DE102007009266A1 - Sauerstoffsensor - Google Patents

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DE102007009266A1
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Futoshi Isesaki Ichiyanagi
Akira Isesaki Uchikawa
Shoichi Isesaki Sakai
Goji Isesaki Matsumoto
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Abstract

Ein Sauerstoffsensor umfasst einen Basiskörperbereich; und eine Mehrzahl von Funktionsschichten, die auf eine Oberfläche des Basiskörperbereichs laminiert sind. Die Funktionsschichten umfassen eine feste Elektrolytschicht, die Sauerstoffionen weiterleitet; eine Referenzelektrodenschicht, die auf einer Basiskörperbereichsseite der festen Elektrolytschicht angeordnet ist; eine Erfassungselektrode, die auf der entgegengesetzten Seite der festen Elektrolytschicht zur Referenzelektrodenschicht angeordnet ist; einen Heizerbereich, der die feste Elektrolytschicht durch Aufheizen aktiviert; und eine Gasdiffusionsschicht, die zwischen der Referenzelektrodenschicht und dem Basiskörperbereich ausgebildet ist, und ein Referenzgas innerhalb der Gasdiffusionsschicht eindiffundiert wird. Die Gasdiffusionsschicht ist ausgebildet, um eine Porosität aufzuweisen, die einen Grenzstromwert im Bereich zwischen 60 µA und 200 µA aufweist. Der Grenzstromwert ist ein Wert eines Stromes, der zwischen der Referenzelektrodenschicht und der Erfassungselektrodenschicht fließt, wenn der dazwischen fließende Strom im Wesentlichen beim Übertragungsvorgang konstant bleibt, bei dem eine dazwischen angelegte Spannung höher gesetzt wird.

Description

  • Die folgende Erfindung bezieht sich auf einen Sauerstoffsensor zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration und sein Herstellungsverfahren.
  • Die japanische veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 2004-239688 offenbart einen zuvor entwickelten Sauerstoffsensor. In dem in dieser Anmeldung offenbarten Sauerstoffsensor werden ein Heizelement und eine feste, Sauerstoffionenleitende Elektrolytschicht auf einem Basiskörperbereich des Sauerstoffsensors gebildet. Die feste Elektrolytschicht, die durch einen Elementdruck gebildet wird, wird durch Aufheizen des Heizelementes durch den angelegten Strom aktiviert. Somit wird die Sauerstoffkonzentration auf der Basis einer Potentialdifferenz zwischen den Elektroden erfasst, die durch die feste Elektrolytschicht zueinander entgegengesetzt angeordnet sind.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In der obigen Technik werden Funktionsschichten mit einer Heizschicht und die feste Elektrolytschicht durch Laminieren ungleichartiger Werkstoffe und anschließendem Sintern dieser laminierten Werkstoffe gebildet. Auf der Seite einer Referenzelektrodenschicht wird eine Gasdiffusionsschicht zum Einleiten des Referenzgases, wie z.B. atmosphärische Luft, ebenfalls durch Elementdruck gebildet. Jedoch ist eine Porosität der Gasdiffusionsschicht, die durch Elementdruck gebildet wird, gering, die einen Grenzstromwert im Bereich von ungefähr 0,5 μA und 50 μA anzeigt, wenn die Porosität unter Verwendung des Grenzstromwertes ausgedrückt wird. Folglich kann das Referenzgas (atmosphärische Luft) innerhalb eines Sensorkörpers nicht ausreichend der Referenzelektrode zugeführt oder durch sie eindiffundiert werden, so dass ein Sauerstoff-Partialdruck auf der Referenzelektrodenseite nicht aufrechterhalten werden kann. Um daher den Sauerstoff-Partialdruck auf der Referenzelektrodenseite aufrechtzuerhalten, ist es erforderlich, der Referenzelektrode mittels eines durch einen externen Schaltkreis erzeugten Injektionsstroms Sauerstoff zuzuführen oder zu diffundieren. Der externe Schaltkreis zum Anlegen des Injektionsstroms ist nicht mit einem Schaltkreis für einen so genannten Sauerstoffsensor vom Cup-Typ kompatibel, die früher vor der Sauerstoffsensor vom Elementdrucktyp verwendet worden ist. Daher ist für den Sauerstoffsensor vom Elementdrucktyp ein neuer Schaltkreis erforderlich geworden.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sauerstoffsensor zu schaffen, der zur Erfassung mit einem einfachen Schaltkreis entwickelt wird, auch wenn die Funktionsschichten durch Elementdrucken gebildet werden, und nicht entwickelt wird, um eine Leistung eines Sensorelements zu reduzieren.
  • Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Sauerstoffsensor vorgesehen, der Folgendes aufweist: einen Basiskörperbereich; und eine Mehrzahl von Funktionsschichten, die auf einer Oberfläche des Basiskörperbereichs laminiert sind, wobei die Funktionsschichten eine feste Elektrolytschicht, die Sauerstoffionen weiterleitet, eine Referenzelektrodenschicht, die auf einer Basiskörperbereichsseite der festen Elektrolytschicht angeordnet ist, eine Erfassungselektrodenschicht, die auf der entgegengesetzten Seite der festen Elektrolytschicht zur Referenzelektrodenschicht angeordnet ist, einen Heizerbereich, der die feste Elektrolytschicht durch Aufheizen aktiviert, und eine Gasdiffusionsschicht umfassen, die zwischen der Referenzelektrodenschicht und dem Basiskörperbereich ausgebildet ist, und ein Referenzgas inner halb der Gasdiffusionsschicht eindiffundiert wird, wobei die Gasdiffusionsschicht ausgebildet wird, um eine Porosität aufzuweisen, die einen Grenzstromwert im Bereich zwischen 60 μA und 200 μA darstellt, wobei der Grenzstromwert ein Wert von einem Strom ist, der zwischen der Referenzelektrodenschicht und der Erfassungselektrodenschicht fließt, wenn der dazwischen fließende Strom im Wesentlichen beim Übertragungsvorgang konstant ist, bei dem eine zwischen der Referenzelektrodenschicht und der Erfassungselektrodenschicht angelegte Spannung höher gesetzt wird.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Sauerstoffsensor vorgesehen, der Folgendes aufweist: einen Basiskörperbereich; und eine Mehrzahl von Funktionsschichten, die auf einer Oberfläche des Basiskörperbereichs laminiert sind, wobei die Funktionsschichten eine feste Elektrolytschicht, die Sauerstoffionen weiterleitet, eine Referenzelektrodenschicht, die auf einer Basiskörperbereichsseite der festen Elektrolytschicht angeordnet ist, eine Erfassungselektrodenschicht, die auf der entgegengesetzten Seite der festen Elektrolytschicht zur Referenzelektrodenschicht angeordnet ist, einen Heizerbereich, der die feste Elektrolytschicht durch Aufheizen aktiviert, und eine Gasdiffusionsschicht umfassen, die zwischen der Referenzelektrodenschicht und dem Basiskörperbereich ausgebildet ist, und ein Referenzgas innerhalb der Gasdiffusionsschicht eindiffundiert wird, wobei die Gasdiffusionsschicht aus einem keramischen Werkstoff und einem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag ausgebildet ist, der ein Verhältnis zwischen 10% und 60% eines Gesamtbetrags des keramischen Werkstoffs und des Lücken bildenden Werkstoffs beim Gewicht aufweist, wobei der Lücken bildende Werkstoff verschwindet, wenn er einem Sintern unterzogen wird, um die Gasdiffusionsschicht als porösen keramischen Werkstoff auszubilden.