DE102013204228A1

DE102013204228A1 - Gassensorelement und dessen Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102013204228A1
Application number: DE102013204228A
Authority: DE
Inventors: Masami Saitou; Namitsugu Fujii; Norikazu KAJIYAMA
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2013-09-19
Also published as: CN103308583A; US20130240354A1; JP2013195140A; JP5829159B2; CN103308583B; CN105044188B; CN105044188A; US9540282B2

Abstract

Ein Gassensorelement hat einen basalen Körper, zumindest einen festen Elektrolytabschnitt und ein Paar Elektroden. Der basale Körper weist eine mit einem Boden versehene Rohrform auf und ist aus einem elektrisch isolierenden keramischen Material hergestellt. Der basale Körper weist eine Seitenwand und eine Bodenwand auf. Der zumindest eine feste Elektrolytabschnitt ist in der Bodenwand oder der Seitenwand des basalen Körpers ausgebildet. Das Paar Elektroden liegt mit dem zumindest einen festen Elektrolytabschnitt dazwischen eingefügt entgegengesetzt zueinander. Der Unterschied der Oberflächenhöhe zwischen dem basalen Körper und dem zumindest einen festen Elektrolytabschnitt an einem Grenzbereich dazwischen ist weniger als oder gleich wie 30 µm.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gassensorelement, das einen basalen Körper, der eine mit Boden versehene Rohrform aufweist und aus einem elektrisch isolierenden keramischen Material hergestellt ist, einen festen Elektrolytabschnitt und ein Paar Elektroden hat, und auf ein Verfahren zum Herstellen des Gassensorelements.
Beschreibung des Stands der Technik
Es gibt bekannte Gassensorelemente, die z. B. in Lambdasonden oder A/F-(Luft-Kraftstoff-)Verhältnis-Sensoren eingesetzt sind, um die Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas einer Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs zu erfassen.
Noch genauer sind Lambdasonden allgemein konfiguriert, um die Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas ausgehend von einer elektromotorischen Kraft zu erfassen, die von dem Gassensorelement abgegeben wird; die elektromotorische Kraft stellt den Unterschied der Sauerstoffkonzentration zwischen dem Abgas und einem Bezugsgas (z. B. Luft) dar. Andererseits sind A/F-Verhältnis-Sensoren allgemein konfiguriert, die Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas ausgehend von einem Grenzstrom zu erfassen, der von dem Gassensorelement abgegeben wird; der Grenzstrom stellt ebenfalls den Unterschied der Sauerstoffkonzentration zwischen dem Abgas und dem Bezugsgas dar. Zusätzlich sind die A/F-Verhältnis-Sensoren allgemein konfiguriert, das A/F-Verhältnis des zu der Maschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs ausgehend von der erfassten Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas zu bestimmen.
Darüber hinaus sind die bekannten Gassensorelemente allgemein konfiguriert, einen festen Elektrolytkörper und ein Paar von Mess- und Bezugselektroden zu haben. Der feste Elektrolytkörper ist z. B. aus einem teilweise durch Yttrium stabilisierten Zirkonium hergestellt. Die Mess- und Bezugselektroden sind aus z. B. Platin hergestellt und entsprechend an entgegengesetzten Oberflächen des festen Elektrolytkörpers bereitgestellt, um entsprechend dem Abgas (d. h. dem Messgas oder dem zu messenden Gas) und der Luft (d. h. dem Bezugsgas) ausgesetzt zu sein. Zusätzlich ist an der Messelektrode außerdem ein in den Gassensorelementen eine Schutzschicht bereitgestellt, die in Lambdasonden verwendet werden, und eine diffusionsresistente Schicht ist in den Gassensorelementen bereitgestellt, die in A/F-Verhältnis-Sensoren verwendet werden.
Darüber hinaus haben die bekannten Gassensorelemente allgemein entweder eine Plattenform oder eine mit einem Boden versehene Rohrform.
Noch genauer sind die plattenförmigen Gassensorelemente allgemein durch das Laminieren einer festen Elektrolytschicht und von Isolierschichten ausgebildet. Deswegen ist es einfach, die plattenförmigen Gassensorelemente herzustellen. Außerdem ist es möglich, eine Heizschicht zusammen mit den festen Elektrolyt- und Isolierschichten zu laminieren, und dabei im Betrieb die feste Elektrolytschicht einfach zu erwärmen. Jedoch sind aufgrund dieser plattenartigen Form an den Enden der Gassensorelemente Eckabschnitte ausgebildet. Folglich können die Gassensorelemente mit den Eckabschnitten einfach durch z. B. einen thermischen Schock beschädigt werden, der z. B. durch in dem Abgasrohr erzeugtes Wasser verursacht ist.
Andererseits ist es für die mit einem Boden versehenen rohrförmigen Gassensorelemente möglich, eine Bodenfläche davon als gekrümmte Fläche zu konfigurieren. Folglich ist es mit der gekrümmten Bodenfläche möglich, einen durch in dem Abgasrohr erzeugtes Wasser verursachten thermischen Schock abzumildern und dabei zu verhindern, dass die Gassensorelemente durch das Wasser beschädigt werden. Darüber hinaus ist es erwünscht, um die Herstellungskosten der Gassensorelemente zu minimieren, die Menge des festen Elektrolyts zu minimieren, das in den Gassensorelementen verwendet wird.
Um das voranstehend erwähnte Bedürfnis zu erfüllen, offenbart die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer H3-138 559 ein Gassensorelement, das einen hohlen zylindrischen Heizkörper hat. An der äußeren Oberfläche des Heizkörpers ist eine Nut ausgebildet, um mit dem hohlen in dem Heizkörper ausgebildeten Raum über eine Durchgangsbohrung in Verbindung zu sein. Eine feste Elektrolytschicht ist an der äußeren Oberfläche des Heizkörpers so ausgebildet, dass sie die Öffnung der Nut quert.
