DE2828702A1

DE2828702A1 - Verfahren zur herstellung eines glassensors aus einem mit widerstand behafteten keramischen oxid

Info

Publication number: DE2828702A1
Application number: DE19782828702
Authority: DE
Inventors: Donald C Davis
Original assignee: Bendix Autolite Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1977-08-29
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1979-03-15
Also published as: JPS5438197A; GB2003272A; FR2402205A1; IT7826610A0; IT1098377B; AU3780578A; SE7809061L

Description

Verfahren zur Herstellung eines Glassensors aus einem
mit Widerstand behafteten keramischen Oxid

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Sauerstoffsensoren zur Verwendung in der Abgasleitung von Verbrennungsmaschinen, insbesondere auf solchB Sensoren, die die Änderung dss ohmschen Widerstandes
eines keramischen Oxides zum Messen benutzen.

Bei derartigen Sauerstoffsensoren, die in der Abgasleitung von Verbrennungsmaschinen Verwendung finden, ist es bekannt, ein keramisches Oxid, wie Titandioxid, Kobaltrnonoxid u.a., zu verwenden. Beispiele von solchen Sensoren sind in den US-PSen 3 932 246 und 3 893 230 beschrieben. Dabei wird das Titandioxid gebrannt, gekühlt, gebrochen, in der Kugelmühle mit Wasser gemahlen und schließlich getrocknet. Das trockne Pulver wird mit Lösungsmitteln vermischt, entlüftet, in Streifenform gegossen
und getrocknet. Danach werden aus dem Streifen Scheiben mit dem richtigen Durchmesser herausgestanzt. Zwei sehr feine Platindrähte werden auf einer ersten Scheibe angeordnet, die danach mit einem Lösungsmittel beschichtet und mit einer zweiten Scheibe bedeckt wird. Die Sensoreinheit wird danach gebrannt, um das keramische "Material zu sintern und die
Einheit fertigzustellen.

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In den US-PSen 3 959 756 und 4 001 758 sind anders ausgebildete Sensoren beschrieben, bei denen eine vorgeformte Scheibe durch eine keramische Unterlage gehalten wird, wobei die Scheibe als keramische Scheibe mit variablem Widerstand vorgeformt ist, zwei darin eingebettete Leitungen zur Widerstandserfassung aufweist und in die keramische Unterlage eingesetzt oder in anderer Weise daran befestigt ist.

Das vorliegende Verfahren zur Herstellung eines Sensors macht viele der oben beschriebenen Schritte überflüssig, insbesondere denjenigen der Vorformung einer Sensorscheibe, mit den Vorteilen, daß eine geringere Bearbeitung erforderlich ist·, der Zusammenbau vereinfacht wird, geringere Verschmutzungsmöglichkeiten der Materialien für den Sensor vorhanden sind, die mit den zum Gießen verwendeten Lösungsmitteln verbundenen gesundheitlichen und Feuergefahren behoben sind und ein genauerer Abstand der Elektroden im Sensor hergestellt werden kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sauerstaffsensors s, der durch einen länglichen Isolator(2)gekennzeichnet ist, welcher aus keramischem Material hergestellt wird und zwei Bohrungen (4) aufweist, die sich in Längsrichtung durch denselben erstrecken. Ein Leitungsdraht (ö) aus Platin wird in jede Bohrung (4) des Isolators (2) eingesetzt. Mit dem oberen Ende eines jeden

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Leitungsdrahtes (6) des Isolators (2) wird ein Anschluß (ß) leitend verbunden, wonach jede Bohrung (4) des Isolators (2) an einem Zwischenpunkt mit einer Dichtung (1O), beispielsweise einer Talkdichtung, versiegelt wird. Auf die untere Fläche (14) des Isolators (2) wird eine Schicht aus einem mit Widerstand behafteten keramischen Oxid (12), beispielsweise Titandioxid, plasma- oder flammgesprüht,' und zwar in einer ausreichenden Dicke, um die freiliegenden Enden der Leitungsdrähte (s) in der Schicht einzubetten. Der Isolator (2) wird danach in eine Stahlhülse (16) eingebracht, und Dichtungen (18) werden zwischen dem Isolator (2) und der Stahlhülse (16) angeordnet. Die Hülse (iö) kann danach faltend verformt und heißgepreßt werden, wie bei (20], um den Spalt zwischen dem Isolator (2) und der Stahlhülse (16) abzudichten.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch einen Gassensor, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.