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Sauerstoffsensor geschaffen, der Folgendes aufweist: einen Basiskörperbereich; und eine Mehrzahl von Funktionsschichten, die auf einer Oberfläche des Basiskörperbereichs laminiert sind, wobei die Funktionsschichten eine feste Elektrolytschicht, die Sauerstoffionen weiterleitet, eine Referenzelektrodenschicht, die auf einer Basiskörperbereichsseite der festen Elektrolytschicht angeordnet ist, eine Erfassungselektrodenschicht, die auf der entgegengesetzten Seite der festen Elektrolytschicht zur Referenzelektrodenschicht angeordnet ist, einen Heizerbereich, der die feste Elektrolytschicht durch Aufheizen aktiviert, und eine Gasdiffusionsschicht umfassen, die zwischen der Referenzelektrodenschicht und dem Basiskörperbereich ausgebildet ist, und ein Referenzgas innerhalb der Gasdiffusionsschicht eindiffundiert wird, wobei die Gasdiffusionsschicht aus einem keramischen Werkstoff und einem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag ausgebildet ist, der ein Verhältnis zwischen 20% und 80% eines Gesamtbetrags des keramischen Werkstoffs und des Lücken bildenden Werkstoffs beim Volumen aufweist, wobei der Lücken bildende Werkstoff verschwindet, wenn er einem Sintern unterzogen wird, um die Gasdiffusionsschicht als porösen keramischen Werkstoff auszubilden.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für einen Sauerstoffsensor vorgesehen, der Folgendes umfasst: einen Basiskörperbereich; und eine Mehrzahl von Funktionsschichten, die auf einer Oberfläche des Basiskörperbereichs laminiert sind, wobei die Funktionsschichten eine feste Elektrolytschicht, die Sauerstoffionen weiterleitet, eine Referenzelektrodenschicht, die auf einer Basiskörperbereichsseite der festen Elektrolytschicht angeordnet ist, eine Erfassungselektrodenschicht, die auf der entgegen gesetzten Seite der festen Elektrolytschicht zur Referenzelektrodenschicht angeordnet ist, einen Heizerbereich, der die feste Elektrolytschicht durch Aufheizen aktiviert, und eine Gasdiffusionsschicht umfassen, die zwischen der Referenzelektrodenschicht und dem Basiskörperbereich ausgebildet ist, und ein Referenzgas innerhalb der Gasdiffusionsschicht eindiffundiert wird, wobei das Herstellverfahren Folgendes aufweist: einen ersten Schritt zum Mischen eines keramischen Werkstoffs mit einem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag, der ein Verhältnis zwischen 10 Gew.-% und 60 Gew.-% oder zwischen 20 Vol.-% und 80 Vol.-% bezüglich eines Gesamtbetrags von keramischem Werkstoff und Lücken bildendem Werkstoff aufweist; und einen zweiten Schritt zum Sintern der Mischung, um zu bewirken, dass der Lücken bildende Werkstoff verschwindet, um dadurch die Gasdiffusionsschicht als poröse keramische Schicht zu bilden.
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale dieser Erfindung werden aus nachfolgender Beschreibung bezüglich der beigefügten Zeichnung verständlich.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine Teilansicht eines Sauerstoffsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine vergrößerte abgewickelte Ansicht eines Erfassungsbereichs in einem Sensorelement der Sauerstoffsensor.
  • 3A ist eine Teilansicht von 2, die entlang einer Linie IIIa-IIIa aufgenommen wurde. 3B ist eine Teilansicht von 2, die entlang einer Linie IIIb-IIIb aufgenommen wurde.
  • 4A ist eine Teilansicht von 2, die entlang einer Linie IVa-IVa aufgenommen wurde. 4B ist eine Teil ansicht von 2, die entlang einer Linie IVb-IVb aufgenommen wurde. 4C ist eine Teilansicht von 2, die entlang einer Linie IVc-IVc aufgenommen wurde.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Eine Ausführungsform des Sauerstoffsensors gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun detailliert bezüglich der beigefügten Zeichnung erläutert. Der Sauerstoffsensor in dieser Ausführungsform ist an einem Abgasrohr eines Automobils, das mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstet ist, befestigt und wird zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verwendet. 1 ist eine Teilansicht des Sauerstoffsensors gemäß dieser Ausführungsform.
  • Eine Halterung 4 ist mit einer zylinderförmigen Elementeinsatzöffnung (Bohrung) 3 ausgebildet. In die zylinderförmige Elementeinsatzöffnung 3 wird ein Erfassungselement 2, das wie eine zylindrische Stange geformt ist, durch Einsetzen eingefügt. Das Sensorelement 2 erstreckt sich durch die Elementeinsatzöffnung 3, und ragt von den entgegengesetzten axialen Endflächen der Halterung 4 nach außen hervor. Und zwar geht das Sensorelement 2 durch die Halterung 4 in axialer Richtung der Elementeinsatzöffnung 3 hindurch. Das Sensorelement 2 umfasst einen Sauerstoff-Messbereich 2b, der an einem axialen Endbereich des Sensorelements 2 ausgebildet ist, und eine Elektrode(n) 2a am anderen axialen Endbereich des Sensorelements 2. Der Sauerstoff-Messbereich 2b des Sensorelements 2 wird durch eine Schutzeinrichtung 9 abgedeckt oder in diese eingesetzt. Die Schutzeinrichtung 9 weist eine Rohrform mit einem geschlossenen Ende auf, und wird mit einem axialen Endbereich der Halterung 4 durch ein geeignetes Verfahren, wie zum Beispiel Schweißen, Dichtstemmen oder dergleichen, fixiert. Die Schutzeinrichtung 9 weist eine Doppelrohr-(doppelwandige) Anordnung auf, die aus einer inneren und einer äuße ren Schutzeinrichtung gebildet wird. Die innere Schutzeinrichtung und äußere Schutzeinrichtung der Schutzeinrichtung 9 werden jeweils durch eine Mehrzahl von Einlassöffnungen 9a (Umlauföffnungen) und einer Mehrzahl von Einlassöffnungen 9b (Umlauföffnungen) für die Gasströmung gebildet. Ein zu erfassendes Gas wird an der Innenfläche der Schutzeinrichtung 9 durch diese Einlassöffnungen 9a und 9b eingeleitet, und erstreckt sich sich um den Sauerstoff-Messbereich 2b des Sensorelements 2 aus.