Mit der voranstehend beschriebenen Konfiguration besteht jedoch ein Unterschied der Höhe (oder des Niveaus) zwischen der äußeren Oberfläche des Heizkörpers und der äußeren Oberfläche der festen Elektrolytschicht. Deswegen kann während des Brennvorgangs des Gassensorelements, oder wenn aufgrund von in dem Abgas enthaltenen Wasser ein thermischer Schock auf das Gassensorelement aufgebracht wird, aufgrund des Unterschieds der Oberflächenhöhe dazwischen eine Spannungskonzentration an dem Grenzbereich zwischen dem Heizkörper und der festen Elektrolytschicht auftreten. Folglich kann eine Beschädigung des Gassensorelements verursacht werden, wie z. B., dass ein Auftreten von Rissen in dem Heizkörper oder in der festen Elektrolytschicht verursacht wird, oder dass verursacht wird, dass Elektrodenleitungsdrähte des Gassensorelements zerstört werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Gassensorelement bereitgestellt, das einen basalen Körper, zumindest einen festen Elektrolytabschnitt und ein Paar Elektroden hat. Der basale Körper weist eine mit einem Boden versehene Rohrform auf und ist aus einem elektrisch isolierenden keramischen Material hergestellt. Der basale Körper weist eine Seitenwand und eine Bodenwand auf. Der zumindest eine feste Elektrolytabschnitt ist in der Bodenwand oder der Seitenwand des basalen Körpers ausgebildet. Das Paar Elektroden liegt einander mit dem zumindest einen festen Elektrolytabschnitt dazwischen eingefügt entgegengesetzt zueinander. Der Unterschied der Oberflächenhöhe zwischen dem basalen Körper und dem zumindest einen festen Elektrolytabschnitt an einem Grenzbereich dazwischen ist weniger als oder gleich wie 30 µm.
Mit einem derart kleinen Unterschied kann während des Brennprozesses des Gassensorelements, oder wenn aufgrund von in dem Messgas (d. h., dem durch das Gassensorelement zu messenden Gas) enthaltenen Wasser ein thermischer Schock auf das Gassensorelement aufgebracht wird, verhindert werden, dass eine Spannungskonzentration an dem Grenzbereich zwischen dem basalen Körper und dem festen Elektrolytabschnitt auftritt. Als Ergebnis ist es möglich, zu verhindern, dass Risse in dem Gassensorelement auftreten.
Darüber hinaus ist es mit der mit dem Boden versehenen Rohrform des basalen Körpers möglich, das Gassensorelement zu konfigurieren, dass es an seinem messgasseitigen Ende keinen Eckabschnitt aufweist. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass aufgrund von einer Spannungskonzentration in dem Gassensorelement an einem Eckabschnitt davon Risse auftreten. Grundsätzlich ist es ebenfalls möglich, zu verhindern, dass das Gassensorelement während seinem Zusammenbau mit anderen Bauteilen aufgrund eines Zusammenstoßes eines Eckabschnitts davon gegen die anderen Bauteile beschädigt wird.
Um noch zuverlässiger zu verhindern, dass Risse in dem Gassensorelement auftreten, ist der Unterschied der Oberflächenhöhe zwischen dem basalen Körper und dem zumindest einen festen Elektrolytabschnitt an dem Grenzbereich dazwischen bevorzugt gleich wie oder weniger als 10 µm, und noch bevorzugter gleich wie oder weniger als 5 µm.
Es ist bevorzugt, dass die Boden- und Seitenwände des basalen Körpers miteinander über einen gekrümmten Grenzbereichsabschnitt dazwischen verbunden sind. In diesem Fall ist es möglich, zu verhindern, dass eine Spannungskonzentration an dem Grenzbereichsabschnitt zwischen der Seitenwand und der Bodenwand des basalen Körpers auftritt, und dabei zuverlässiger zu verhindern, dass Risse in dem Gassensorelement auftreten. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass der Hauptbestandteil des zumindest einen festen Elektrolytabschnitts teilweise stabilisiertes Zirkon ist. In diesem Fall ist es möglich, eine hohe Empfindlichkeit des Gassensorelements sicherzustellen.
Es ist ebenfalls bevorzugt, dass der Hauptbestandteil des elektrisch isolierenden keramischen Materials, aus dem der basale Körper hergestellt ist, Aluminium ist. In diesem Fall ist es möglich, sowohl eine hohe Wärmekonduktivität wie auch hohe elektrische Isoliereigenschaften des basalen Körpers sicherzustellen.
Gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen des Gassensorelements bereitgestellt. Das Verfahren hat die Schritte: (1) Formen eines ersten Tons, der zum Ausbilden des basalen Körpers bereitgestellt wird, in die Form des basalen Körpers, so dass zumindest ein leerer Raum in dem geformten ersten Ton ausgebildet ist; (2) Formen eines zweiten Tons, der zum Ausbilden des zumindest einen festen Elektrolytabschnitts bereitgestellt ist, in die Form des zumindest einen festen Elektrolytabschnitts durch Füllen des zweiten Tons in den zumindest einen leeren Raum, der in dem geformten ersten Ton ausgebildet ist; (3) zusammen Brennen von beiden, den geformten ersten und zweiten Tonen, um den basalen Körper und den zumindest einen festen Elektrolytabschnitt auszubilden; und (4) Ausbilden des Paars der Elektroden entsprechend an entgegengesetzten Seiten des zumindest einen festen Elektrolytabschnitts.
Mit dem voranstehend beschriebenen Verfahren kann der basale Körper und der zumindest eine feste Elektrolytabschnitt einstückig in einem Stück ausgebildet werden, so dass der zumindest eine feste Elektrolytabschnitt in der Bodenwand oder der Seitenwand des basalen Körpers vorhanden ist. Da darüber hinaus der zweite Ton geformt wird, indem er in den zumindest einen leeren Raum gefüllt wird, der vorangehend in dem ersten Ton ausgebildet wurde, ist es möglich, an dem Grenzbereich dazwischen einen derart kleinen Unterschied in der Oberflächenhöhe zwischen dem basalen Körper und dem zumindest einen festen Elektrolytabschnitt zu realisieren, wie er voranstehend beschrieben wurde. Zusätzlich kann der erste Ton zum Ausbilden des basalen Körpers durch das Mischen eines Pulvers des elektrisch isolierenden keramischen Materials, eines organischen Bindemittels, eines Dispersionsmittels und Wasser erhalten werden. Ähnlich kann der zweite Ton zum Ausbilden des zumindest einen festen Elektrolytabschnitts durch das Mischen eines Pulvers eines festen Elektrolytmaterials, eines organischen Bindemittels, eines Dispersionsmittels und Wasser erhalten werden.
Es ist bevorzugt, dass sowohl der erste wie auch der zweite Ton durch ein Einspritzformen unter Verwendung einer Matrizenbaugruppe geformt werden. In diesem Fall ist es möglich, sowohl die ersten wie auch die zweiten Tone genau zu formen, und dabei den Unterschied in der Oberflächenhöhe zwischen dem basalen Körper und dem zumindest einen festen Elektrolytabschnitt an dem Grenzbereich dazwischen zuverlässig zu unterdrücken.