Die vorliegende Erfindung kann am besten in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben werden. Wie man der Zeichnung entnehmen kann, wird ein Gassensor s hergestellt, der einen länglichen Isolator 2 aus einem keramischen Material, wie Aluminiumoxid, Spinell, Mullit, Cordierit o.a., aufweist. Der Isolator 2 aus keramischem Material wird mit zwei Bohrungen 4 versehen, die sich in Längsrichtung durch den Isolator erstrecken. Die Bohrungen 4 sind vorzugsweise parallel

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zueinander angeordnet, erstrecken sich über die Gesamtlänge des Isolators 2 und können im oberen Bereich des Isolators einen grösseren Durchmesser aufweisen, wie gezeigt. In die Bohrungen 4 des Isolators 2 werden Leiterdrähte 5, vorzugsweise aus Platin, so eingesetzt, daß sich vom unteren £nde einer jeden Bohrung 4 des Isolators 2 ein Leitungsdraht 6 aus erstreckt. Wenn diese Leitungsdrähte aus Platin bestehen, sind sie etwa 0,20 mm (0,008 Zoll) stark. In den oberen Abschnitt der Bohrungen 4 werden Anschlußleitungen 8 eingesetzt und mit den Leitungsdrähten 6 aus Platin verschweißt oder in anderer Weise leitend verbunden. In jede Bohrung 4 wird eine Dichtung 10 eingebracht, die vorzugsweise aus Graphit, jedoch auch aus Talk, Glas oder einem elektrisch leitenden Glas bestehen kann. Die Anschlußleitungen können danach am oberen Rand des Isolators 2 mit einem keramischen Zement weiter befestigt werden. Durch die Dichtungen 10 werden die Bahrungen versiegelt, so daß durch sie keine Gase hindurchdringen können.

Nach dem Zusammenbau des Isolators 2 aus keramischem Material, der Leitungsdrähte S und Anschlußlextungen 8 wird ein Überzug aus einem mit Widerstand behafteten keramischen Oxid auf die Seite 14 am unteren Ende des Isolators 2 aufgebracht, d.h. auf das Ende, das während des Betriebes dBs Sensors dem Abgas ausgesetzt ist. Das mit Widerstand behaftete keramische Oxid ist vorzugsweise Titandioxid (TiOp). Es können jedoch auch andere derartige keramische Oxide Verwendung finden, beispielsweise Kobaltmanoxid (CoO) o.a. Der

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Überzug 12 aus dem keramischen Oxid wird mittels einer Dünnschichthsißaufbringungstechnik, die Plasmasprüh- ader Flammsprühtechniken einschließen soll, auf die Fläche 14 aufgebracht. Wenn beispielsweise Titandioxid als keramisches Oxid eingesetzt wird, wird Titandioxidpulver, vorzugsweise in der Rutilphase, in einer Kugelmühle auf eine gewünschte Partikelgröße gemahlen, granuliert und mittels eines Plasmasprüh- oder Flammsprühverfahrens auf die Fläche 14 des Isolators 2, der die positionierten Lsiterdrähte 6 aus Platin enthält, aufgebracht. Die Schicht aus dem keramischen Oxid 12 bedeckt die freiliegenden Enden der Leiterdrähte 6, so daß diese in das untere Ende des Isolators 2 eingebettet werden. Die Schicht aus dem keramischen Oxid ist 0,254-0,762 mm (0,010-0,030 Zoll) dick. Bei der Fläche 14 handelt es sich vorzugsweise um eine konkav ausgebildete Fläche, wie gezeigt; die Fläche kann jedoch auch irgendeine andere Form besitzen und beispielsweise auch konvex ausgebildet sein.