  • Die Elementeinsatzöffnung 3 weist einen erweiterten Durchmesserbereich 10 auf der Elektrodenseite 2a der Elementeinsatzöffnung 3 auf. Ein Abdichtungsbereich 5, der innerhalb dieses erweiterten Durchmesserbereichs 10 angeordnet ist, hält die Luftdichtigkeit an einem Zwischenraum zwischen der Elementeinsatzöffnung 3 und dem Sensorelement 2 aufrecht. Der Abdichtungsbereich 5 füllt nämlich den Zwischenraum zwischen einer Umfangsfläche des erweiterten Durchmesserbereichs 10 und einer äußeren Umfangsfläche des Sensorelements 2 aus, um dadurch den Zwischenraum luftdicht abzudichten. Konkret umfasst der Abdichtungsbereich 5 keramisches Pulver 12 (zum Beispiel ungesintertes Talkum) und eine Distanzscheibe 13 (zum Beispiel eine Dichtungsscheibe). Um den Zwischenraum zu füllen, wird das keramische Pulver 12 im erweiterten Durchmesserbereich 10 der Elementeinsatzöffnung 3 angefüllt, und danach unter Verwendung der Distanzscheibe 13 verdichtet oder in die Tiefe gedrückt. Eine Anschlussabstützung 7 zum Halten der Anschlüsse ist mit dem anderen axialen Endbereich der Halterung 4 fixiert, der auf der Seite der Elektrode 2a des Sensorelements 2 angeordnet ist. Die Anschlussabstützung 7 wird aus Glas hergestellt und in einer zylindrischen Form mit einem geschlossenen Ende ausgebildet. Diese Anschlussabstützung 7 bedeckt die Elektrode 2a und dergleichen des Sensorelements 2. Außerdem ist ein rohrförmiges Gehäuse 8 angeordnet, um somit die Anschlussabstützung 7 mit einem vorbestimmten Abstand zwischen einer inneren Umfangsfläche des rohrförmigen Gehäuses 8 und einer äußeren Umfangsfläche der Anschlussabstützung 7 abzudecken. Ein axialer Endbereich des rohrförmigen Gehäuses 8 wird an der äußeren Umfangsfläche des anderen axialen Endbereichs der Halterung 4 durch ein geeignetes Verfahren, wie zum Beispiel das Laserschweißen (so genanntes Laser-Welding-all-around) befestigt. Durch dieses Laserschweißen werden das Gehäuse 8 und die Halterung 4 zusammen in einem luftdicht abgeschlossenen Verhältnis miteinander verbunden.
  • Der andere axiale Endbereich des Gehäuses 8, der auf der entgegengesetzten Seite des Sauerstoff-Messbereichs 2b angeordnet ist, wird mit einer im Wesentlichen zylindrischen Gummidichtung 16 gefüllt. Die Gummidichtung 16 ist mit dem anderen axialen Endbereich des Gehäuses 8 durch einen dicht gestemmten Bereich 8a des Gehäuses 8 befestigt. Eine Mehrzahl von Zuleitungsdrähten 17 (zum Beispiel vier Zuleitungsdrähte) wird zur Außenseite des Gehäuses 8 gezogen, um somit durch die Gummidichtung 16 hindurchzugehen. Die Gummidichtung 16 gewährleistet eine luftdichte Abdichtung zwischen den Zuleitungsdrähten und der Gummidichtung 16, und eine hermetische Abdichtung zwischen dem Gehäuse 8 und der Gummidichtung 16. Vorzugsweise wird die Gummidichtung 16 aus einem hoch wärmebeständigem Werkstoff, wie zum Beispiel Fluorgummi, hergestellt. Jeder der Zuleitungsdrähte 17 weist ein Ende auf, das mit einem Anschluss 6 (Anschlüssen) verbunden ist, der dadurch innerhalb der Anschlussabstützung 7 angeordnet wird. Der Anschluss 6 wird aus einem nachgiebigen Körper (elastischem Körper) gebildet, und ist sehr sicher mit der Elektrode 2a in Kontakt, die auf einer äußeren Umfangsfläche des Sensorelements 2 mittels der Federkraft ausgebildet ist. Dies kann die Kontinuität zwischen der Elektrode 2a und dem Anschluss 6 gewährleisten.
  • Der so ausgebildete Sauerstoffsensor 1 ist fest am Abgasrohr 30 durch Verschrauben eines Schraubbereichs 4b der Halterung 4 in ein Gewindeloch 31, das in einer Umfangswand des Abgasrohrs 30 ausgebildet ist, befestigt. Im befestigten Zustand des Sauerstoffsensors 1 ragt ein Bereich des Sauerstoffsensors 1, der mit der Schutzeinrichtung 9 bedeckt ist, in einen Abgaskanal innerhalb des Abgasrohres 30 hinein. Eine Dichtung 19 ist zwischen einem Flansch der Halterung 4 und einer Außenfläche des Abgasrohres 30 angeordnet, und dichtet einen Zwischenraum zwischen dem Sauerstoffsensor 1 und dem Abgasrohr 30 ab. Ein Innenraum 15 des Sauerstoffsensors 1, der innerhalb des Sauerstoffsensors 1 ausgebildet ist, wird davon abgehalten, sich mit einer Außenseite des Sauerstoffsensors 1 in Verbindung mit dem Abdichtungsbereich 5, der Gummidichtung 16, und der luftdichten Verbindung zwischen der Halterung 4 und dem Gehäuse 8 zu verbinden. Der Innenraum 15 gewährleistet nämlich die Luftdichtigkeit gegenüber der Außenseite des Sauerstoffsensors 1 an den Bereichen des Abdichtungsbereichs 5, der Gummidichtung 16, und der Verbindung zwischen der Halterung 4 und dem Gehäuse 8. Jedoch ist der Zwischenraum 15 etwas mit der Außenseite des Sauerstoffsensors 1 durch einen extrem genauen Raum innerhalb des Zuleitungsdrahtes 17 (zum Beispiel ein Zwischenraum zwischen einem Kern und einem Überzug des Zuleitungsdrahtes 17) in Verbindung. Dadurch wird der Innenraum 15 mit atmosphärischer Luft, die als Referenzgas dient, gefüllt.
  • Wenn ein Abgas, das innerhalb des Abgasrohres 30 durchströmt, in den Innenraum des Sauerstoffsensors 1 durch die Einlassöffnungen 9a und Einlassöffnungen 9b der Schutzeinrichtung 9 strömt, tritt der Sauerstoff im Abgas in den Sauerstoff-Messbereich 2b des Sensorelements 2 ein. Die Sauerstoffkonzentration des Abgases wird durch den Sauerstoff-Messbereich 2b erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt, das die Sauerstoffkonzentration anzeigt. Das elektrische Signal wird dann an die Außenseite des Sauerstoffsensors 1 über die Elektroden 2a, Anschlüsse 6 und Zuleitungsdrähte 17 ausgegeben.
  • Das Sensorelement 2 umfasst einen Basiskörperbereich 100, der wie ein zylindrischer Stab geformt ist, und Funktionsschichten, die auf einer Umfangsfläche des Basiskörperbereichs 100 ausgebildet sind. Die Funktionsschichten umfassen eine Heizvorrichtung, einen Erfassungsbereich und dergleichen. Der Basiskörperbereich 100 wird aus einem keramischen Werkstoff, wie zum Beispiel Aluminium, hergestellt, der ein Isolierwerkstoff ist, und in einer festen oder hohlen zylindrischen Form ausgebildet wird. Diese Funktionsschichten werden durch Brennen jeder Schicht hergestellt, die aufeinanderfolgend durch Siebdruck gebildet werden. Nun wird jede Schicht bezüglich der Reihenfolge des Druckens auf der Staboberfläche (d.h. gebogener Flachdruck) erläutert.
