间。然而，例如，当在第一电极层241和加热器布线层261之间存在电势差时，少量疏漏电流可能经由该第一氧化铝层221和第一复合陶瓷层401通向该第一电极层241，从而影响该气体传感器输出。在该第一复合陶瓷层401中，泄露电流易于特别经由氧化锆固体电解质陶瓷材料6流动，其中该氧化锆固体电解质陶瓷材料6由于加热而具有导电性。

相比之下，在根据改型3的气体传感器装置400中，进行叠加，从而该氧化铝陶瓷材料5在第一复合陶瓷层401的混合区CM与第一氧化铝层221抵靠。因此，与相反情况相比(参见实施例3和图12)，泄露电流几乎不能流向第一电极层241。这样，降低了泄露电流的影响。

在改型3中已经描述了利用根据实施例1(参见图6)复合陶瓷层复合陶瓷生基板CG1作为第一复合陶瓷层401的实例.然而，例如，也可采用另外的复合陶瓷生基板，例如根据改型1或者2的上述复合陶瓷生基板CG2或者复合陶瓷生基板CG3.另外，在这种情况下，在与该第一氧化铝层221抵靠的混合区CM区域，如果氧化铝陶瓷材料与第一氧化铝层221在比氧化锆固体电解质陶瓷材料6较宽区域上抵靠该第一氧化铝层221，则可降低因烧制特性差异而导致的应力.另外，也能够降低加热器布线层261的漏电流对气体传感器输出的影响.

(实施例4)

下面将描述根据实施例4的气体传感器300。根据实施例4的气体传感器300为利用根据实施例3(参见图12)或者根据改型3(参见图14)的上述气体传感器装置400气体传感器。

该气体传感300为固定到内燃机的排气管上用于测量在排气时氧气浓度的氧气传感器。具体地说，如图13所示，该气体传感器300包括在轴向C延伸的气体传感器装置200(400)、固定到气体传感器装置200的后端侧(在图3中的上侧)并包括陶瓷隔离器373和金属端子372的端子单元371、围绕在该气体传感器装置200的金属壳体311、固定到金属壳体311后端侧上的保护器341和在金属外壳311的后端侧的金属套管外壳351等等。

该金属壳体311包括具有圆筒形状并插入到该保护器341内的前端部313和插入到金属外壳351内的后端部315。在该金属壳体311内，气体传感器装置200轴向穿过包装件337、第一支撑元件331、填充有滑石粉等的包装密封层333而保持。另外，在包装密封层333的后端侧上，圆筒形第二支撑元件335定位成该气体传感器装置200(400)可穿过该圆筒第二支撑元件335的内部。在该第二支撑元件335的后端侧，在金属壳体311的后端部315后端侧上的薄部在轴向上向内嵌入。这样，形成该嵌入部315B，从而该气体传感器装置200经由该第一支撑元件331等在金属壳体311内部保持空气密封。

此外，该保护器341具有形状设计成底部封闭圆筒的罩部243以及形状设计成封闭圆筒的外罩部345。该内罩部343经由间隙盖住气体传感器装置200(400)的前端部即氧化锆区C2。在该内罩部343内，形成内部气体引导孔343K。该外罩部345位于内罩部343外圆周上。在该外罩部345中，形成外部气体引导孔345K。

该金属外壳351的形状设计成为以一定间隙覆盖该端子单元371的薄圆筒。该金属外壳351的前端部353与金属壳体311的后端部315在圆周上激光焊接，从而牢固地固定到该金属壳体311上。由氟碳化合物橡胶制成的垫圈359嵌入在金属外壳351的后端内。四个导线361插入在垫圈381内。当该金属外壳351嵌在该嵌入部357时，从而可维持在垫圈381和金属外壳351之间以及在垫圈381和每个导线361之间的密封性能。

该端子单元371通过在气体传感器装置200(400)的基端部的四个金属端子372而保持。该金属端子372分别连接到该气体传感器装置200(400)的该焊盘部241B、第二电极242和焊盘层271及272。