Nach der Beschichtung der Fläche 14 mit dem keramischen Oxid 12 und der Einbettung der Enden der Leiterdrähte 6 am Isolator 2 aus keramischem Material wird die Einheit in eine mit einem Gewinde versehene Stahlhülse 16 eingebracht, und es werden zwischen dem Isolator 2 und der Stahlhülse 16 Dichtungen 18 angeordnet. Die Stahlhülse 16 kann dann, wie bei 20 gezeigt, in bekannter Weise faltend verformt und heißgepreßt werden, um den Isolator 2 innerhalb der Hülse 15 abzudichten und den Durchtritt von Gasen zu verhindern.

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Der auf diese ','.'eise hergestellte Sensor kann in der Abgasleitung einer Verbrennungsmaschine Verwendung finden, urn Änderungen in der Zusammensetzung der Gase in der Abgasleitung anzuzeigen. Der ohmsche Widerstand der Schicht 12 aus dem mit Widerstand behafteten keramischen Oxid ändert sich, wem sich der Sauerstoffpartialdruck im Abgas ändert. Wenn die Einheit in eine reduzierende oder oxidierende Atmosphäre bei einer Temperatur von 250 C-SOO C eingebracht wird, verursacht eine Veränderung dieser Atmosphäre, beispielsweise van reich nach arm, eine Änderung des ohmschen Widerstandes der Keramikschicht 12. Diese Widerstandsänderung kann zwischen den Anschlußleitungen β über bekannte Einrichtungen gemessen werden. Wenn der Sensor an eine bekannte Einrichtung zur IVidarstandserfassung und an bekannte Steuereinrichtungen angeschlossen wird, ist es möglich, die Luft- oder Brennstoffzufuhr zum Motor so einzustellen, daß ein gewünschtes Luft-Brennstoff- Verhältnis erhalten wird.

In der vorstehenden Beschreibung wurde ein zum Einsatz in der Abgasleitung einer Verbrennungsmaschine geeigneter Sauerstoffsensor erläutert, der eine geringere Bearbeitung erfordert und einen einfacheren Zusammenbau ermöglicht als bekannte derartige Sensoren. Dadurch, daß das Sensormaterial erfindungsgemäß durch Plasma- oder Flammsprühverfahren an Ort und Stelle aufgesprüht wird, wird die Herstellung von Streifen oder Scheiben überflüssig, was wiederum die Kontrolle in bezug auf Verschmutzung, Kristallgröße und Porosität erleichtert. Mit dem vereinfachten Verfahren läßt sich ein Sensor herstellen, der fehlerfrei und billiger ist als bekannte Sensoren.

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Claims

BENDIX AUTOLITE CORPORATION Executive Office Fostoria, Ohio /USA M-4659 28. Juni 1978 Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung eines Gassensors aus einem mit Widerstand behafteten keramischen Oxid, der einen Isolator aus keramischem Material aufweist, durch den sich Bohrungen erstrecken,

did in denen Leiterdrähte angeordnet sind Λ mit Anschlüssen leitend verbunden sind, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte: Einsetzen der Leiterdrähte in die Bohrungen, so daß sich ein Ende derselben von einer Fläche des Isolators aus erstreckt, leitendes Befestigen der Anschlüsse am anderen Ende der Leiterdrähte und Abdichten der Bohrungen und Aufbringen einer Schicht aus dem mit Widerstand behafteten keramischen Oxid auf die Fläche des Isolators mittels einer DünnschichtheiBaufbringungstechnik, um die freiliegenden Enden der Leiterdrähte darin einzubetten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus dem mit Widerstand behafteten keramischen Oxid mittels eines Flamm- oder Plasmasprühverfahrens auf die FlächB aufgebracht wird.

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ORIQINAL INSPECTED

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Widerstand behaftete keramische Oxid aus Titandioxid und Kobaltmonoxid ausgewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Leiterdrähte Platindrähte eingesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen mit Graphit abgedichtet werden.

S. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen der Schicht aus dem mit Widerstand behafteten keramischen Oxid ein mittlerer Abschnitt des Isolators in eine Hülse eingebracht wird, zwischen Isolator und Hülse Dichtungen vorgesehen werden und die Hülse faltend verformt und heißgepreßt wird, um den Isolator innerhalb der Hülse abzudichten.

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