  • Zuerst wird eine Elektroden-Heizschicht mit zwei Paar Elektroden 2a und einem Heizelement zum Aktivieren der zuvor erwähnten festen Elektrolytschicht durch Aufheizen gedruckt. Auf dem Heizelement wird eine erste Schutzschicht, die aus einem Isolierwerkstoff hergestellt ist, zum Schutz dieses Heizerbereichs gedruckt. Ein Paar von Elektroden 2a wird mit dem Heizelement verbunden, und ein weiteres Paar Elektroden 2a wird mit dem in 2 dargestellten Sauerstofferfassungsbereich verbunden. Nach dem Drucken des Heizerbereichs wird ein Druck dieses Sauerstofferfassungsbereichs wie folgt ausgeführt. Und zwar wird eine Gasdiffusionsschicht 103 (Entspannungsschicht) gedruckt, um zu ermöglichen, dass ein Ende der Gasdiffusionsschicht 103 eines von dem anderen Paar von Elektroden 2a erreicht. Wie nachstehend erwähnt, werden die Funktionsschichten mit der Gasdiffusionsschicht 103 letztendlich gesintert. Daher enthält die Gasdiffusionsschicht 103 eine Lücke (Hohlraum), die der Werkstoff zum Zeitpunkt des Druckens ausbildet, um somit zu bewirken, dass die Gasdiffusionsschicht 103 nach dem Sintern ein poröser Körper wird. In dieser Aus führungsform werden die Karbonpartikel als Lücken bildender Werkstoff verwendet. Jedoch ist der Lücken bildende Werkstoff nicht auf die Karbonpartikel begrenzt, und der andere Werkstoff, der zum Zeitpunkt des Sinterns entweicht, kann verwendet werden. Und zwar kann der andere Werkstoff, der geeignet ist, durch Beheizen zerstört zu werden, verwendet werden.
  • In dieser Ausführungsform wird ein keramischer Werkstoff, der die Gasdiffusionsschicht 103 bildet, gezwungen, den Lücken bildenden Werkstoff zu enthalten, und anschließend gedruckt. Ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser des Lücken bildenden Werkstoffs liegt im Bereich von 1 μm bis 20 μm. Wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser kleiner als 1 μm ist, kann der Lücken bildende Werkstoff einen Poren-(Gashohlraum-)Bereich (Bereiche) mit einer effektiven Größe für die Gasdiffusion bilden. Wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser größer als 20 μm ist, wird der Porenbereich zu sehr ausgeweitet und dadurch wird die Gasdiffusionsschicht 103 in sich selbst zerbrechlich.
  • Ein prozentualer Inhaltsanteil des Lücken bildenden Werkstoffs gegenüber dem keramischen Werkstoff liegt im Bereich von 10 Gew.-% bis 60 Gew.-% eines Summenbetrags des Lücken bildenden Werkstoffs und des keramischen Werkstoffs beim Gewichtsverhältnis vor dem Sintern. Und zwar wird der Lücken bildende Werkstoff mit dem keramischen Werkstoff bei dem Verhältnis (des Lücken bildenden Werkstoffs) im Bereich zwischen 10 Gew.-% und 60 Gew.-% bezüglich des Gesamtgewichts des keramischen Werkstoffs und des Lücken bildenden Werkstoffs gemischt. Auf diese Weise kann angemessene Porosität erreicht werden, die einen Grenzstromwert im Bereich zwischen 60 μA und 200 μA darstellt. Wenn der prozentuale Inhaltsanteil kleiner als 10 Gew.-% ist, zeigt die Porosität einen Grenzstromwert kleiner als 60 μA an. Wenn der prozentuale Inhaltsanteil größer als 60 Gew.-% ist, zeigt die Porosität einen Grenzstrom wert größer als 200 μA an. Insbesondere ist eine Festlegung zwischen 30 Gew.-% und 50 Gew.-% geeigneter als innerhalb eines Bereichs zwischen 10 Gew.-% und 60 Gew.-%. In diesem Bereich von 30 Gew.-% bis 50 Gew.-% können sowohl der geeignete Grenzstromwert als auch die geeignete Schichtbeanspruchbarkeit in einem angemessenen Gleichgewicht erhalten werden.
  • Andererseits ist es in dem Fall, bei dem der prozentuale Inhaltsanteil durch das Volumenverhältnis anstatt des Gewichtsverhältnisses dargestellt wird, wünschenswert, dass der Lücken bildende Werkstoff mit dem keramischen Werkstoff bei einem Verhältnis im Bereich zwischen 20 Vol.-% und 80 Vol.-% des Lücken bildenden Werkstoffs bezüglich des Gesamtvolumens des keramischen Werkstoffs und des Lücken bildenden Werkstoffs zum Zeitpunkt vor dem Sintern gemischt wird. Auf diese Weise kann die angemessene Porosität erreicht werden, die den Grenzstromwert im Bereich zwischen 60 μA und 200 μA darstellt. Wenn der prozentuale Inhaltsanteil kleiner als 20 Vol.-% ist, stellt die Porosität einen Grenzstromwert kleiner als 60 μA dar. Wenn der prozentuale Inhaltsanteil größer als 80 Vol.-% ist, stellt die Porosität einen Grenzstromwert größer als 200 μA dar. Insbesondere ist eine Festlegung zwischen 50 vol.-% und 70 Vol.-% geeigneter als innerhalb des Bereichs zwischen 20 Vol.-% und 80 Vol.-%. In diesem Bereich von 50 Vol.-% bis 70 Vol.-% können sowohl der geeignete Grenzstromwert als auch die geeignete Schichtbeanspruchbarkeit in einem angemessenen Gleichgewicht erhalten werden.
  • Wie oben erwähnt, wird die Gasdiffusionsschicht 103 nach dem Sintern der poröse Körper. Die Gasdiffusionsschicht 103 dient zum Diffundieren der atmosphärischen Luft, die als Referenzgas vom oben erwähnten Innenraum 15 (sh. 1) fungiert, in Richtung eines unteren Bereichs einer festen Elektrolytschicht 105. Als Nächstes wird eine innere Elektrodenschicht 104 (erste oder Referenzelektrodenschicht) auf der Gasdiffusionsschicht 103 gedruckt. Ein Ende (Spitze eines Bereichs des Zuleitungsdrahts) dieser inneren Elektrodenschicht 104 erreicht die Elektrode 2a. Ein anderes Ende (ein innerer Elektrodenbereich) der inneren Elektrodenschicht 104, die feste Elektrodenschicht 105, wird gedruckt. In einem Druckvorgang für die feste Elektrodenschicht 105 werden drei Schichten sequentiell in Schichten gedruckt. Und zwar umfasst die feste Elektrolytschicht 105 drei (Unter-)Schichten.