在该气体传感器300中，采用了具有简单结构的抑制裂缝发生的上述气体传感器装置200(400)。这样，该气体传感器300成为廉价可靠的气体传感器。

针对其实施例和改型在上面描述了本发明。然而，本发明不限于上述实施例等等其他实施例。不用说的是，在不脱离发明范围和精神情况下，本发明可进行适当变化。

例如，在实施例1和改型1、2中，唇涂层器型制造装置10用于把浆液引入到刮刀边缘部分18(边缘19)，同时在浆液上施加压力。然而，如果可把浆液(第一和第二浆液1和2)施加到带W上，则可采用任何方法。也就是说，使用诸如所谓的刮刀方法的适当方法，在浆液到达该刮刀叶片(边缘)前，第一和第二浆液混合在混合空间内混合。这样，可制造复合陶瓷生基板。

借助于实例，实施例2、3以及改型3示出了气体传感器装置，而实施例4示出了利用气体传感器装置的气体传感器。然而，该气体传感器装置可基于另外形式。同样地，该气体传感器可基于另外形式。

本申请基于在2004年2月27日提交的第JP2004-54136号日本专利申请、在2005年1月14日提交的第JP2005-7860号日本专利申请，这些申请的全部内容在这里引入以参照，如果详细陈述则相同。

Claims (17)

1.一种复合陶瓷生基板，包括：

第一基板部，包括包含陶瓷成分的第一基板材料；以及

第二基板部，包括包含陶瓷成分的第二基板材料，所述第二基板部在烧制特性方面与所述第一基板部不同；

混合部，在所述第一和第二基板部之间，包括第一和第二基板材料的混合物，并具有复合陶瓷生基板的厚度至少两倍的宽度；

其中所述第一基板部和第二基板部通过所述混合部在扩展方向彼此结合，

其中所述扩展方向垂直于所述基板部的厚度方向。

2.如权利要求1的复合陶瓷生基板，其中包含在所述混合部内所述第一基板材料对第二基板材料的比率从靠近所述第一基板部侧到靠近所述第二基板部侧降低，同时包含在所述混合部内所述第二基板材料对第一基板材料的比率从靠近所述第一基板部侧到靠近所述第二基板部侧增加。

3.如权利要求1的复合陶瓷生基板，其中所述混合部内的所述第一和第二基板材料排列成锯齿形。

4.如权利要求1的复合陶瓷生基板，其中：

作为所述第一基板材料中主要陶瓷成分存在的第一陶瓷成分在混合部中陶瓷成分中的比例比在所述第一基板部中的低；以及

作为所述第二基板材料中作为主要陶瓷成分存在的并与第一陶瓷成分烧制性能不同的第二陶瓷成分，在混合部中陶瓷成分中的比例比在第二基板部中的低。

5.如权利要求1的复合陶瓷生基板，其中所述第一和第二基板部中至少之一是着彩色的。

6.如权利要求5的复合陶瓷生基板，其中所述第一和第二基板材料中至少之一是着彩色的。

7.如权利要求1的复合陶瓷生基板，其中：

所述第一基板部为由固体电解质陶瓷材料制成的固体电解质陶瓷基板部；以及

所述第二基板部为由绝缘陶瓷材料制成的绝缘陶瓷基板部。

8.一种气体传感器装置，包括：

烧结主体，该主体通过烧制复合陶瓷生基板获得，所述复合陶瓷生基板包括：

第一基板部，包括第一基板材料；

第二基板部，包括第二基板材料，所述第二基板部在烧制性能上不同于所述第一基板部；

混合部，设置在所述第一和第二基板部之间，包括第一和第二基板材料的混合物，并具有复合陶瓷生基板的厚度至少两倍的宽度；

其中，通过所述混合部所述第一和第二基板部彼此在扩展方向结合，所述第一基板部是固体电解质陶瓷材料制成的、在烧制时形成固体电解质陶瓷区的固体电解质陶瓷基板部，所述第二基板部是绝缘陶瓷材料制成的、在烧制时形成绝缘陶瓷区的绝缘陶瓷基板部，所述混合部在烧制时形成混合区，其中所述扩展方向垂直于所述基板部的厚度方向；