Außerdem weist bevorzugt die Matrizenbaugruppe darin ausgebildet eine Höhlung auf; die Höhlung weist die Form des basalen Körpers auf. In dem ersten Schritt, den Ton zu formen, wird der erste Ton in die Höhlung gefüllt, wobei zumindest ein Abschnitt der Höhlung durch ein bewegliches Element besetzt ist. In dem Schritt, den zweiten Ton zu formen, wird der zweite Ton in den zumindest einen leeren Raum gefüllt, der in dem geformten ersten Ton ausgebildet ist, indem das bewegliche Element entfernt wird, um den zumindest einen Abschnitt der Höhlung frei zu machen. In diesem Fall ist es möglich, den basalen Körper und den zumindest einen festen Elektrolytabschnitt einstückig so auszubilden, dass der zumindest eine feste Elektrolytabschnitt in der Bodenwand oder der Seitenwand des basalen Körpers vorhanden ist.
Es ist ebenfalls bevorzugt, dass das Verfahren nach dem Schritt, den zweiten Ton zu formen und vor dem Brennschritt außerdem einen Schritt hat, sowohl den geformten ersten wie auch den geformten zweiten Ton zu entfetten. In diesem Fall ist es möglich, organische Bestandteile zu entfernen, die in den geformten ersten und zweiten Tonen vorhanden sind, bevor diese gebrannt werden.
Die vorliegende Erfindung wird genauer aus der ausführlichen im Folgenden gegebenen Beschreibung und den anhängenden Zeichnungen von beispielhaften Ausführungsformen verstanden werden, die jedoch nicht herangezogen werden sollen, um die Erfindung auf die bestimmten Ausführungsformen zu begrenzen, sondern die lediglich dem Zweck der Erläuterung und des Verständnisses dienen.
In den anhängenden Zeichnungen ist:
1 eine Seitenansicht eines Gassensorelements gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Querschnittsansicht des Gassensorelements entlang einer Linie II-II in 1;
3 eine Querschnittsansicht des Gassensorelements entlang einer Linie III-III in 1;
4 eine Seitenansicht eines basalen Körpers des Gassensorelements, in der der basale Köper einen in einer Seitenwand davon ausgebildeten festen Elektrolytabschnitt ausgebildet aufweist;
5 eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration einer Matrizenbaugruppe darstellt, die in der Herstellung des Gassensorelements verwendet wird, wobei ein Abschnitt einer Höhlung, die in der Matrizenbaugruppe ausgebildet ist, durch eine erste bewegliche Matrize besetzt ist;
6 eine Querschnittsansicht, die einen Zustand darstellt, in dem die in der Matrizenbaugruppe ausgebildete Höhlung mit einem ersten Ton zum Ausbilden des basalen Körpers gefüllt wurde, wobei der Abschnitt der Höhlung durch die erste bewegliche Matrize besetzt ist;
7 eine Querschnittsansicht, die einen anderen Zustand darstellt, in dem die erste bewegliche Matrize entfernt wurde, um den Abschnitt der Höhlung freizumachen, nachdem die Höhlung mit dem ersten Ton gefüllt wurde;
8 eine Querschnittsansicht, die noch einen anderen Zustand zeigt, in dem eine zweite bewegliche Matrize in eine Öffnung der Matrizenbaugruppe eingefügt wurde, die mit dem Abschnitt der Höhlung in Verbindung ist;
9 eine Querschnittsansicht, die noch einen anderen Zustand darstellt, in dem der Abschnitt der Höhlung mit einem zweiten Ton zum Ausbilden des festen Elektrolytabschnitts gefüllt wurde;
10 eine schematische Ansicht, die das Entfernen eines Rohlings von der Matrizenbaugruppe darstellt, wobei der Rohling aus den geformten ersten und zweiten Tonen besteht;
11 eine Seitenansicht eines basalen Körpers gemäß einer ersten Modifikation, worin ein Paar von festen Elektrolytabschnitten in einer Seitenwand des basalen Körpers ausgebildet ist;
12 eine Querschnittsansicht des basalen Körpers der 11 entlang der Längsrichtung des basalen Körpers;
13 eine Querschnittsansicht des basalen Körpers entlang der Linie XIII-XIII in 11;
14 eine Seitenansicht eines basalen Körpers gemäß einer zweiten Modifikation, in der ein fester Elektrolytabschnitt in dem basalen Körper so ausgebildet ist, dass er die gesamte Bodenwand des basalen Körpers ersetzt;
15 eine Querschnittsansicht des basalen Körpers entlang der Linie XV-XV in 14;
16 eine Querschnittsansicht des basalen Körpers entlang der Linie XVI-XVI in 14;
17 eine Seitenansicht eines basalen Körpers gemäß einer dritten Modifikation, in der ein fester Elektrolytabschnitt in einem Teil einer Seitenwand des basalen Körpers über den gesamten Umfang der Seitenwand ausgebildet ist;
18 eine Querschnittsansicht des basalen Körpers entlang der Linie XVIII-XVIII in 17;
19 eine Querschnittsansicht des basalen Körpers entlang der Linie XIX-XIX in 17;
20 eine Seitenansicht des basalen Körpers gemäß einer vierten Modifikation, in der ein fester Elektrolytabschnitt in dem basalen Körper so ausgebildet ist, dass er die gesamte Bodenwand des basalen Körpers wie auch einen Teil einer Seitenwand des basalen Körpers ersetzt;
21 eine Querschnittsansicht des basalen Körpers entlang der Linie XXI-XXI in 20;
22 eine Querschnittsansicht des basalen Körpers entlang der Linie XXII-XXII in 20;
23 eine Seitenansicht eines Gassensorelements gemäß einer zweiten Ausführungsform;
24 eine Querschnittsansicht des Gassensorelements entlang einer Linie XXIV-XXIV in 23; und
25 eine Querschnittsansicht des Gassensorelements entlang der Linie XXV-XXV in 23.
Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezug auf 1–25 beschrieben. Es sollte angemerkt werden, dass zu dem Zweck der Klarheit und des Verständnisses identische Bauteile, die identische Funktionen aufweisen, durch die gesamte Beschreibung wo immer möglich mit den gleichen Bezugszeichen in jeder der Figuren bezeichnet wurden, und dass zu dem Zweck, eine Redundanz zu vermeiden, Beschreibungen deren identischer Bauteile nicht wiederholt werden.