  • Die feste Elektrolytschicht 105 wird zum Beispiel durch Mischen eines vorgeschriebenen Prozentanteils (Gew.-%) von Yttriumoxidpulver mit Zirkondioxidpulver, anschließend durch Weiterverarbeitung der Mischung zu einer Paste, und durch Ausführen einer Gestaltung der Mischungspaste gebildet. Zu diesem Zeitpunkt werden die drei Schichten der festen Elektrolytschicht 105 gebildet, um somit zu bewirken, dass eine Schicht der festen Elektrolytschicht 105, die nahe des Basiskörperbereichs 100 ist, dicker als die andere Schicht ist, die relativ weit vom Basiskörperbereich 100 entfernt ist. Und zwar sind die Schichtdicken der drei Schichten der festen Elektrolytschicht 105 voneinander verschieden, so dass die Schichtdicke zur Seite des Basiskörperbereichs 100 größer wird. Außerdem werden auf einer Elektrodenseite 2a der festen Elektrolytschicht 105 die Endbereiche der entsprechenden Schichten der festen Elektrolytschicht 105 voneinander verschoben oder versetzt. Daher umfasst die feste Elektrolytschicht 105 einen stufenförmigen Bereich, der durch die Endbereiche der drei Schichten gebildet wird. Die feste Elektrolytschicht 105 wird gedruckt, um somit die Gasdiffusionsschicht 103 innerhalb eines Druckbereichs der festen Elektrolytschicht 105 abzudichten.
  • Außerdem wird eine Außenelektrodenschicht 106 (zweite oder Erfassungselektrodenschicht) auf einer Fläche der oberen Schicht der festen Elektrolytschicht 105 gedruckt. Zu diesem Zeitpunkt erreicht ein Ende (Spitze eines Bereichs des Zuleitungsdrahts) der Außenelektrodenschicht 106 die Elektrode 2a. Außerdem wird der Bereich des Zuleitungsdrahts der Außenelektrodenschicht 106 auf einer oberen Fläche des oben erwähnten stufenförmigen Bereichs der festen Elektrolytschicht 105 gedruckt. Die Innenelektrodenschicht 104 und Außenelektrodenschicht 106 werden jeweils aus einem metallischen Werkstoff (z.B. Platin) mit einer elektrischen Leitfähigkeit und auch einer Sauerstoffpermeabilität gebildet. Die feste Elektrolytschicht 105 erzeugt einen elektromotorische Kraft zwischen der Innenelektrodenschicht 104 und der Außenelektrodenschicht 106 gemäß einer Differenz der Sauerstoffkonzentrationen im Umgebungsbereich. Danach überträgt die feste Elektrolytschicht 105 Sauerstoffionen in Dickenrichtung der festen Elektrolytschicht 105. Die Innenelektrodenschicht 105 wird elektrisch mit einem der beiden Zuleitungsdrähte von den vier Zuleitungsdrähten 17 (sh. 1), und die Außenelektrodenschicht 106 elektrisch mit den anderen der beiden Zuleitungsdrähte verbunden. Die Ausgangsspannung, die zwischen der Innenelektrodenschicht 104 und der Außenelektrodenschicht 106 erzeugt wird, kann als eine Spannung zwischen diesen Zuleitungsdrähten 17 erfasst werden.
  • Als Nächstes wird eine Schutzschicht 107 (Dichtschicht) auf einem Gesamtbereich einer oberen Fläche der Funktionsschichten gedruckt, mit Ausnahme der festen Elektrolytschicht 105 und der Elektroden 2a (jedoch erreicht die zweite Schutzschicht 107 den stufenförmigen Bereich in der festen Elektrolytschicht 105). Die zweite Schutzschicht 107 schützt das Heizelement und eine Verdrahtung des Erfassungsbereichs (die Leiterbereiche der Innenelektrodenschicht 104 und Außenelektrodenschicht 106), und dichtet die Gasdiffusionsschicht 103 ab. Weil die zweite Schutzschicht 107 die Gasdiffusionsschicht 103 abdichtet, kann eine Luftundichtigkeit von der Gasdiffusionsschicht 103 zuverlässig verhindert werden. Zuletzt wird eine (zweite) Diffusionsschicht auf einem Gesamtbereich einer oberen Fläche der Funktionsschichten einschließlich der festen Elektrolytschicht 105 gedruckt. Diese Diffusionsschicht dient zum Schutz des (Sauerstoff-)Erfassungsbereichs, und dient dazu, das Abgas innerhalb des Abgasrohres des Verbrennungsmotors bis zur Außenelektrodenschicht 106 zu diffundieren. Diese Diffusionsschicht wird ein poröser Körper nach dem Sintern.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird die Gasdiffusionsschicht 103 durch Mischen des Lücken bildenden Werkstoffs, wie zum Beispiel Karbon (Zerfallmittel), zuzüglich mit einem gemischten Werkstoff von Zirkonoxid und Aluminium, danach durch Ausführen der Gestaltung dieser Mischung, und anschließend durch Brennen dieser gestalteten Mischung gebildet. Daher weist die Gasdiffusionsschicht 103 eine poröse Anordnung, wie oben erwähnt, auf. Dadurch kann der Sauerstoff (atmosphärische Luft), der zur Seite der Innenelektrodenschicht 104 durch die feste Elektrolytschicht 105 eingeleitet wird, in die Gasdiffusionsschicht 103 eintreten. Die Innenelektrodenschicht 104 wird durch Mischen eines Lücken bildenden Werkstoffs, wie z.B. Theobromin, zuzüglich mit einem Edelmetall, wie zum Beispiel Platin, ferner durch Ausführen einer Gestaltung dieser Mischung, und weiter durch Brennen dieser gestalteten Mischung gebildet. Weil die Innenelektrodenschicht 104 ursprünglich hergestellt wurde, um den Lücken bildenden Werkstoff zu enthalten, verschwindet somit der Lücken bildende Werkstoff (Zerfallmittel) zum Zeitpunkt des Brennens, und Hohlräume (Lücken) werden innerhalb der Innenelektrodenschicht 104 gebildet. Dadurch kann die Elektrode(-Schicht) eine poröse Anordnung aufweisen.
  • Die zweite Schutzschicht 107 wird aus einem Werkstoff gebildet, der keinen Sauerstoff einschließlich des zu erfassenden Gases überträgt. Zum Beispiel wird die zweite Schutzschicht 107 aus einem keramischen Werkstoff, wie z.B. Aluminium, gebildet. Die (zweite) Diffusionsschicht wird aus einem Werkstoff gebildet, der Sauerstoff einschließlich des zu erfassenden Gases überträgt, und kein schädliches Gas, Staub, und dergleichen einschließlich des zu erfassenden Gases überträgt. Zum Beispiel wird die Diffusionsschicht aus einem porösen Strukturkörper, wie zum Beispiel einer Mischung aus Aluminium und Magnesiumoxid, gebildet. Zu beachten ist, dass eine Spinellschutzschicht (nicht dargestellt) ferner auf der (zweiten) Diffusionsschicht gebildet wird. Die Spinellschutzschicht deckt den gesamten Bereich einer Außenfläche des Sensorelements ab, und ist dazu geeignet, Sauerstoff einschließlich des zu erfassenden Gases dadurch zu übertragen. Die Spinellschutzschicht wird auf einem porösen Körper gebildet, der gröber als die Diffusionsschicht ist (d.h. ein grobkörnigerer poröser Körper als zweite Diffusionsschicht).
