DE3019902A1 - Verfahren zur herstellung eines sauerstoffsensorelements mit gesinterter festelektrolytschicht - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines sauerstoffsensorelements mit gesinterter festelektrolytschicht

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
  • eines Sauerstoffsensorelementes mit einer Schirmschicht, einer Referenzelektrodenschicht, einer sauerstoffionenleitenden Festelektrolytschicht und einer Meßelektrodenschicht zur Erfassung von tatsächlichen Luft/-Treibstoff-Verhältnissen eines Luft/Treibstoffgemisches, das einem Verbrennungsmotor, beispielsweise einem Kraftfahrzeugmotor, zugeführt wird, wobei das Sauerstoffsensorelement im Abgas des Motors angeordnet wird.
  • Es ist bekannt, Änderungen des Luft/Treibstoff-Verhältnisses eines einer Verbrennung unterworfenen Luft/Treibstoff-Gemisches ,beispielsweise bei einem Verbrennungsmotor, zu erfassen, insbesondere bei einem Kraftfahrzeugmotor, inr dem Änderungen des Sauerstoffgehaltes in dem Abgas überwacht werden. Zu diesem Zweck werden Sauerstoffsensoren vom Konzentrationstyp verwendet, die eine Schicht aus einem sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten, beispielsweise mit CaO stabilisiertesZrO2, eine porös an einer Seite der Festelektrodenschicht ausgebildete Meßelektrodenschicht und eine an der anderen Seite der Festelektrodenschicht ausgebildete Referenzelektrodenschicht besitzen.
  • Dieser Sauerstoffsensor ist so ausgelegt und wrd so eingesetzt, daß ein Referenz-Sauerstoffpartialdruck auf der Referenzelektrodenseite aufrechterhalten wird, während die Meßelektrode einem zu messenden Gas ausgesetzt wird.
  • Bei Motorabgasen zeigt diese Art von Sauerstoffsensoren einen scharfen und gut erfaßbaren Übergang der Größe der erzeugten elektromotorischen Kraft, wenn das Luft/Treibstoffverhältnis eines dem Motor zugeführten Luft/Treibstoff-Gemisches das stöchiometrische Verhältnis durchläuft.
  • Demgemäß ist diese Art von Sauerstoffsensor geeignet für die Anwendung bei Motoren, die mit einem stöchiometrischen oder nahezu stöchiometrischen Luft/Treibstoffgemisch betrieben werden. Ein solcher Sensor besitzt jedoch Nachteile, die teilweise darin bestehen, daß er schwierig in der erwünschten geringen Größe herzustellen ist, wobei die Referenzelektrode mit einer Quelle von Referenz-Sauerstoffpartialdruck in Verbindung stehen soll und teils darin, daß der Sensor bei Motoren nicht eingesetzt werden kann, die entweder mit beträchtlich magerem oder beträchtlich fettem Gemisch betrieben werden.
  • Ein Sauerstoffsensor vom Konzentrationszellentyp ist in der US-Patentanmeldung, Serien-Nummer 12 763 beschrieben.
  • Dieser Sensor enthält ein Substrat aus einem elektrochemisch inaktiven Material, eine als Film auf einer Seite des Substrates ausgebildete Referenzelektrodenschicht, eine auf der gleichen Seite des Substrates ausgebildete gasdurchlässig poröse Schicht aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten, normalerweise ebenfalls als Film so abgeschieden, daß die Referenzelektrodenschicht in ihrer Gesamtheit zwischen dem Substrat und der Festelektrodenschicht eingeschlossen ist, und eine gasdurchlässig poröse Meßschicht, die als Film an der anderen Oberfläche der Festelektrodenschicht ausgebildet ist. Auf diese Weise nimmt der Teil des Sensors, der die Sauerstoffkonzentrationszelle bildet, die Form einer Schichtung aus filmartigen Schichten an, die sich auf dem Substrat befinden.
  • Die Referenzelektrodenschicht dieser Sonde steht mit einer äußeren zu messenden Atmosphäre durch Poren in der Meßelektrodenschicht und der Festelektrolytschicht in Verbindung, während das Substrat gleichzeitig als Schirm für die Referenzelektrodenschicht dient. Zusätzlich zur Verbindung det Referenz- und der Meßelektrodenschicht mit einem Meßinstrument für die durch die Sonde erzeugte elektromotorische Kraft sind diese beiden Elektrodenschichten mit einer Gleichstromquelle verbunden, so daß ein elektrischer Strom durch die Festelektrolytschicht zwischen der Referenz- und der Meßelektrodenschicht zum Fließen gebracht wird, so daß ein konstanter Referenz-Sauerstoffpartialdruck an der Zwischenfläche zwischen Referenzelektroden- und Festelektrolytschicht aufrechterhalten wird, indem ein Wandern von Sauerstoffionen durch die Festelektrolytschicht und elektrolytische Reaktionen zwischen Sauerstoffionen und Sauerstoffmolekülen an den Flächen der beiden Elektrodenschichten erzwungen werden.
  • Deshalb kann dieser Sauerstoffsensor ohne eine weitere Substanz benutzt werden, die als Sauerstoff-Referenzpartial druckquelle dient. Wie zusätzlich in der US-Patentanmeldung, Serien-Nummer 28 747, beschrieben ist, kann dieser Sauerstoffsensor nicht nur für Motoren (oder andere Arten von Verbrennungsvorrichtungen)eingesetzt werden, die mit einem stöchiometrischen oder nahezu stöchiometrischen Luft/Treibstoff-Gemisch betrieben werden, sondern auch mit Motoren, die mit einem beträchtlich mageren Gemisch (sogenannten mager brennenden Motoren) oder mit einem beträchtlichfetten Gemisch (sogenannte fettbrennende Motoren) verwendet werden, wenn die Polarität und Intensität des durch die Festelektrolytschicht geschickten Gleichstroms entsprechend ausgewählt wird.