Erste Ausführungsform
1–4 zeigen zusammen die allgemeine Konfiguration eines Gassensorelements 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Gassensorelement 1 ist konstruiert, zum Erfassen der Konzentration eines bestimmten Bestandteils in einem zu messenden Gas (das im Folgenden einfach als Messgas bezeichnet werden wird) verwendet zu werden.
Wie aus den Figuren ersichtlich ist, hat das Gassensorelement 1 einen basalen Körper 10, einen festen Elektrolytabschnitt 103 und ein Paar Bezugs- und Messelektroden 11 und 12. Der basale Körper 10 weist eine mit einem Boden versehene Rohrform (oder eine Tassenform) auf und ist aus einem elektrisch isolierenden keramischen Material hergestellt. Ein Ende 101 des basalen Körpers 10 ist nämlich geschlossen, während das andere Ende 102 offen ist. Der basale Körper 10 weist eine Seitenwand 104 und eine runde Bodenwand 108 auf. Der feste Elektrolytabschnitt 103 ist einstückig mit dem basalen Körper 10 ausgebildet, um in einem Teil der Seitenwand 104 des basalen Körpers 10 eingebettet zu sein. Die Bezugs- und Messelektroden 11 und 12 liegen mit dem festen Elektrolytabschnitt 103 dazwischen eingefügt zueinander entgegengesetzt. Der Unterschied der Oberflächenhöhe (oder Oberflächenniveaus) zwischen dem basalen Körper 10 und dem festen Elektrolytabschnitt 103 an dem Grenzbereich 105 dazwischen ist bestimmt, kleiner als oder gleich wie 30 µm zu sein.
Die detaillierte Konfiguration des Gassensorelements 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben.
Der basale Körper 10 enthält z. B. Aluminium (Al₂O₃) als Hauptbestandteil. Noch genauer beträgt der Prozentgehalt des Aluminiums in dem basalen Körper 10 90 Masse% oder mehr. Darüber hinaus kann der basale Körper 10 außerdem zusätzlich zu dem Aluminium z. B. zumindest eines aus Zirkon (ZrO₂), Yttrium (Y₂O₃), Magnesium (MgO), Kalzium (CaO) und Silizium (SiO₂) enthalten.
Der basale Körper 10 weist die mit einem Boden versehene Rohrform auf, so dass in dem basalen Körper 10 ein hohler Raum ausgebildet ist. Obwohl dies grafisch nicht dargestellt ist, kann zusätzlich ein stangenförmiges Heizelement in dem hohlen Raum des basalen Körpers 10 angeordnet sein, um den festen Elektrolytabschnitt 103 zu erwärmen. Folglich ist es mit dem Heizelement möglich, die Zeit zu reduzieren, die erforderlich ist, bis der feste Elektrolytabschnitt 103 in der Lage ist, Sauerstoffionen zu leiten, und dabei eine sofortige Aktivierung des festen Elektrolytabschnitts 103 sicherzustellen.
Wie aus 2 ersichtlich ist, sind in der vorliegenden Ausführungsform die Seitenwand 104 und die Bodenwand 108 des basalen Körpers 10 miteinander über einen dazwischen liegenden gekrümmten Grenzbereichsabschnitt 148 verbunden.
Der feste Elektrolytabschnitt 103 enthält z. B. Zirkon als Hauptbestandteil. Der feste Elektrolytabschnitt 103 enthält ebenfalls 4 bis 8 mol% Yttrium, um das Zirkon teilweise zu stabilisieren. Mit anderen Worten enthält der feste Elektrolytabschnitt 103 das teilweise stabilisierte Zirkon als seinen Hauptbestandteil. Darüber hinaus kann der feste Elektrolytabschnitt 103 außerdem z. B. zumindest eines aus Aluminium, Silizium, Magnesium und Kalzium zusätzlich zu dem Zirkon und dem Yttrium enthalten.
Der feste Elektrolytabschnitt 103 ist einstückig mit dem basalen Körper 10 ausgebildet, indem er zusammen mit dem basalen Körper 10 gebrannt wird. Der feste Elektrolytabschnitt 103 ist in die Seitenwand 104 des basalen Körpers 10 eingebettet, um einen Teil der Seitenwand 104 zu ersetzen. Zusätzlich ist der feste Elektrolytabschnitt 103 nahe an dem geschlossenen Ende 101 des basalen Körpers 10 positioniert.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Unterschied der Oberflächenhöhe zwischen dem basalen Körper 10 und dem festen Elektrolytabschnitt 103 an dem Grenzbereich 105 dazwischen maximal sowohl an der Innenfläche 106 wie auch der Außenfläche 107 des basalen Körpers 10 3 µm. Mit anderen Worten besteht nahezu kein Unterschied der Oberflächenhöhe zwischen dem basalen Körper 10 und dem festen Elektrolytabschnitt 103 an dem Grenzbereich 105 dazwischen.
Die Bezugs- und Messelektroden 11 und 12 sind aus einem elektrisch leitenden Metall wie z. B. Platin hergestellt. Die Bezugs- und Messelektroden 11 und 12 sind entsprechend an gegenüberliegenden Seiten des festen Elektrolytabschnitts 103 ausgebildet, um dazwischen eingefügt den festen Elektrolytabschnitt 103 aufzuweisen. Noch genauer ist die Bezugselektrode 11 an der Innenfläche 106 des basalen Körpers 10 ausgebildet, um nahezu die gesamte Innenfläche 106 wie auch den festen Elektrolytabschnitt 103 zu bedecken. Andererseits ist die Messelektrode 12 an der äußeren Oberfläche 107 des basalen Körpers 10 ausgebildet, um an dem festen Elektrolytabschnitt 103 einen Elektrodenabschnitt 121 und einen Führungsabschnitt 122 aufzuweisen, der sich von dem Elektrodenabschnitt 121 zu dem offenen Ende 102 des basalen Körpers 10 hin erstreckt. Zusätzlich ist im Betrieb des Gassensorelements 1 die Bezugselektrode 11 einem Bezugsgas ausgesetzt, während die Messelektrode 12 dem Messgas ausgesetzt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform hat das Gassensorelement 1 außerdem eine poröse Schutzschicht 13, die an der Messelektrode 12 ausgebildet ist, um den Elektrodenabschnitt 121 der Messelektrode 12 vollständig abzudecken und ihn dabei vor giftigen Stoffen zu schützen, die in dem Messgas enthalten sind. Die poröse Schutzschicht 13 ist aus einem feuerfesten Metalloxid wie z. B. einem MgO·Al₂O₃-Spinell hergestellt und weist auf dem Elektrodenabschnitt 121 eine Dicke (maximale Dicke) von 300 µm auf.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Gassensorelement 1 konfiguriert, in einer Lambdasonde zum Erfassen der Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas einer Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs verwendet zu werden.