  • 2 ist eine vergrößerte abgewickelte Ansicht des Erfassungsbereichs. In 2 werden die Formen der Gasdiffusionsschicht 103 und Innenelektrodenschicht 104, die (radial) innerhalb der festen Elektrolytschicht 105 angeordnet sind, jeweils durch eine abwechselnd lange und kurze gestrichelte Linie und eine gepunktete Linie ebenfalls dargestellt. 3A ist eine Teilansicht von 2, die entlang einer Linie IIIa-IIIa, und 3B eine Teilansicht von 2, die entlang einer Linie IIIb-IIIb aufgenommen wurde. Außerdem ist 4A eine Teilansicht von 2, die entlang einer Linie IVa-IVa, 4B eine Teilansicht von 2, die entlang einer Linie IVb, IVb, und 4C eine Teilansicht von 2, die entlang einer Linie IVc-IVc aufgenommen wurde. Zu beachten ist, dass die Fläche des Basiskörperbereichs 100 als eine ebene Fläche in den 4A bis 4C zur Vereinfachung dargestellt ist, obwohl sie tatsächlich eine gerundete Fläche ist.
  • Wie in den 2 bis 4C dargestellt, wird die feste Elektrolytschicht 105 (105a bis 105c) in laminierter Weise durch dreimaliges Siebdrucken gebildet. Daher kann eine Span nung, die innerhalb der festen Elektrolytschicht 105 auftritt, wenn die Elektrolytschicht 105 gesintert wird, auf die entsprechenden Schichten 105a bis 105c verteilt werden. Dadurch kann das Auftreten eines Risses infolge der inneren Spannung verhindert werden. Weil die Schichtdicke ta bis tc von jeder Schicht 105a bis 105c größer als die Schicht entwickelt wurde, die näher zur Seite des Basiskörperbereichs 100 angeordnet ist (ta > tb > tc); wird die Spannung zum Zeitpunkt des Sinterns abgebaut, und das Auftreten von Rissen kann effizienter verhindert werden. Wie weiterhin in 3A dargestellt, wird der Endbereich der festen Elektrolytschicht 105 in stufenförmiger Weise gebildet, wenn die feste Elektrolytschicht 105 in mehreren Stufen (3 Stufen) gedruckt wird. Danach wird der Leiterbereich der Außenelektrodenschicht auf dem stufenförmigen Endbereich der festen Elektrolytschicht 105 gedruckt, und dadurch eine Entspannung der Druckfläche des Leiterbereichs gemäßigt. Dadurch wird eine Verdrahtungstrennung oder ein Drucknachziehen des Leiterbereichs (Schicht) verhindert.
  • Obwohl der Basiskörperbereich 100 mit der Form des kreisförmigen Zylinders in dieser Ausführungsform erstellt wurde, kann der Basiskörperbereich 100 in der Form eines Stabes mit einem rechteckigen Querschnitt entwickelt, und die Funktionsschichten auf einer Oberfläche des rechteckigen stabförmigen Basiskörperbereichs 100 durch Sintern nach dem Siebdruck entwickelt werden. Außerdem wird in dieser Ausführungsform eine Länge zwischen den Stufen des stufenweisen Bereichs (Wa oder Wb, dargestellt in 3A) länger als oder gleich 300 μm ausgeführt. Entsprechende Schichten der festen Elektrolytschicht 105 werden nämlich während des Druckvorganges der festen Elektrolytschicht gedruckt, um somit zu bewirken, dass jede Länge zwischen den drei Stufen (Länge zwischen den axialen Enden der benachbarten zwei Schichten) größer oder gleich 300 μm werden. Dadurch wird ein Kontaktbereich zwischen dem Leiterbereich der Außenelektrodenschicht 106 und der entspre chenden Schichten 105a bis 105c der festen Elektrolytschicht 105 ausreichend lang, und die Delaminierung des Leiterbereichs kann zuverlässig verhindert werden.
  • Nun werden repräsentative Anordnungen und Wirkungen gemäß dieser Ausführungsform zusammengefasst und beschrieben.
  • Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Sauerstoffsensor 1 den Basiskörperbereich 100; und eine Mehrzahl von Funktionsschichten, die auf der Oberfläche des Basiskörperbereichs 100 laminiert sind. Diese Funktionsschichten umfassen die feste Elektrolytschicht 100, die Sauerstoffionen weiterleitet, die Referenzelektronenschicht 104, die auf der Basiskörperbereichseite der festen Elektrolytschicht 105 angeordnet ist, die Erfassungselektrodenschicht 106, die auf der entgegengesetzten Seite der festen Elektrolytschicht 105 zur Referenzelektrodenschicht 104 angeordnet ist, den Heizerbereich, der die feste Elektrolytschicht 105 durch Aufheizen aktiviert, und die Gasdiffusionsschicht 103, die zwischen der Referenzelektrodenschicht 104 und dem Basiskörperbereich 100 ausgebildet ist, und vorgesehen ist, das Referenzgas innerhalb der Gasdiffusionsschicht 103 einzudiffundieren. Diese Gasdiffusionsschicht 103 ist ausgebildet, um eine Porosität aufzuweisen, die einen Grenzstromwert im Bereich zwischen 60 μA und 200 μA darstellt. Dieser Grenzstromwert ist ein Wert eines Stroms, der zwischen der Referenzelektrodenschicht 104 und der Erfassungselektrodenschicht 106 fließt, wenn der dazwischen fließende Strom im Wesentlichen während des Übertragungsvorgangs konstant wird, bei dem eine dazwischen angelegte Spannung höher wird.
  • Wenn hier eine zwischen der Erfassungselektrode und der Referenzelektrode angelegte Lastspannung aufgebracht oder höher gesetzt wird, wird ein Wert des zwischen den beiden Elektroden fließenden Stroms ein konstanter Wert. Dieses Phänomen tritt auf, weil der Sauerstoffgehalt, der der Referenzelektrode durch die Gasdiffusionsschicht zugeführt wird, seine obere Grenze erreicht. Dieser (konstante) obere Grenzstromwert wird „Grenzstromwert" genannt. Weil die obere Grenze des Sauerstoffzuführbetrags in der Gasdiffusionsschicht mit der Porosität der Gasdiffusionsschicht korreliert, kann die Porosität der Gasdiffusionsschicht durch den Grenzstromwert ausgedrückt werden.
  • Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Sauerstoffsensor 1 die Gasdiffusionsschicht 103, die aus dem keramischen Werkstoff und dem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag, der ein Verhältnis zwischen 10% und 60% des Gesamtbetrages des keramischen Werkstoffes und des Lücken bildenden Werkstoffes beim Gewicht aufweist, gebildet wird. Der Lücken bildende Werkstoff verschwindet, wenn er dem Sintern unterzogen wird, um die Gasdiffusionsschicht 103 als poröse keramische Schicht zu bilden.
  • Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Sauerstoffsensor 1 die Gasdiffusionsschicht 103, die aus dem keramischen Werkstoff und dem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag, der ein Verhältnis zwischen 20% und 80% des Gesamtbetrages des keramischen Werkstoffs und des Lücken bildenden Werkstoffs beim Volumen aufweist, gebildet wird. Dieser Lücken bildende Werkstoff verschwindet, wenn er dem Sintern unterzogen wird, um die Gasdiffusionsschicht 103 als poröse keramische Schicht zu bilden.