  • Bei diesem verbesserten Sauerstoffsensor können die mikroskopischen Poren in der Festelektrolytschicht als Durchgangsöffnungen angesehen werden, die sich von der Meßelektrodenschicht zur Referenzelektrodenschicht erstrecken, und es ist wichtig, daß diese Öffnungen ausreichend kleine mittlere Querschnittsflächen oder ausreichend kleinen mittleren Durchmesser besitzen und eine angemessen breite Verteilung ihrer Durchmesser besitzen, um die Gasdiffusion durch diese Öffnungen richtig zu steuern.
  • Nach dem bisher bekannten Verfahren wird der beschriebene Sauerstoffsensor mit seinem Schichtaufbau so hergestellt, daß bei der Bildung jeder dünnen Schicht auf dem Substrat Ausheizen oder Sintern erfolgt. Als Substrat, das die körperliche Festigkeit für den Sensor ergeben soll, wird eine gesinterte Keramikplatte, beispielsweise aus Aluminiumoxid verwendet. Die Konzentrationszelle mit Schichtaufbau wird auf diesem Substrat ausgebildet, indem zunächst eine Paste aufgetragen wird, die ein feinverteiltes oder pulverisiertes Elektrodenmaterial enthält, beispielsweise eine Platinpaste, und dann wird das pastenbeschichtete Substrat ausgeheizt, wobei sich die Reférenzelektrodenschicht bildet. Daraufhin wird eine ein pulverisiertes Festelektrolytmaterial enthaltende Paste auf die fertige Referenzelektrodenschicht aufgetragen und das-Substrat ausgeheizt, wodurch sich die poröse Festelektrolytschicht bildet, und daraufhin wird die Meßelektrodenschicht auf die gleiche Weise ausgebildet, wie sie-bei der Bildung der Referenzelektrodenschicht verwendet wurde-. Das bedeutet, daß das Ausheizen oder Erhitzen einer Pastenschicht bei der Bildung jeder dünnen Schicht dieser Sonde auf einer bereits erhitzten oder gesinterten Schicht, demgemäß einer starren und spröden Schicht, ausgeführt wird. Jede Schicht, die bereits erhitzt ist, neigt dazu, eine Volumenänderung, d.h. eine Schrumpfung, zu zeigen, jedoch wird dieses Schrumpfen schwierig, wenn die Pastenschicht auf einer bereits ausgeheizten oder erhitzten und damit verfestigten Schicht ausgebildet wird. Aus diesem Grund treten bei jedem Erhitzungsvorgang bei der Herstellung des Sauerstoffsensors leicht fehlerhafte Erzeugnisse auf, beispielsweise kann ein unvollständiges Sintern der Pastenschicht erfolgen oder es können Sprünge in einer der beiden Schichten auftreten. Derartige Fehler sind nicht sehr problematisch, soweit es die Referenz- und die Meßelektrodenschichten betrifft, sie zeigen jedoch sehr ungünstige Ergebnisse, wenn sie bei der Festeiektrolytschicht auftreten, da derartige Fehler zur Bildung von Mikroporen oder Öffnungen führen, die einen unerwünscht großen mittleren Durchmesser besitzen, wozu noch eine unerwunscht enge Verteilung der Durchmesser kommt, so daß es schwierig wird, den Mittelwert und die Verteilung der Öffnungsdurchmes ser bei der Stufe der Herstellung der Festelektrolytschicht angemessen zu beeinflussen.
  • Wenn die Öffnungen in der Festelektrolytschicht des beschriebenen Sauerstoffsensors einen so großen Durchmesser und eine so enge Durchmesserverteilung besitzen, daß die Gasdiffusion durch diese Öffnungen zu leicht vonstatten geht, wird es notwendig, einen beträchtlich hohen Strom durch die Sonde zu schicken, um sie durch die Erzeugung genügend starker elektrolytischer Reaktionen zum Ausgleich der vergrößerten Gasdiffusion .funktionsfähig zu halten.
  • Damit wird eine solche Sonde zur Verwendung in Kraftfahrzeugen unbrauchbar, die nur eine Gleichstromquelle mit begrenzter Kapazität besitzen. Darüberhinaus ergibt die enge Verteilung der Öffnungsdurchmesser eine starke Absenkung der Empfindlichkeit der Sonde gegenüber geringen Änderungen des Luft/Treibstoffverhältnisses bei einem weit vom stöchiometrischen Verhältnis abliegenden mageren oder fetten Gemisch.
  • Ein weiterer Nachteil des beschriebenen Verfahrens bei der Herstellung des erwähnten Sauerstoffsensors besteht darin, daß nicht immer sichergestellt werden kann, daß jede der drei auf dem Substrat ausgebildeten Schichten fest mit der benachbarten und getrennt erhitzten Schicht oder den getrennt erhitzten Schichten verbunden ist und bleibt.
  • Das bedeutet, daß die Lebensdauer der Sonde insbesondere bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug mit den dabei auftretenden Vibrationen und anderen körperlichen Relastungen sehr zweifelhaft ist.
  • Es ergibt sich damit also ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Sauerstoffsensorelementes des Konzentrationszellentyps mit einem sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten in Form einer gesinterten Schicht herzustellen, das eine verbesserte Lebenszeit des entstehenden Sensors und eine verbesserte Sensorwirkung,insbesondere bei der genauen Erfassung des tatsächlichen Luft/Treibstoff-Verhältnisses eines zur Erzeugung des Verbrennungsgases verwendeten Luft/Treibstoff-Gemisches besitzt, wenn das verwendete Luft/Treibstoffgemisch nicht bei oder in der Nähe des töchiometrischen Verhältnisses liegt, sondern wenn entweder ein beträchtlich mageres oder ein beträchtlich fettes Gemisch verwendet wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt ein Sauerstoffsensorelement mit einer gesinterten Abschirm- oder Abdeckschicht aus einem elektrochemisch inaktiven Material, eine an einer Seite der Schirmschicht ausgebildeten Referenzelektrodenschicht,einer gesinterten Schicht aus einem sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten, die auf der Schirmschicht so ausgebildet ist, daß die Referenzelektrodenschicht vollständig dazwischen eingeschlossen ist und eineran der anderen Seite der Festelektrolytschicht ausgebildeten - gasdurchlässig porösenMeßelektrodenschicht.
  • Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Schirmschicht und die Festelektrolytschicht im unarhitzten Zustand aufeinander aufgetragen werden, wobei die Referenzelektrodenschicht vollständig dazwischen eingeschlossen ist, so daß diese drei Schichten einander innig berühren und daß die Schirmschicht und die Festelektrolytschicht im so aufeinandergeschichteten Zustand erhitzt werden, um gleichzeitiges Sintern dieser beiden Schichten zu erreichen, so daß eine vorbestimmte aus den beiden Schichten einen mikroskopisch porösen und angemessen gasdurchlässigen Aufbau nach dem Sintervorgang besitzt.
  • Da die Schirmschicht und die Festelektrolytschicht miteinander in weichem Zustand verbunden und dann gleichzeitig gesintert werden, sind die in beiden Schichten enthaltenen Teilchen immer noch etwas beweglichJund und es ergeben sich damit nur wenige Defekteawie Sprüngeßin der gesinterten Festelektrolytschicht, so daß die Festelektrolytschicht (oder die Schirmschicht) so hergestellt werden kann, daß mikroskopische Öffnungen mit den erwünschten kleinen mittleren Durchmessern und der erwünschten breiten Durchmesserverteilung erzeugt werden. Die Durchmesser der Öffnungen und dementsprechend die Gasdurchlässigkeit der Festelektrolytschicht (oder der Schirmschicht) kann dadurch beeinflußt werden, daß die Schrumpfung beim Sintern der Schirmschicht und Festelektrolytschicht beeinflußt wird und daß die Sinterbedingungen entsprechend eingestellt werden.
  • Es ist möglich und wird bevorzugt, gleichzeitig die Referenzelektrodenschicht und/oder die Meßelektrodenschicht auf die nicht erhitzte Verbindung aus Schirmschicht und Festelektrolytschicht aufzutragen, während die Elektrodenschichten auch jeweils im nicht erhitzten Zustand sind, so daß die Elektrodenschichten durch den Erhitzungsvorgang zum gleichzeitigen Erhitzen der Schirmschicht-und der Festelektrolytschicht fertiggestellt werden. Falls eine poröse Schutzschicht auf das Sauerstoffsensorelement aufgebracht-wird, kanndiese Schutzschicht ebenfalls durch Sintern einer nichterhitzten Schutzschicht hergestellt werden, gleichzeitig mit dem Sintern der Schirmschicht, der Festelektrolytschicht und gegebenenfalls der Elektrodenschichten.
  • Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Sauerstoffsensorelement zeichnet sich durch gute körperliche Fest-igkeit und lange Lebensdauer auch bei schweren Vibrationen aus und zeigt beim Einsatz in eim~.Verbrennungsgas eine hohe Empfindlichkeit gegenüber kleinen Änderungen des Luft/Treibstoff-Verhältnisses des zur Erzeugung der Verbrennungsgase verwendeten Luft/Treibstoffgemisches, auch wenn das Gemischverhältnis beträchtlich vom stöchiometrischen Verhältnis. abweicht. Demzufolge ist das so erzeugte Sauerstoffsensorelement zur Anwendung bei Kraftfahrzeugmotoren einschl-ießlich von fettbrennenden Motoren mit hohem mechanischen Wirkungsgrad und magerbrennenden Motoren mit hohem thermischen Wirkungsgrad sehr geeignet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung-näher erläutert; in der Zeichnung zeigt: Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung des grundsätzlichen Aufbaues eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Sauerstoffsensors, Figur 2 eine schematische vergrößerte Darstellung eines mikroskopisch kleinen Abschnittes des Sauerstoffsensors nach Fig. 1, Figur 3 eine Abwandlung des Sauerstoffsensors nach -Fig. 1, Figur 4 eine weitere Abwandlung des Sauerstoffsensors nach Fig. 1, Figur 5 eine graphische Darstellung der Porosität und des Schrumpfverhaltens zweier Sinterschichten des Sauerstoffsensorelementes nach Fig. 1 in Abhängigkeit von der Sintertemperatur, Figur 6 (A) bis 6 (F) eine Darstellung von einzelnen Schritten bei der Herstellung eines Sauerstoffsensors der in Fig. 1 dargestellten Art, Figur 7 eine einen Längsschnitt durch einen gemäß Fig. 6(A) bis 6(F) hergestellten Sauerstoffsensor, Figur 9 (A) bis 9 (E) Verfahrensschritte bei der herkömmlichen Herstellung eines grundsätzlich dem Aufbau nach Fig. 1 entsprechenden Sauerstoffsensors, Figuren 8 und 10 graphischeDarstellungen der Abhängigkeit der Ausgangsspannungen je eines Sauerstoffsensors, der gemäß Fig. 6 (A) bis 6 (F) bzw. gemäß Fig. 9 CA) bis 9 (E) heri gestellten Art, . wobei die Sauerstoffsensoren einem Motorenabgas ausgesetzt sind, von dem Buft/Treibstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten Gemisches und von der Intensität und Polarität des dem Sauerstoffsensor zugeführten Gleichstroms, und Figur 11 eine graphische Darstellung deremperaturabahängigkeit des Widerstandes der Bestelektrolytschicht in einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Sauerstoffsensor, verglichen mit der Temperaturabhangigkeit des Wiederstandes bei einem nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellten Sauerstoffsensor.
  • Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Sauerstoffelementes 10, wie es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist. Das Element 10 besitzt eine Grundschicht oder ein Substrat 12 aus einem elektrochemisch inaktiven Material, eine als dünner Film auf einer Seite des Substrats 12 ausgebildete Referenzelektrodenschicht 14, eine gasdurchlässige Schicht 16 mit mikroskopischen Poren aus einem sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten, die als dünner Film auf der gleichen Seite des Substrates 12 wie die Referenzelektrodenschicht 14 so ausgebildet ist, daß die Referenzelektrodenschicht zwischen dieser Schicht und dem Substrat 12 eingeschlossen ist, und eine Meßelektrodenschicht 18, die als dünner Film mit mikroskopisch kleinen Poren auf der Außenfläche der Festelektrolytschicht 16 ausgebildet ist. Die drei filmartigen Schichten 14, 16 und 18 werden von dem Substrat 12 abgestützt. Die'Referenzelektrodenschicht 14 und die Festelektrolytschicht 16 sind so ausgebildet, daß die Referenzelektrodenschicht 14, makroskopisch gesehen, vollständig von der Umgebungsatmosphäre abgeschirmt ist, während die Meßelektrodenschicht 18 eben dieser Umgebungsatmosphäre ausgesetzt werden kann, um Messungen auszuführen. Als eine Abwandlung ist vorgesehen, daß die Festelektrolytschicht 16 die Form einer ausreichend starken Platte erhält, so daß sie das Baugrundteil des Elementes 10 bildet, während das Substrat 12 durch eine weit dünnere filmartige Schicht ersetzt wird, die nur als Abschirmungsschicht für die Referenzelektrodenschicht 14 dient. Wegen dieser Abschirmeigenschaft der Schicht 12 wird diese im weiteren als "Schirmschicht" bezeichnet.
  • Normalerweise wird die Schirmschicht 12 so ausgebildet, daß sie im wesentlichen nicht porös und gasundurchlässig ist. Erforderlichenfalls kann jedoch auch die Schirmschicht 12 mit mikroskopischen Poren und einem gasdurchlässigen Aufbau ausgebildet werden, und in diesem Fall wird dann die Festelektrolytschicht 16 im wesentlichen gasundurch lässig und dicht aufgebaut. Diese Abänderung wird insbesondere dann eingesetzt, wenn die Festelektrolytschicht 16 das Grundbauteil des Elementes 10 bildet.
  • Die Schirmschicht 12 besteht normalerweise aus einem elektrisch isolierenden Keramikmaterial, beispielsweise Aluminiumoxid, Mullit, Spinell oder Forsterit; wenn erforderlich oder gewünscht, kann jedoch alternativ auch ein elektrisch leitendes Material, beispielsweise ein korrosionsfestes Metall oder eine Metallegierung verwendet werden. Auch ein Ceret ist als Abschirmschicht 12 einsetzbar. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Schirmschicht 12 mittels eines Sintervorganges hergestellt. Wenn sie als das Grundbauteil des Sauerstoffsensors 10 verwendet werden soll, wird die Schicht 12 in Form einer sogenannten "Grünschicht" treten layer) oder "FrischschichtVvorbereitet, die durch Formen oder Extrudieren eines nassen Gemisches erhalten werden kann, dessen Grundbestandteil ein pulverisiertes keramisches Material ist, oder die als druckgeformte Platte aus einem pulverisierten Keramik- oder Metallmaterial vorliegen oder oder es kann, wenn es auch weniger bevorzugt wird, eine gebrannte (calcined) Platte aus einem pulverisierten keramischen oder metallischen Material verwendet werden.
  • Falls die Schicht 12 als ein Film ausgebildet wird, kann eine ein pulverisiertes Keramik- oder Metallmaterial enthaltende Paste auf die Oberfläche der Festelektrolytschicht 16 aufgebracht werden, bevor diese Schicht 16 gesintert wird.
  • Das Material~für die Festelektrolytschicht 16 wird aus den zur Verwendung-bei Sauerstoffsensoren des Konzentrationszellentyps bekannten sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyt-Materialien ausgewählt. Beispielsweise kann ein mit CaO, SrO, MgO, WO3, Ta2O5 oder Y203 stabilisiertes ZrO2 verwendet werden, oder Bi203, versetzt mit Nb205, SrO, WO3 oder Pa2 05 oder das Th02 -Y 203-System sowie das CaO-Y203-System. Erfindungsgemäß wird diese Schicht 16 gleichfalls mittels eines Sinterungsvorganges hergestellt. Falls diese'Schicht 46 als Film hergestellt wird, wird sie durch Auftragen einer ein pulverisiertes Festelektrolytmaterial enthaltenden Paste auf dieOberfläche der Schirmschicht 12 vor dem Sintern dieser Schicht vorbemltet. Es kann stattdessen auch-Aufsprühen oder eine andere Art von physikalischer Ablagerung benutzt werden. Falls die Schicht 16 als Grundbauteil des Elementes 10 dient, wird die Festelektrolytschicht 16 in Form einer "Grünschicht", einer druckgeformten Platte aus pulverisiertem Material oder, weniger bevorzugt, als gebrannte Platte aus einem pulverisierten Material vorbereitet. Die beiden Elektrodenschichten 14-und 18 werden aus einem elektronisch leitenden Material hergestellt, das aus dem brei herkömmlichen Festelektrolyt-Sauerstoffsensoren bekannten Elektrodenmaterialien ausgewählt wird. Beispielsweise werden Metalle der Platin-Gruppe verwendet, die eine katalytische Wirksamkeit bei Oxidations-Reaktionen von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid usw. zeigen, beispielsweise Pd, Ru, Rh, Os, Ir und Pt und Legierungen aus diesen Metallen der Platingruppe1 sowie Legierungen von Platin-Metallen mit einem Grundmetall; es können jedoch auch einige andere Metalle und Oxid-Halbleiter, wie Au, Ag, SiC, TiO2, CoO und LaCrO3 verwendet werden, die keine katalytische Wirksamkeit bei Oxidationsreaktionen zeigen. Die beiden filmartigen Elektroden schichten 14 und 18 können bei einem Vorgang hergestellt werden, bei dem zunächst eine ein pulverisiertes Elektrodenmaterial enthaltende Paste auf die Schirmschicht 12 bzw.