Noch genauer ist das Gassensorelement in ein Abgasrohr der Maschine von seinem geschlossenen Ende 101 her einzufügen. In dem Betrieb ist die Bezugselektrode 11, die an der inneren Fläche 106 des basalen Körpers 10 ausgebildet ist, der Luft (d. h., dem Bezugsgas) ausgesetzt, das in den hohlen Raum des basalen Körpers 10 von dessen offenem Ende 102 her eingebracht wird, während die Messelektrode 12, die an der äußeren Fläche 107 des basalen Körpers 10 ausgebildet ist, dem Abgas (d. h. dem Messgas) ausgesetzt ist, das in dem Abgasrohr strömt. Der feste Elektrolytabschnitt 103 und die Bezugs- und Messelektroden 11 und 12, die entsprechend an den gegenüberliegenden Oberflächen des festen Elektrolytabschnitts 103 ausgebildet sind, bilden zusammen eine elektrochemische Zelle aus. Folglich wird abhängig von dem Unterschied der Sauerstoffkonzentration zwischen der Luft und dem Abgas zwischen der Bezugs- und Messelektrode 11 und 12 eine elektrische Spannung erzeugt. Als Ergebnis ist es möglich, die Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas ausgehend von dem Gassensorelement 1 abgegebenen elektrischen Spannung zu bestimmen.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Gassensorelements 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Das Verfahren hat einen ersten Formschritt, einen zweiten Formschritt, einen Entfettungsschritt, einen Brennschritt und einen Elektrodenausbildungsschritt. In dem ersten Formschritt wird ein erster Ton 18 zum Ausbilden des basalen Körpers 10 in die mit einem Boden versehene Rohrform des basalen Körpers 10 geformt, so dass ein leerer Raum 201 in dem geformten ersten Ton 18 an einer Position entsprechend dem festen Elektrolytabschnitt 103 ausgebildet ist (siehe 6 und 7). In dem zweiten Formschritt wird ein zweiter Ton 19 zum Ausbilden des festen Elektrolytabschnitts 103 in den leeren Raum 201 gefüllt, und dabei in die Form des festen Elektrolytabschnitts 103 geformt (siehe 8 und 9). In dem Entfettungsschritt wird ein Rohling 100, der durch den ersten und zweiten Formschritt erhalten wird, entfettet (siehe 10). In dem Brennschritt wird der entfettete Rohling 10 gebrannt, um den basalen Körper 10 und den festen Elektrolytabschnitt 103 auszubilden. In dem Elektrodenausbildungsschritt werden die Bezugs- und die Messelektrode 11 und 12 entsprechend an der inneren und der äußeren Fläche 106 und 107 des basalen Körpers 10 ausgebildet (siehe 1–3).
Das Verfahren zur Herstellung des Gassensorelements 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird im Folgenden in genauerem Detail beschrieben.
In dem ersten Formschritt werden ein Aluminiumpulver, ein Paraffinharz, ein Styren-Butadien-Copolymerharz und eine Stearinsäure durch Hinzufügen von reinem Wasser dazu zusammengemischt und erwärmt, und somit der erste Ton 18 ausgebildet.
Wie aus 5 ersichtlich ist, wird dann eine Einspritzformmatrizenbaugruppe 2 vorbereitet, in der eine Höhlung 20 ausgebildet ist; die Höhlung 20 weist die mit einem Boden versehene Rohrform des basalen Körpers 10 auf. Die Matrizenbaugruppe 2 besteht aus einer oberen Matrize 21, einer Zwischenmatrize 22, einer unteren Matrize 23 und einer beweglichen Matrize 231, die alle voneinander abnehmbar ausgebildet sind. In der oberen Matrize 21 ist ein Einspritzanschluss 211 zum Einspritzen des ersten Tons 18 in die durch die obere, Zwischen- und untere Matrize 21 bis 23 definierte Höhlung 20 ausgebildet. In der unteren Matrize 23 ist eine Öffnung der Höhlung 20 an einer Position entsprechend dem festen Elektrolytabschnitt 103 ausgebildet. Die bewegliche Matrize 231 ist durch die in der unteren Matrize 23 ausgebildete Öffnung in die Höhlung 20 eingefügt, um einen Abschnitt 201 der Höhlung 20 zu besetzen, in dem der feste Elektrolytabschnitt 103 auszubilden ist.
Wie aus 6 ersichtlich ist, wird danach durch das Einspritzen des ersten Tons 18 in die Höhlung 20 über den Einspritzanschluss 211 ein erstes Einspritzformen durchgeführt, um die Höhlung 20 zu füllen. Folglich ist der erste Ton 18 in die mit einem Boden versehene Rohrform des basalen Körpers 10 geformt.
Wie außerdem aus 7 ersichtlich ist, wird die bewegliche Matrize 231 von der unteren Matrize 23 entfernt, um den Abschnitt 201 der Höhlung 20 frei zu machen, und dabei in dem geformten ersten Ton 18 der leere Raum 201 ausgebildet.
In dem zweiten Formschritt werden ein Zirkoniumpulver, ein Yttriumpulver, ein Paraffinharz, ein Styren-Butadien-Copolymerharz und eine Stearinsäure durch das Hinzufügen von reinem Wasser dazu zusammengemischt und erwärmt, und dadurch der zweite Ton 19 ausgebildet.
Wie aus 8 ersichtlich ist, wird dann eine andere bewegliche Matrize 232 in die in der unteren Matrize 23 ausgebildete Öffnung eingefügt, ohne den leeren Raum 201 zu besetzen, der in dem geformten ersten Ton 18 ausgebildet ist. In der beweglichen Matrize 232 ist ein Einspritzanschluss 233 zum Einspritzen des zweiten Tons 19 in den leeren Raum 201 ausgebildet.
Wie aus 9 ersichtlich ist, wird danach ein zweites Einspritzformen durch das Einspritzen des zweiten Tons 19 in den in dem geformten ersten Ton 18 ausgebildeten leeren Raum 201 über den Einspritzanschluss 233 durchgeführt, um den leeren Raum 201 zu füllen. Folglich ist der zweite Ton 19 in die Form des festen Elektrolytabschnitts 103 geformt.