  • Als Nächstes folgen repräsentative Wirkungen. Im Sauerstoffsensor gemäß dieser Ausführungsform wird die Gasdiffusionsschicht gebildet, um die Porosität zwischen 60 μA und 200 μA auszuführen, wenn die Porosität unter Verwendung des Grenzstromwerts ausgedrückt wird. Folglich kann ein ausreichender Sauerstoff der Referenzelektrode zugeführt werden, und der Sauerstoffsensor kann den Sauerstoff ohne die Notwendigkeit, einen externen Schaltkreis zum Zuführen eines Injektionsstroms (der dazu dient, zusätzlichen Sauerstoff der Referenzelektrode zuzuführen) oder dergleichen vorzusehen, genau erfassen. Wenn die Porosität der Gasdiffusionsschicht entwickelt wird, um einen Wert anzuzeigen, der kleiner als 60 μA des Grenzstromwerts ist, wird die Diffusion des Referenzgases innerhalb der Gasdiffusionsschicht (d.h. auf der Referenzelektrodenseite) unzureichend, so dass die Ausgangsleistung reduziert wird. Um dieses zu kompensieren, ist der externe Schaltkreis zum Anlegen des Injektionsstroms oder dergleichen notwendig. Andererseits, wenn die Porosität der Gasdiffusionsschicht entwickelt wird, um einen Wert anzuzeigen, der größer als 200 μA des Grenzstromwerts ist, wird die Schichtdicke zu dick, und der Riss infolge der Innenspannung wird unschwer zum Zeitpunkt des Sinterns auftreten. Zum Beispiel in dem Fall, wo die Pore (Lücke) durch Hinzufügen des Lücken bildenden Werkstoffs, wie zum Beispiel Karbonpartikeln, gebildet wird; wird außerdem der Betrag des Lücken bildenden Werkstoffs erhöht, und die Ergiebigkeit des Sensorelements verschlechtert.
  • Diese Anmeldung basiert auf einer früheren japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-052627, die am 28. Februar 2006 eingereicht wurde. Der gesamte Inhalt dieser japanischen Patentanmeldung wird hiermit durch Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt vorliegender Anmeldung.
  • Obwohl die Erfindung gemäß den bestimmten Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben worden ist, ist sie nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Abänderungen und Varianten der oben beschriebenen Ausführungsformen erscheinen den Durchschnittsfachleuten im Licht der oben genannten Lehre. Der Schutzumfang der Erfindung wird bezüglich der folgenden Ansprüche definiert.

Claims (16)

  1. Sauerstoffsensor, der Folgendes aufweist: – einen Basiskörperbereich ; und – eine Mehrzahl von Funktionsschichten, die auf einer Oberfläche des Basiskörperbereichs laminiert sind, wobei die Funktionsschichten folgendes umfassen: – eine feste Elektrolytschicht, die Sauerstoffionen weiterleitet, – eine Referenzelektrodenschicht, die auf einer Basiskörperbereichsseite der festen Elektrolytschicht angeordnet ist, – eine Erfassungselektrodenschicht, die auf der entgegengesetzten Seite der festen Elektrolytschicht zur Referenzelektrodenschicht angeordnet ist, – einen Heizerbereich, der die feste Elektrolytschicht durch Aufheizen aktiviert, und – eine Gasdiffusionsschicht, die zwischen der Referenzelektrodenschicht und dem Basiskörperbereich ausgebildet ist, und ein Referenzgas innerhalb der Gasdiffusionsschicht eindiffundiert, – wobei die Gasdiffusionsschicht ausgebildet wird, um eine Porosität aufzuweisen, die einen Grenzstromwert im Bereich zwischen 60 μA und 200 μA darstellt, wobei der Grenzstromwert ein Wert von einem Strom ist, der zwischen der Referenzelektrodenschicht und der Erfassungselektrodenschicht fließt, wenn der dazwischen fließende Strom im Wesentlichen beim Übertragungsvorgang konstant ist, bei dem eine zwischen der Referenzelektrodenschicht und der Erfassungselektrodenschicht angelegte Spannung höher gesetzt wird.
  2. Sauerstoffsensor gemäß Anspruch 1, wobei die Gasdiffusionsschicht aus einem keramischen Werkstoff und einem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag gebildet wird, der ein Verhältnis zwischen 10% und 60% eines Gesamtbetrages des keramischen Werkstoffs und des Lücken bildenden Werkstoffs beim Gewicht ausweist; – ein Durchschnittspartikeldurchmesser des Lücken bildenden Werkstoffs im Bereich von 1 μm bis 20 μm liegt; und – der Lücken bildende Werkstoff verschwindet, wenn er einem Sintern unterzogen wird, um die Gasdiffusionsschicht als poröse keramische Schicht zu bilden.
  3. Sauerstoffsensor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Verhältnis durch einen Gehalt des Lücken bildenden Werkstoffs bezüglich des keramischen Werkstoffs vor dem Sintern definiert ist.
  4. Sauerstoffsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gasdiffusionsschicht aus dem keramischen Werkstoff und dem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag gebildet wird, der ein Verhältnis zwischen 30% und 50% des Gesamtbetrags des keramischen Werkstoffs und des Lücken bildenden Werkstoffs beim Gewicht ausweist.
  5. Sauerstoffsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gasdiffusionsschicht aus einem keramischen Werkstoff und einem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag gebildet wird, der ein Verhältnis zwischen 20% und 80% eines Gesamtbetrages des keramischen Werkstoffs und des Lücken bildenden Werkstoffs beim Volumen ausweist; – ein Durchschnittspartikeldurchmesser des Lücken bildenden Materials im Bereich von 1 μm bis 20 μm liegt; und – der Lücken bildende Werkstoff verschwindet, wenn er einem Sintern unterzogen wird, um die Gasdiffusionsschicht als poröse keramische Schicht zu bilden.
  6. Sauerstoffsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die feste Elektrolytschicht eine Mehrzahl von laminierten Unterschichten umfasst.
  7. Sauerstoffsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Gasdiffusionsschicht aus dem keramischen Werkstoff und dem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag gebildet wird, der ein Verhältnis zwischen 50% und 70% des Gesamtbetrages des keramischen Werkstoffs und des Lücken bildenden Werkstoffs beim Volumen aufweist.
  8. Sauerstoffsensor, der Folgendes aufweist: – einen Basiskörperbereich; und – eine Mehrzahl von Funktionsschichten, die auf einer Oberfläche des Basiskörperbereichs laminiert sind, wobei die Funktionsschichten folgendes umfassen: – eine feste Elektrolytschicht, die Sauerstoffionen weiterleitet, – eine Referenzelektrodenschicht, die auf einer Basiskörperbereichsseite der festen Elektrolytschicht angeordnet ist, – eine Erfassungselektrodenschicht, die auf der entgegengesetzten Seite der festen Elektrolytschicht zur Referenzelektrodenschicht angeordnet ist, – einen Heizerbereich, der die feste Elektrolytschicht durch Aufheizen aktiviert, und – eine Gasdiffusionsschicht, die zwischen der Referenzelektrodenschicht und dem Basiskörperbereich ausgebildet ist, und ein Referenzgas innerhalb der Gasdiffusionsschicht eindiffundiert wird, – wobei die Gasdiffusionsschicht aus einem keramischen Werkstoff und einem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag gebildet wird, der ein Verhältnis zwischen 10% und 60% eines Gesamtbetrags des keramischen Werkstoffs und des Lücken bildenden Werkstoffs beim Gewicht aufweist, wobei der Lücken bildende Werkstoff verschwindet, wenn er einem Sintern unterzogen wird, um die Gasdiffusionsschicht als porösen keramischen Werkstoff auszubilden.