表面电极，形成在所述固体电解质陶瓷区的表面上；

后电极，设置在所述固体电解质陶瓷区的后表面上；

表面布线，电连接到表面电极，设置在所述绝缘陶瓷区和混合区表面上；

后布线，电连接到所述后电极，设置在所述绝缘陶瓷区和混合区的后表面上。

9.一种用于探测特定气体的气体传感器，包括：

能够检测所述的特定气体的如权利要求8的气体传感器装置。

10.一种陶瓷烧结主体，包括一个或者多个陶瓷层，其中：

至少一个所述陶瓷层为单一复合陶瓷层，该单一复合陶瓷层包括：

第一区，包括第一陶瓷材料；

第二区，包括在烧制性能上不同于第一陶瓷材料的第二陶瓷材料；以及

混合区，位于第一和第二区之间，包括第一和第二陶瓷材料的混合物，具有其厚度至少两倍的宽度；并且

所述第一区、所述混合区和所述第二区在所述陶瓷层的扩展方向上彼此结合在一起，

其中所述扩展方向垂直于所述陶瓷层的厚度方向。

11.如权利要求10的陶瓷烧结主体，其中：

所述陶瓷层中之一为包括所述第一陶瓷材料制成的第一陶瓷层；

所述复合陶瓷层叠加到所述第一陶瓷层上并与之整体烧结；以及

在抵靠在所述第一陶瓷层上的所述复合陶瓷层的所述混合区部分上，所述第一陶瓷材料在比所述第二陶瓷材料较宽的区域抵靠在所述第一陶瓷层上。

12.一种气体传感器装置，包括：

一个或者多个陶瓷层，所述陶瓷层中至少一个为复合陶瓷层，该复合陶瓷层包括：

固体电解质陶瓷区，包括固体电解质陶瓷材料；

绝缘陶瓷区，由在烧制特性上与所述固体电解质陶瓷材料不同的绝缘陶瓷材料制成；以及

混合区，位于所述固体电解质陶瓷区和所述绝缘陶瓷区之间，包括所述固体电解质陶瓷材料和绝缘陶瓷材料的混合物，具有为其厚度的至少两倍的宽度，所述固体电解质陶瓷区、所述混合区和所述绝缘陶瓷区在所述陶瓷层的扩展方向上彼此结合一起，其中所述扩展方向垂直于所述陶瓷层的厚度方向；

表面电极，设置在所述复合陶瓷层的所述固体电解质陶瓷区表面上；

后电极，在所述固体电解质陶瓷区的后表面上；

表面布线，电连接所述表面电极，设置在所述复合陶瓷层的所述绝缘陶瓷区和所述混合区的表面上；

后布线，电连接所述后电极，设置在所述绝缘陶瓷区和混合区的后表面上。

13.如权利要求12的气体传感器装置，其中：

所述陶瓷层中之一为包括所述绝缘陶瓷材料的绝缘陶瓷层；

所述复合陶瓷层叠加到所述绝缘陶瓷层上并与之整体烧结；以及

在抵靠在所述绝缘陶瓷层上的所述复合陶瓷层的所述混合区部分上，所述绝缘陶瓷材料在比所述固体电解质陶瓷材料较宽的区域抵靠在所述绝缘陶瓷层上。

14.如权利要求13的气体传感器装置，还包括加热器布线，电流通过它加热固体电解质陶瓷区，其中所述绝缘陶瓷层把所述复合陶瓷层与加热器布线电绝缘。

15.一种用于探测特定气体的气体传感器，包括：能够探测所述特定气体的如权利要求12的气体传感器装置.

16.一种用于制造复合陶瓷生基板的方法，其中该基板构成单一基板，具有条状多个彼此相邻多个基板部，该方法包括的步骤为：

把第一浆液涂覆腹板上，并且在宽度方向离开第一浆液一定距离把第二浆液涂覆在所述腹板上，所述第一浆液含有包含陶瓷成分的第一基板材料，所述第二浆液含有与第一浆液不同的基板成形性能的包含陶瓷成分的第二基板材料；以及

在所述腹板的宽度方向上，把在所述腹板上的所述第一浆液朝所述第二浆液扩展，并在所述腹板的所述宽度方向上，把在所述腹板上的所述第二浆液朝所述第一浆液扩展，从而在该腹板上形成其中所述第一浆液和所述第二浆液混合的浆液混合部；

其中由所述第一基板材料制成的第一基板部和由所述第二基板材料制成的第二基板部，经由在所述第一基板部和所述第二基板部之间的混合第一和第二基板材料的混合部而彼此成为结合一体。

17.如权利要求16的方法，其中所述扩展包括用规则元件的刮刀边，使得所述第一和第二浆液涂层厚度规则一致，从而形成所述浆液混合部。

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