Wie außerdem aus 10 ersichtlich ist, werden die geformten ersten und zweiten Tone 18 und 19 von den Matrizen 21–23 und 232 entfernt. Als Ergebnis wird der Rohling 100 erhalten, der den ersten Ton 18, der in dem mit einem Boden versehene Rohrform des basalen Körpers 10 geformt ist, und den zweiten Ton 19, der in den ersten Ton 18 eingebettet ist, um den festen Elektrolytabschnitt 103 auszubilden, hat.
Der Rohling 100 wird dann in dem Entfettungsschritt entfettet und weiter in dem Brennschritt gebrannt. Als Ergebnis werden sowohl der basale Körper 10 wie auch der feste Elektrolytabschnitt 103 erhalten; diese sind einstückig in ein Stück ausgebildet, so dass der feste Elektrolytabschnitt 103 in einem Teil der Seitenwand 104 des basalen Körpers 10 eingebettet ist, wie aus 4 ersichtlich ist.
Zusätzlich kann die Brenntemperatur, mit der der Rohling 100 gebrannt wird, geeignet entsprechend den Zusammensetzungen der ersten und zweiten Tone 18 und 19 eingestellt sein.
In dem Elektrodenausbildungsschritt werden die Bezugs- und Messelektrode 11 und 12 entsprechend an den inneren und äußeren Flächen 106 und 107 des basalen Körpers 10 durch ein erstes elektroloses Ablagern von Platin an den Oberflächen 106 und 107 und dann Durchführen einer Wärmebehandlung mit z. B. 1000 °C ausgebildet.
Zusätzlich ist in der vorliegenden Ausführungsform die poröse Schutzschicht 13 außerdem durch ein Plasma-Sprühen eines MgO·Al₂O₃-Spinells weiter ausgebildet, um den Elektrodenabschnitt 121 der Messelektrode 12 vollständig abzudecken.
Als Ergebnis wird das Gassensoreelement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform schlussendlich erhalten.
Zusätzlich haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine berührungslose Messung unter Verwendung eines Laser-Verdrängungszählers durchgeführt, um den Unterschied der Oberflächenhöhe zwischen dem basalen Körper 10 und dem festen Elektrolytabschnitt 103 an dem Grenzbereich 105 dazwischen zu messen. Als Ergebnis wurde klargestellt, dass der Unterschied der Oberflächenhöhe zwischen dem basalen Körper 10 und dem festen Elektrolytabschnitt 103 an dem Grenzbereich 105 dazwischen sowohl an der inneren Fläche 106 wie auch der äußeren Fläche 107 des basalen Körpers 10 maximal 3 µm beträgt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die folgenden Vorteile zu erzielen.
Wie voranstehend beschrieben wurde, ist in dem Gassensorelement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der feste Elektrolytabschnitt 103 einstückig mit dem basalen Körper 10 ausgebildet, um in einen Teil der Seitenwand 104 des basalen Körpers 10 eingebettet zu werden. Der Unterschied in der Oberflächenhöhe zwischen dem basalen Körper 10 und dem festen Elektrolytabschnitt 103 an dem Grenzbereich 105 dazwischen ist kleiner als oder gleich 30 µm, und noch genauer sowohl an der inneren Fläche 106 wie auch der äußeren Fläche 107 des basalen Körpers 10 maximal 3 µm.
Folglich kann während des Brennprozesses des Gassensorelements 1, oder wenn aufgrund von in dem Messgas enthaltenen Wasser ein thermischer Schock auf das Gassensorelement 1 aufgebracht wird, verhindert werden, dass an dem Grenzbereich 105 zwischen dem basalen Körper 10 und dem festen Elektrolytabschnitt 103 eine Spannungskonzentration auftritt. Als Ergebnis ist es möglich, zu verhindern, dass Risse in dem Gassensorelement 1 auftreten.
Darüber hinaus weist in dem Gassensorelement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der basale Körper 10 die mit einem Boden versehene Rohrform auf. Deswegen kann ungleich zu einem plattenförmigen Gassensorelement das Gassensorelement 1 konfiguriert sein, an seinem messgasseitigen Ende (d. h., an dem geschlossenen Ende 101 des basalen Körpers 10) keinen Eckabschnitt aufzuweisen. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass Risse aufgrund von einer Spannungskonzentration an einem Eckabschnitt davon in dem Gassensorelement 1 auftreten. Zusätzlich ist es ebenfalls möglich, zu verhindern, dass das Gassensorelement 1 während seines Zusammenbaus mit anderen Bauteilen aufgrund eines Zusammenstoßes eines Eckabschnitts davon gegen die anderen Bauteile beschädigt wird.
In dem Gassensorelement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Seitenwand 104 und die Bodenwand 108 des basalen Köpers 10 miteinander über den gekrümmten Grenzbereichsabschnitt 148 dazwischen verbunden. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass eine Spannungskonzentration an dem Grenzbereichsabschnitt 148 zwischen der Seitenwand 104 und der Bodenwand 108 des basalen Körpers 10 auftritt, und dabei zuverlässiger zu verhindern, dass Risse in dem Gassensorelement 1 auftreten.
In dem Gassensorelement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält der basale Körper 10 Aluminium als Hauptbestandteil. Folglich ist es möglich, sowohl eine hohe Wärmekonduktivität wie auch hohe elektrische Isoliereigenschaften des basalen Körpers 10 sicherzustellen.
In dem Gassensorelement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält der feste Elektrolytabschnitt 103 das teilweise stabilisierte Zirkon als Hauptbestandteil. Folglich ist es möglich, eine hohe Empfindlichkeit des Gassensorelements 1 sicherzustellen.
In der vorliegenden Ausführungsform hat das Verfahren zur Herstellung des Gassensorelements 1 die ersten und zweiten Formschritte und den Brennschritt. In dem ersten Formschritt wird der erste Ton 18, der zum Ausbilden des basalen Körpers 10 vorbereitet ist, in die mit einem Boden versehene Rohrform des basalen Körpers so geformt, dass der leere Raum 201 in den geformten ersten Ton 18 an der Position entsprechend dem festen Elektrolytabschnitt 103 ausgebildet ist. In dem zweiten Formschritt wird der zweite Ton 19, der zum Ausbilden des festen Elektrolytabschnitts 103 vorbereitet ist, in den leeren Raum 201 eingefüllt, und dabei in die Form des festen Elektrolytabschnitts 103 geformt. In dem Brennschritt werden sowohl der erste wie auch der zweite Ton 18 und 19 zusammen gebrannt, um den basalen Körper 10 und den festen Elektrolytabschnitt 103 auszubilden.