  9. Sauerstoffsensor gemäß Anspruch 8, wobei die Gasdiffusionsschicht aus dem keramischen Werkstoff und dem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag gebildet wird, der ein Verhältnis zwischen 30% und 50% des Gesamtbetrags des keramischen Werkstoffs und des Lücken bildenden Werkstoffs beim Gewicht im Zustand vor dem Sintern ausweist.
  10. Sauerstoffsensor gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei ein Durchschnittspartikeldurchmesser des Lücken bildenden Werkstoffs im Bereich von 1 μm bis 20 μm liegt.
  11. Sauerstoffsensor, der Folgendes aufweist: – einen Basiskörperbereich; und – eine Mehrzahl von Funktionsschichten, die auf einer Oberfläche des Basiskörperbereichs laminiert sind, wobei die Funktionsschichten folgendes umfassen: – eine feste Elektrolytschicht, die Sauerstoffionen weiterleitet, – eine Referenzelektrodenschicht, die auf einer Basiskörperbereichsseite der festen Elektrolytschicht angeordnet ist, – eine Erfassungselektrodenschicht, die auf der entgegengesetzten Seite der festen Elektrolytschicht zur Referenzelektrodenschicht angeordnet ist, – einen Heizerbereich, der die feste Elektrolytschicht durch Aufheizen aktiviert, und – eine Gasdiffusionsschicht, die zwischen der Referenz elektrodenschicht und dem Basiskörperbereich ausgebildet ist, und ein Referenzgas innerhalb der Gasdiffusionsschicht eindiffundiert wird, – wobei die Gasdiffusionsschicht aus einem keramischen Werkstoff und einem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag gebildet wird, der ein Verhältnis zwischen 20% und 80% eines Gesamtbetrags des keramischen Werkstoffs und des Lücken bildenden Werkstoffs beim Volumen aufweist, wobei der Lücken bildende Werkstoff verschwindet, wenn er einem Sintern unterzogen wird, um die Gasdiffusionsschicht als porösen keramischen Werkstoff auszubilden.
  12. Sauerstoffsensor gemäß Anspruch 11, wobei die Gasdiffusionsschicht aus dem keramischen Werkstoff und dem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag ausbildet, der ein Verhältnis zwischen 50% und 70% des Gesamtbetrages des keramischen Werkstoffs und des Lücken bildenden Werkstoffs beim Volumen im Zustand vor dem Sintern aufweist.
  13. Sauerstoffsensor gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei ein Durchschnittspartikeldurchmesser des Lücken bildenden Werkstoffs im Bereich von 1 μm bis 20 μm liegt.
  14. Ein Herstellverfahren für einen Sauerstoffsensor, der Folgendes umfasst: – einen Basiskörperbereich; und – eine Mehrzahl von Funktionsschichten, die auf einer Oberfläche des Basiskörperbereichs laminiert sind, wobei die Funktionsschichten umfassen: – eine feste Elektrolytschicht, die Sauerstoffionen weiterleitet, – eine Referenzelektrodenschicht, die auf einer Basiskörperbereichsseite der festen Elektrolytschicht angeord net ist, – eine Erfassungselektrodenschicht, die auf der entgegengesetzten Seite der festen Elektrolytschicht zur Referenzelektrodenschicht angeordnet ist, – einen Heizerbereich, der die feste Elektrolytschicht durch Aufheizen aktiviert, und – eine Gasdiffusionsschicht, die zwischen der Referenzelektrodenschicht und dem Basiskörperbereich ausgebildet ist, und ein Referenzgas innerhalb der Gasdiffusionsschicht eindiffundiert wird, – wobei das Herstellverfahren Folgendes aufweist: – einen ersten Schritt zum Mischen eines keramischen Werkstoffs mit einem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag, der ein Verhältnis zwischen 10 Gew.-% und 60 Gew.-% oder zwischen 20 Vol.-% und 80 Vol.-% bezüglich eines Gesamtbetrags von keramischem Werkstoff und Lücken bildendem Werkstoff aufweist; und – einen zweiten Schritt zum Sintern der Mischung, um zu bewirken, dass der Lücken bildende Werkstoff verschwindet, um dadurch die Gasdiffusionsschicht als poröse keramische Schicht zu bilden.
  15. Herstellverfahren gemäß Anspruch 14, wobei im ersten Schritt: – ein keramischer Werkstoff mit dem Lücken bildenden Werkstoff mit einem Betrag gemischt wird, der ein Verhältnis zwischen 30 Gew.-% und 50 Gew.-% oder zwischen 50 Vol.-% und 70 Vol.-% bezüglich des Gesamtbetrages von keramischem Werkstoff und Lücken bildendem Werkstoff aufweist.
  16. Herstellverfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei im ersten Schritt – ein Durchschnittspartikeldurchmesser des Lücken bildenden Werkstoffs im Bereich von 1 μm bis 20 μm liegt.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4918516B2 (ja) * 2007-03-20 2012-04-18 日立オートモティブシステムズ株式会社 酸素センサ
WO2008114791A1 (ja) * 2007-03-20 2008-09-25 Hitachi, Ltd. 酸素センサ
JP5118089B2 (ja) * 2009-03-17 2013-01-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 ガスセンサ
JP5271944B2 (ja) * 2010-03-18 2013-08-21 日本碍子株式会社 ガスセンサ
CN106996952B (zh) * 2017-04-24 2019-05-07 东北大学 氧传感器用电解质层和致密扩散层双层结构的制备方法
CN115791930B (zh) * 2022-08-12 2024-03-15 江苏惟哲新材料有限公司 一种极限电流型氧传感器的制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2512548B2 (ja) * 1988-03-29 1996-07-03 日本碍子株式会社 酸素センサの多孔質保護層の検査方法
JP3694377B2 (ja) * 1996-11-29 2005-09-14 日本特殊陶業株式会社 酸素センサ及び空燃比検出方法
EP1404897A4 (de) * 2001-05-30 2008-06-04 Energetics Technologies L L C Gepulste elektrolysezelle
JP2003344350A (ja) * 2002-05-28 2003-12-03 Kyocera Corp 酸素センサ素子
JP3966805B2 (ja) * 2002-11-18 2007-08-29 株式会社日立製作所 空燃比検出装置
JP4015569B2 (ja) 2003-02-04 2007-11-28 株式会社日立製作所 空燃比検出装置
JP2005351740A (ja) * 2004-06-10 2005-12-22 Hitachi Ltd 酸素濃度検出素子

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