  • die Festelektrolytschicht 16 aufgetragen wird, und dann die Schichten 12 bzw. 16 mit der aufgetragenen Schicht 14 und 18 ausgeheizt oder erhitzt wird, es können jedoch auch andere physikalische Abscheidungsverfahren, wie Aufsprühen oder Vakuum-Aufdampfen oder die elektrochemischen Galvanisierungsverfahren verwendet werden. Es ist auch möglich, ein Netz aus Metallfäden zu verwenden.
  • Die Referenz- und die Meßelektrodenschicht 14 bzw. 18 sind über Leitungen 22 mit einem Spannungsmeßinstrument 20 verbunden, um die elektromotorische Kraft zu messen, die das Element dann erzeugt, wenn ein unterschiedlicher Sauerstoffpartialdruck an Meßelektrode 18 und Referenzelektrode 14 besteht. Weiter ist eine Gleichstromquelle 24, vorzugsweise eine Konstantstromquelle, mit den beiden Elektrodenschichten 14 und 18 parallel zum Spannungsmeßgerät 20 verbunden, um einen Gleichstrom durch die Festelektrolytschicht 16 zwischen den beiden Elektrodenschichten 14 und 18 während des Betriebs des Sauerstoffsensors 10 zu schicken, um dadurch die Wanderung der Sauerstoffionen durch die Festelektrolytschicht so zu beeinflussen, daß ein konstanter Sauerstoffpartialdruck an der Zwischenfläche zwischen Referenzelektrodenschicht 14 und Festelektrolytschicht 16 aufrechterhalten wird, Bei bestimmten Einsatzfällen kann der Sauerstoffsensor 10 auch ohne Verbindung mit einer Stromquelle 24 eingesetzt werden, wie später erklärt wird.
  • Das Funktionsprinzip des Sauerstoffsensorelementes 10 -bei der Messung eines Abgases wird nun mit Bezug auf Fig. 2 erklärt.
  • Die Festelektrolytschicht 16 dieses Elementes 10 besitzt eine sehr große Anzahl von offenen Mikroporen, und deshalb kann das Sensorelement 10 als eine Ansammlung einer sehr großen Anzahl von mikroskopischen Sauerstoff-Konzentrationszellen angesehen werden. In vereinfachter Betrachtung kann jede mikroskopische Durchgangsöffnung 15 in der Festelektrolytschicht 16 so angesehen werden, daß sie eine mikroskopische Konzentrationszelle 17, im folgenden einfach Mikrozelle genannt, ergibt. Der Endabschnitt jeder Durchgangsöffnung 15 ergibt einen Raum 19 an der Zwischenfläche zwischen Festelektrolytschicht 16 und Referenzelektrodenschicht 14.
  • Die von jeder Mikrozelle 17 erzeugte elektromotorische Kraft E wird durch die Nernst'sche Gleichung gegeben: E = RT ln PoT 4F Po(II) dabei ist R die Gaskonstante, F die Faraday-Konstante, Po(I) der Sauerstoffpartialdruck in dem zu-messenden Verbrennungs- oder Abgas G und Po(II) der Sauerstoffpartialdruck, der im Raum 19 herrscht.
  • Um den Sauerstoffpartialdruck Po(II) im Raum 19 konstant bei einem Wert zu halten, der eine Verwendung als Referenz- Sauerstoffpartialdruck dienen kann, obwohl Gase durch die Öffnung 15 von der Außen-Abgasatmosphäre G in den Raum 19 gelangen und Gas aus dem Raum 19 abdiffundiert, wird ein Gleichstrom zwischen den beiden Elektrodenschichten 14 und 18 durch die Festelektrolytschicht 16 so geschickt daß elektrolytische Reaktionen (darunter und auf den jeweiligen Seiten der Festelektrolytschicht 16 erzwungen werden. Je nach der Richtung, in der der Strom durch die Festelektrolytschicht 16 fließt, kommE es entweder zu einer Ausströmung von Sauerstoff vom inneren Raum 19 zum äußeren Verbrennungs-AbgasG hin oder zur Einströmung von Sauerstoff in den Raum 19. Wenn das Sauerstoffsensorelement 10 bei einem Verbrennungsabgas eingesetzt wird, das durch die Verbrennung eines Treib stoff-angereicherten (fetten) Luft/Treibstoff-Gemisches entsteht, um das tatsächliche Luft/Treibstoff-Verhältnis des Gemisches zu bestimmen, wird die Referenzelektrode 14 mit der positiven Klemme der Gleichstromauelle 24 verbunden, so daß ein Strom von der Referenzelektrodenschicht 14 zur MeB-elektrodenschicht 18 hin fließt, wahrend bei magerem Gemisch die negative Klemme mit der Referenzelektrode verbunden wird.
  • Die zahlreichen Durchgangsöffnungen 15 in der Festelektrolytschicht 16 unterscheiden sich voneinander in ihrer Querschnittsfläche, die vereinfacht durch einen mittleren Durchmesser angegeben werden kann. Bei einer Mikrozelle 17, die durch eine Durchgangsöffnung 15 mit einem relativ großen Durchmesser gebildet wird, wird der Unterschied zwischen den Sauerstoffpartialdrücken Po (I) und Po (II) so gering, daß diese Mikrozelle 17 infolge der hohen Diffusionsgeschwindigkeit und dem damit verbundenen Gasaustausch zwischen dem Innenraum 19 und der Außen-Gasatmosphäre G durch die Öffnung 15 keine angemessene elektromotorische Kraft erzeugt. Eine derartige Mikrozelle 17 wird dann eine."tote" Mikrozelle genannt. Eine Mikrozelle 17 mit einer Durchgangsöffnung 15 mit relativ kleinem Durchmesser erzeugt eine erfaßbare elektromotorische Kraft, da die enge Durchgangsöffnung 15 die Diffusion von Gasen erschwert und damit einen relativ großen Unterschied der Sauerstoffpartialdrücke Po (I) und Po (II) erhalten bleibt. Eine solche Mikrozelle 17 wird nun "lebend" genannt. Die effektiven oder mittleren Durchmesser der Durchgangsbohrungen 15 in der Festelektrolytschicht 16 besitzen nun eine Dispersion oder Verteilung über verschiedene Gröflenbereiche, und das Verhältnis der lebenden Mikrozellen zu den "toten" Mikrozellen ändert sich kontinuierlich mit der Änderung des Sauerstoffpartialdruckes Po(I) im Verbrennungsgas G. Damit hängt die durch das Sauerstoffsensorelement 10 erzeugte elektromotorische Kraft von der Größe des SaerstoffPartialdruckes Po(I) in diesem Gas ab--& Wenn nun das Verbrennungs- oder Abgas G durch Verbrennung eines mageren (oder eines fetten) Gemisches erzeugt wird, dessen Luft/Treibstoff-Verhältnis fluktuiert, jedoch -nict so weit abnimmt, (bzw. bei fettem Gemisch ansteigt) bis zum stöchiometrischen Luft/ Treibstoff-Ver-hä-l-tnis wird das Ausgangssignal des Sauerstoffsensorelementes 10 sich entsprechend den Änderungen des Luft/Treibstoff-Verhältnisses des mageren (oder fetten) Gemisches ändern.