Mit dem voranstehend beschriebenen Verfahren kann der basale Körper 10 und der feste Elektrolytabschnitt 103 einstückig als ein Stück ausgebildet werden, so dass der feste Elektrolytabschnitt 103 in einem Teil der Seitenwand 104 des basalen Körpers 10 eingebettet ist. Da darüber hinaus der zweite Ton 19 geformt wird, indem er in den leeren Raum 201 eingefüllt wird, der vorangehend in dem ersten Ton 18 ausgebildet wurde, ist es möglich, einen derart kleinen Unterschied der Oberflächenhöhe zwischen dem basalen Körper 10 und dem festen Elektrolytkörper 103 an dem Grenzbereich 105 dazwischen auszubilden, wie voranstehend beschrieben wurde.
In der vorliegenden Ausführungsform werden sowohl der erste wie auch der zweite Ton 18 und 19 durch Einspritzformen unter Verwendung der Matrizenbaugruppe 2 geformt. Folglich ist es möglich, sowohl den ersten wie auch den zweiten Ton 18 und 19 genau zu formen und dabei zuverlässig den Unterschied der Oberflächenhöhe zwischen dem basalen Körper 10 und dem festen Elektrolytabschnitt 102 an dem Grenzbereich 105 dazwischen zu unterdrücken.
In der vorliegenden Ausführungsform weist die Matrizenbaugruppe 2 die darin ausgebildete Höhlung 20 auf; die Höhlung 20 weist die bodenförmige Rohrform des basalen Körpers 10 auf. In dem ersten Formschritt wird der erste Ton 18 in die Höhlung 20 eingefüllt, wobei der Abschnitt 201 der Höhlung 20 durch die bewegliche Matrize 231 besetzt ist. In dem zweiten Formschritt wird der zweite Ton 19 in den leeren Raum 201 eingefüllt, der in dem geformten ersten Ton 18 ausgebildet ist, in dem die bewegliche Matrize 231 entfernt wird, um den Abschnitt 201 der Höhlung 20 freizumachen. Folglich ist es möglich, den basalen Körper 10 und den festen Elektrolytabschnitt 103 einstückig einfach auszubilden, so dass der feste Elektrolytabschnitt 103 in einem Teil der Seitenwand 104 des basalen Körpers 10 eingebettet ist.
In der vorliegenden Ausführungsform hat das Verfahren zum Herstellen des Gassensorelements 1 den Entfettungsschritt nach dem zweiten Formschritt und vor dem Brennschritt. Folglich ist es durch das Durchführen des Entfettungsschritts möglich, organische Bestandteile zu entfernen, die in dem Rohling 100 vorhanden sind, bevor dieser gebrannt wird.
Zusätzlich ist in dem Gassensorelement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform lediglich der einzelne feste Elektrolytabschnitt 103 in der Seitenwand 104 des basalen Körpers 100 ausgebildet, wie voranstehend beschrieben wurde. Jedoch ist es ebenfalls möglich, mehr als einen festen Elektrolytabschnitt 103 in der Seitenwand 104 des basalen Körpers 10 auszubilden. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, einen oder mehr feste Elektrolytabschnitte 103 in der Bodenwand 108 des basalen Körpers 10 auszubilden.
Zum Beispiel gibt es in einer in 11–13 gezeigten ersten Modifikation ein Paar von festen Elektrolytabschnitten 103a und 103b, die in der Seitenwand 104 des basalen Körpers 10 ausgebildet sind. Die festen Elektrolytabschnitte 103a und 103b sind nahe an dem geschlossenen Ende 101 des basalen Körpers 10 positioniert und liegen einander mit dem dazwischen eingefügten hohlen Raum des basalen Körpers 10 gegenüber.
In einer zweiten Modifikation, die in 14–16 gezeigt ist, ist lediglich ein fester Elektrolytabschnitt 103 in dem basalen Körper 10 ausgebildet, um die gesamte Bodenwand 108 des basalen Körpers 10 zu ersetzen.
In einer dritten Modifikation, die in 17–19 gezeigt ist, ist lediglich ein fester Elektrolytabschnitt 103 in der Seitenwand 104 des basalen Körpers 10 über den gesamten Umfang der Seitenwand 104 ausgebildet. Zusätzlich ersetzt der feste Elektrolytabschnitt 103 lediglich einen Teil der Seitenwand 104 des basalen Körpers 10 in der Nähe des geschlossenen Endes 101 des basalen Körpers 10.
In einer vierten Modifikation, die in 20–22 gezeigt ist, ist lediglich ein fester Elektrolytabschnitt 103 in dem basalen Körper 19 ausgebildet, um die gesamte Bodenwand 108 des basalen Körpers 10 wie auch einen Teil der Seitenwand 104 des basalen Körpers 10 zu ersetzen, die an die Bodenwand 108 angrenzt. Zusätzlich ist der feste Elektrolytabschnitt 103 in der Seitenwand 104 des basalen Körpers 10 über den gesamten Umfang der Seitenwand 104 ausgebildet.
Es sollte angemerkt werden, dass in den voranstehend beschriebenen ersten bis vierten Modifikationen die festen Elektrolytabschnitte ebenfalls einstückig mit dem basalen Körper 10 durch Einspritzformen ausgebildet sein können, so dass die Unterschiede in der Oberflächenhöhe zwischen den festen Elektrolytabschnitten und dem basalen Körper 10 an den Grenzbereichen dazwischen maximal 3 µm betragen.
[Zweite Ausführungsform]
Diese Ausführungsform stellt ein Gassensorelement 3 dar, das eine ähnliche Konfiguration wie das Gassensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform aufweist. Entsprechend werden im Folgenden lediglich die Unterschiede zwischen den Gassensorelementen 1 und 3 beschrieben.
In der ersten Ausführungsform ist das Gassensorelement 1 konfiguriert, um in einer Lambdasonde verwendet zu werden. Das Gassensorelement 1 hat zusätzlich zu dem basalen Körper 10 des festen Elektrolytabschnitt 103 und den Bezugs- und Messelektroden 11 und 12, die poröse Schutzschicht 13, die an der Messelektrode 12 ausgebildet ist, um den Elektrodenabschnitt 121 der Messelektrode 12 vollständig zu bedecken.
Im Vergleich ist in der vorliegenden Ausführungsform das Gassensorelement 3 konfiguriert, um in einem A/F-Verhältnissensor (Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor) verwendet zu werden. Wie aus 23–25 ersichtlich ist, hat das Gassensorelement 3 eine diffusionsresistente Schicht 33 und eine Schutzschicht 34 zusätzlich zu dem basalen Körper 10, dem festen Elektrolytabschnitt 103 und den Bezugs- und Messelektroden 11 und 12. Mit anderen Worten, hat das Gassensorelement 3 die diffusionsresistente Schicht 33 und die Schirmschicht 34 anstelle der porösen Schutzschicht 13, die in dem Gassensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform vorhanden ist.
Noch genauer ist in dem Gassensorelement 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die diffusionsresistente Schicht 33 an der Messelektrode 12 ausgebildet, um den Elektrodenabschnitt 121 der Messelektrode 12 vollständig zu bedecken. Die diffusionsresistente Schicht 33 ist aus einem porösen brennfesten Metalloxid wie z. B. einem porösen MgO·Al₂O₃-Spinnel hergestellt. Die diffusionsresistente Schicht 33 weist eine vorbestimmte Porosität auf, um die Diffusion des Messgases zu steuern.
Die Schirmschicht 34 ist an der diffusionsresistenten Schicht 33 so ausgebildet, dass sie die diffusionsresistente Schicht 33 lediglich teilweise bedeckt. Noch genauer ist ein Teil der diffusionsresistenten Schicht 33 an der Seite des geschlossenen Endes 101 des basalen Körpers 10 nicht durch die Schirmschicht 34 bedeckt. Die Schirmschicht 34 ist aus einem nicht porösen (oder dichten) brennfesten Metalloxid wie z. B. einem nicht porösen MgO·Al₂O₃-Spinnel hergestellt. Deswegen ist die Schirmschicht 34 für das Messgas undurchlässig.
Folglich strömt in dem Betrieb des Gassensorelements 3 das Messgas lediglich von dem Teil der diffusionsresistenten Schicht 33 in die diffusionsresistente Schicht 33, der nicht durch die Schirmschicht 34 bedeckt ist, und strömt durch das Innere der diffusionsresistenten Schicht 33 weiter zu dem Elektrodenabschnitt 121 der Messelektrode 12.
Das Gassensorelement 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die gleichen Vorteile wie das Gassensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf.
Während die voranstehenden besonderen Ausführungsformen und Modifikationen gezeigt und beschrieben wurden, wird von Fachleuten verstanden, dass weitere Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen gemacht werden können, ohne von dem Geist der Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel sind in der ersten Ausführungsform sowohl der erste Ton 18 zum Ausbilden des basalen Körpers 10 wie auch der zweite Ton 19 zum Ausbilden des festen Elektrolytabschnitts 3 durch Einspritzformen unter Verwendung der Matrizenbaugruppe 2 geformt. Jedoch ist es ebenfalls möglich, den ersten und den zweiten Ton 18 und 19 durch andere Verfahren wie z. B. durch Spritzgießen (slipcasting) unter Verwendung einer Gipsform oder einer Harzform auszubilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 138559 [0008]

Claims

Gassensorelement mit: einem basalen Körper, der eine mit einem Boden versehene Rohrform aufweist und aus einem elektrisch isolierenden keramischen Material hergestellt ist, wobei der basale Körper eine Seitenwand und eine Bodenwand aufweist; zumindest einem festen Elektrolytabschnitt, der in der Bodenwand oder der Seitenwand des basalen Körpers ausgebildet ist; und einem Paar Elektroden, die mit zumindest dem festen Elektrolytabschnitt dazwischen eingefügt einander entgegengesetzt liegen, wobei ein Unterschied in einer Oberflächenhöhe zwischen dem basalen Köper und dem zumindest einen festen Elektrolytabschnitt an einem Grenzbereich dazwischen weniger als oder gleich wie 30 µm ist.
Gassensorelement nach Anspruch 1, wobei der Unterschied in der Oberflächenhöhe zwischen dem basalen Körper und dem zumindest einen festen Elektrolytabschnitt an dem Grenzbereich dazwischen gleich wie oder weniger als 10 µm ist.
Gassensorelement nach Anspruch 1, wobei die Boden- und Seitenwände des basalen Körpers miteinander über einen gekrümmten dazwischen liegenden Grenzbereichsabschnitt verbunden sind.
Gassensorelement nach Anspruch 1, wobei ein Hauptbestandteil des zumindest einen festen Elektrolytabschnitt teilweise stabilisiertes Zirkon ist.
Gassensorelement nach Anspruch 1, wobei ein Hauptbestandteil des elektrisch isolierenden keramischen Materials, aus dem der basale Körper hergestellt ist, Aluminium ist.
Verfahren zum Herstellen des Gassensorelements nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Formen eines ersten Tons, der zum Ausbilden des basalen Körpers bereitgestellt ist, in die Form des basalen Körpers, so dass in dem geformten ersten Ton zumindest ein leerer Raum ausgebildet ist; Formen eines zweiten Tons, der zum Ausbilden des zumindest einen festen Elektrolytabschnitts bereitgestellt ist, in die Form des zumindest einen festen Elektrolytabschnitts durch Einfüllen des zweiten Tons in den zumindest einen leeren Raum, der in dem ersten geformten Ton ausgebildet ist; zusammen Brennen von sowohl dem geformten ersten wie auch zweiten Ton, um den basalen Körper und den zumindest einen festen Elektrolytabschnitt auszubilden; und entsprechend Ausbilden des Paars von Elektroden an entgegengesetzten Seiten des zumindest einen festen Elektrolytabschnitts.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei sowohl der erste wie auch der zweite Ton durch Einspritzformen unter Verwendung einer Matrizenbaugruppe geformt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Matrizenbaugruppe in sich ausgebildet eine Höhlung aufweist, und die Höhlung die Form des basalen Körpers aufweist, in dem ersten Tonformschritt der erste Ton in die Höhlung mit zumindest einem Abschnitt der Höhlung durch ein bewegliches Element besetzt eingefüllt wird, und in dem zweiten Tonformschritt der zweite Ton in den zumindest einen leeren Raum eingefüllt wird, der in dem geformten ersten Ton ausgebildet ist, in dem das bewegliche Element entfernt wird, um den zumindest einen Abschnitt der Höhlung freizumachen.
Verfahren nach Anspruch 6, außerdem mit einem Schritt nach dem zweiten Tonformschritt und vor dem Brennschritt, sowohl den ersten Ton wie auch den zweiten Ton zu entfetten.