  • Im-Hinblick auf das beschriebene Funktionsprinzip des Sauerstoffsenorelementes 10 ist es erwünscht, daß die mikroskopischen Öffnungen 15 in der Festelektrolytschicht 16 eine entsprechend breite Verteilung oder Dispersion ihrer mittler-en oder effektiven Durchmesser zeigen und daß das Gesamtmittel des Durchmessers ausreichend klein ist.
  • Wenn die Durchgangsöffnungen einen relativ großen mittleren Durchmesser und eine relativ enge Durchmesserverteilung besitzen, kann das Sauerstoffsensorelement 10 als Sauerstoffsensor mit Sprungverhalten eingesetzt werden, da sich dann ein scharfer Übergang der Größe der erzeugten elektromotorischen Kraft bei einem Verbrennungsgas ergibt, wenn das Luft/ Treibstoff- Verhältnis des Gemisches, aus dem das Abgas entsteht, den stöchiometrischen Punkt überschreitet, wenn ein genügend intensiver Strom durch die Festelektrolytschicht 16 geschickt wird, um eine definierte Größe des Sauerstoffpartialdruckes Po(II) in den Räumen 19 aufrechtzuerhalten (d.h. die Mikrozellen 17 im "lebenden" Zustand zu erhalten), indem genügend Sauerstoff in den Räume 19 durch elektrolytische Reaktionen erzeugt wird, wodurch der Ausfluß von Sauerstoff aus diesen Räumen ausgeglichenwird,Eine F.ine Festelektrolytschicht 16 mit Durchgangsöffnungen 15, die die beschriebene Durchmesser-Größe und -Verteilung aufweisen, wird jedoch als ungünstig angesehen, da einmal die Stromintensität bei größeren Öffnungsdurchmessern erhöht werden muß und dementsprechend die Diffusion von Gasen durch die Öffnungen 15 schneller wird und in zweiter Linie, weil beim Einsatz in einem Verbrennungsabgas das Sauerstoffsensorelement nur noch Änderungen des Luft/Treibstoff-Verhältnisses des zur Verbrennung verwendeten Gemisches- nicht mehr aufnimmt, außer den Änderungen, die das stöchiometrische Verhältnis überschreiten, da sich das Verhältnis - der "lebenden" Mikrozellen zu den "toten" Mikrozellen infolge der engen Verteilung der Durchmesser der Öffnungen 15 nur noch geringfügig ändert.
  • Wenn das dargestellte Sauerstoffsensorelement 10 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, wird es möglich, die mittleren Durchmesser der-mikroskopischen Öffnungen 15 in der Festelektrolytschicht 16 in dem erwünschten Bereich mit der erwünschten breiten erteilung oder Dispersion zu erhalten, und es ist deshalb !möglich., ein Sauerstoffsensorelement herzustellen, das nicht zur zur Erfassung eines stöchiometrischen Luft/ Treibstoff-Verhältnisses oder eines nahezu stöchiometrischen Verhältnisses eingesetzt werden kann, sondern das auch beträchtlich höhere (oder beträchtlich geringere) Luft/Treibstoff-Verhältnisse erfassen kann.
  • Bei der Herstellung des Sauerstoffsensorelementes 10 nach Fig. 1 durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Festelektrolytschicht 16 unter Zwischenlage der Referenzelektrodenschicht 14 auf die Abschirmschicht 12 aufgehracht (bzw. wird die- Schicht 12 auf die als Grundschicht dienende Schicht 16 unter Zwischenlage der Referenzelektrodenschicht 14 aufgebrach9, während weder die Schirmschicht 12 noch die Festelektrolytschicht 16 aus geheizt oder erhitzt wurde, d.h., wenn sowohl die Schirmschicht 12 als auch die Festelektrolytschicht 16 noch unfertig -sind. Dann wird der Schichtaufbau aus den Schichten 12, 14 und 16 einem Erhitzungsvorgang so unterzogen, daß die Schirmschicht 12 und die Festelektrolytschicht 16 gleichzeitig und unter den gleichen Erhitzungsbedingungen gesintert werden. Die Referenzelektrodenschicht 14 wird nicht notwendigerweise durch diesen Erhitzungsvorgang fertiggestellt. Es ist zulässig, daß die Referenzelektrodenschicht 14 durch einen Vorgang gebildet wird, der über haupt kein Erhitzen notwendig macht, oder durch einen Sinterprozeß, der unabhängig bereits vor dem gleichzeitigen Erhitzen -der Schirmschicht 12 und der Festelektrolytschicht 16 durchgeführt wird, so daß die Referenzelektrodenschicht 14 bereits im fertigen Zustand zwischen die noch nicht erhitzte Schirmschicht 12 und die ebenfalls nicht erhitzte Festelektrolytschicht 16 eingebracht wird.
  • Vorzugsweise wird jedoch auch die Referenzelektrodenschicht 14durch den gleichen Erhitzungsvorgang, der zur Fertigstellung der Schirmschicht 12und der Festelektrolytschicht 16 führt, fertiggestellt. Beispielsweise wird eine aus einem Aluminiumoxid bestehende "Grunschicht" als Material für die Schirmschicht 12 verwendet und auf diese wird eine Platinpaste aufgebracht, so daß sich eine Referenzelektroden-Vorschicht ergibt, dann wird ein Trocknungsvorgang durchgeführt und danach eine Paste zur Herstellung einer Festelektrolytschicht auf die gleiche Seite der Aluminiumoxid-Grünschicht so aufgebracht, daß die Referenzelektroden-Vorschicht vollständig überdeckt wird.
  • Nach dem Trocknen der aufgebrachten Festelektrolytpaste wird die mit den zwei Schichten versehene Aluminiumoxid-Grünschicht so erhitzt, wie es zum gleichzeitigen Sintern der Aluminiumoxid-Grünschicht selbst, der Platinpastenschicht und der Festelektrolyt-Pastenschicht erforderlich ist.
  • Auch die Meßelektrodenschicht 18 kann gleichzeitig mit dem Sintern der Festelektrolytschicht 16 hergestellt werden. So kann beispielsweise eine Platinpaste auf die Außenfläche der erwähnten Festelektrolytschicht auf die noch nicht erhitzte Aluminiumoxid-Grünschicht aufgetragen werden und danach kann die Aluminium-Grünschicht mit der aus drei pastösen Schichten bestehenden Schichtanordnung erhitzt werden, um das gleichzeitige Sintern aller vier Schichten 12, 14, 16 und 18 zu erreichen, die dann das fertige Sensorelement 10 nach Fig. 1 bilden. Es ist aber auch möglich, die Meßelektrodenschicht 18 auf der Oberfläche der bereits erhitzten und fertiggestellten Festelektrolytschicht 16 beispielsweise durch Aufsprühen aufzubringen.
  • Ein gegenüber der Darstellung nach Fig. 1 abgeändertes Sauerstoffsensorelement 30 ist in Fig. 3. dargestellt.
  • Eine Schirmschicht 32, eine Referenzelektodenschicht 34, eine Festelektrolytschicht 36 und eine Meßelektrodenschicht 38 sind bei diesem Element 30 jeweils in Entsprechung zu der Ausbildung nach Fig. 1 vorhanden. Zusätzlich deckt eine poröse und ausreichend gasdurchlässige Schutzschicht 40 aus einem keramischen Material die bis dahin freiliegenden Außenflächen der Meßelektrodenschicht 38 und der Festelektrolytschicht 36 ab. Als Material für diese Schutzschicht 40 werden beispielsweise Aluminiumoxid, Mullit, Spinell und Kalzium-ZirkOnat genannt, und diese Schicht 40 kann dadurch gebildet werden, daß eine das ausgewählte pulverisierte Material enthaltende Paste auf den Schichtaufbau aus den vier Schichten 32, 34, 36 und 38 aufgetragen wird und daß dann diese aufgetragene Paste ausgeheizt wird. Es kann auch der Schichtaufbau aus den vier Schichten 32, 34, 36 und 38 in eine-Aufschlämmung aus dem ausgewählten pulverisierten Material eingetaucht und dann die aufschlämmungs-imprägnierte Schicht erhitzt werden. Ferner ist es möglich, durch Plasma-Aufsprühen oder durch ein anderes Auf sprühver fahren die Abdeckschicht 40 aufzubringen. Die abdeckende Schutzschicht 40 kann nach dem gemeinsamen Sintern der Festelektrolytschicht 36 und der Schirmschicht 32 gebildet werden, es ist aber auch möglich, eine Schutz-Vorschicht für die Schicht 40 auf den noch nicht erhitzten Schichtaufbau aus- den vier Schichten 32, 34, 36 und 38 aufzutragen und dann diese gesamte Anordnung einem Erhitzungsvorgang zu unterwerfen,so daß gleichzeitiges Sintern der Schirmschicht 32, der Festelektrolytschicht 36 mit der Schutzschicht 40 und möglicherweise der beiden Elektrodenschichten 34 und 36 erreicht wird.
  • Das Sauerstoffsensorelement 42 nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem Element 30 nach Fig. 3 nur darin, daß ein elektrisches Widerstandsheizelement 44 in die Schirmschicht 32 eingebettet ist, wobei die Zuleitungen für dieses Heizelement 44 nicht dargestellt sind. Da die Sauerstoffionenleitung eines Festelektrolyten stark von der Temperatur abhängt, d.h.,daß bei niedriger Temperatur eine sehr geringe Sauerstoffionenleitfähigkeit vorliegt, bewirkt das Heizelement 44 eine Verbesserung der Signalabgabeeigenschaften des Sauerstoffsensors bei relativ geringen Abgastemperaturen. Das Heizelement 44 kann aus einem Metall, beispielsweise aus Platin bestehen, es kann aber auch aus bestimmten, als Heizwiderstand einsetzbaren Metalloxiden bestehen. Statt eines dünnen Metalldrahtes kann das Heizelement 44 in die Schirmschicht 32 so eingebettet werden, daß zwei Grünschichtplatten zur Bildung der Schirmschicht 32 benutzt werden, wobei eine Leitpaste auf eine dieser beiden Grünschichtplatten aufgetragen wird,bevor diese Schichr ten miteinander verbunden und ausgeheizt werden.Sonst wird das Element 42 in gleicher Weise wie das Element 30 nach Fig. 3 hergestellt.
  • Falls das Heizelement 44 durch einen Erhitzungsvorgang erzeugt wird, kann die gleichzeitige Erhitzung der Schirm schicht 32 und der Festelektrolytschicht 36 so ausgeführt werden,daß auch das Erhitzen und Sintern des Heizelementes 44 gleichzeitig erreicht wird. -Beim gleichzeitigen Erhitzen mindestens der Schirmschicht 12 bzw. 32 mit der Festelektrolytschicht 16 bzw. 36 ist es notwendig, daß beim gleichzeitigen Sintern der beiden Schichten 12 und 16 (bzw. 32 und 36) eine dieser beiden Schichten sehr dichten und gasundurchlässigen Aufbau bekommt, während die jeweils andere Schicht mit mik;oskopischen Poren und einem gasdurchlässigen Aufbau ausgebildet wird, wobei die Durchgangsöffnungen den erwünschten kleinen mittleren Durchmesser und die erwünschte breite Durchmesserverteilung zeigen sollenDas wird dadurch erreicht, daß das beim Sintern auftretende Schrumpfen der jeweils für die Schirmschicht 12 und die Festelektrolytschicht 16 verwendeten Materialien entsprechend eingestellt bzw.
  • ausgewählt wird und daß eine geeignete Ausheiz- oder Erhitzungstemperatur verwendet wird. Dadurch wird der Unterschied der Porosität der beiden Schichten 12 und 16 beeinflußt und die beiden Schichten 12 und 16 werden ausgewählten Volumenänderungen während des Sinterns unterworfen.
  • Fig.5 zeigt beispielsweise durch Versuchsergebnisse bestätigte Veränderungen der Porosität und der Sinterschrunpfung der Schirmschicht 12 und der FestelektrolyEschicht 16 in Abhdngigkeit von der Sintertemperatur; dabei ist hier die Schirmschicht 12 die Grundschicht oder Stützschicht des Sauerstoffsensorelementes 10. Die Kurve A stellt die Porosität der Schirmschicht 12 und die Kurve B die der Festelektrolytschicht 16 dar; die Kurve C zeigt die Schrumpfung der Schirmschicht 12 und die Kurve D die Schrumpfung der Festelektrolytschicht 16. Die Kurven A und B zeigen, daß in d-iesem Fall die Schirmschicht 12 eine größere Sinterung erfährt, so daß die Porosität der Schirmschicht 12 bei einer bestimmten Sintertemperatur fast 0 wird, während die Festelektrolytschicht 16 bei dieser Temperatur immer noch eine gewisse Porosität aufweist. Die Kurven C und D zeigen, daß in der Nähe dieser Sintertemperatur die Abhängigkeit der Schrumpfung jeder Schicht von der Sintertemperatur sehr gering wird, so daß die beiden Schichten eine Sinterung mit fast gleichartigen Abmessungsänderungen erfahren. Deshalb werden beim Ausführen der gleichzeitigen Sinterung in der Nähe dieser Temperatur die beiden Schichten 12 und 16 jeweils glatt zu der erwünschten Dichte gesintert, ohne daß eine schädliche Beeinflussung durch das Sintern der .jeweils anderen Schicht erfolgt, und es ist deshalb sehr unwahrscheinlich, daß Spannungen in einer der beiden gesinterten Schichten 12 und 16 auftreten.
  • Die erwähnten geringen Unterschiede der Porosität und des Schrumpfungsvoroanges der beiden Schichten 12 und 16 beim gleichzeitigen Sintern können durch entsprechende Beeinflussung der chemischen Zusammensetzung und der physikalischen Eigenschaften der für die jeweiligen Schichten 12 und 16 verwendeten Materialien beeinflußt werden. Beispielsweise wird dann, wenn eine der beiden Schichten 12 oder 16 durch Auftragen einer Paste auf die jeweils andere Schicht vorbereitet wird, die Viskosität und die chemische Zusammensetzung der Paste, der Anteil des pulverisierten Materials in der Paste und die mittlere Teilchengröße des pulverisierten Materials beispielsweise variiert oder zur Beeinflussung der Endeigenschaften benutzt werden. Falls eine "Grünschicht verwendet wird, kann hauptsächlich die chemische Zusammensetzung des feuchten Materials, der Anteil des pulverisierten Materials in dem feuchten Material und die mittlere Teilchengröße des pulverisierten Materials herangezogen werden.
  • Die Erfindung wird im folgenden durch Beispiele und Vergleichsversuche erläutert: BEISPIEL 1 In Figuren 6(A) bis 6(F) sind Verfahrensschritte bei der Herstellung eines.Sauerstoffsensorelementes 62 gezeigt, das grundsätzlich den gleichen Aufbau wie das Sensorelement 30 nach Fig. 3 besitzt.
  • Es werden zwei Schichten 46 und 48 mit den Abmessungen von jeweils 5 mm x 7 mm x 0,7 mm benutzt, die aus einem "grünen" Aluminiumoxidgemisch bestehen, um eine Schirmschicht 52 als Grundstützteil des Sauerstoffsensorelementes 62 zu bilden. Zwei Öffnungen 47 mit 0,6 mm Durchmesser werden durch die Schicht 46 gebohrt und zwei 0,2 mm-Platindrähte 50 auf die andere Schicht 48 aufgelegt. Dann wird die durchbohrte Schicht 46 auf die Schicht 48 so gelegt, daß die Enden der beiden Drähte 50 sich genau unter denbeiden Bohrungen 47 befinden (Fig. 6(B)) und die beiden Schichten 46 und 48 werden in diesem Zustand auf 1000 C aufyeheizt und zusammengepreßt, wobei der Anpreßdruck -2 von etwa 100 N.cm etwa 1 min aufrechterhalten wird.
  • Dann wird eine Paste, die aus pulverisiertem Platin in einem organischen Medium besteht, auf eine Seite der durchbohrten Schicht 46 der noch nicht gesinterten Schirmschicht 52 in einem L-förmigen Muster aufgetragen, wie in Fig. 6(C) dargestellt. Durch Trocknen der aufgetragenen Paste während 1 h bei 1500 C ergibt sich eine Leitschicht 54, die die Vorschicht der Referenzelektrodenschicht im Element 62 bildet.
  • Daraufhin wird eine Festelektrolytpaste, die pulverisiertes Zirkonoxid Zr02 und Yttrium-Oxid Y 203 im MolverhältniS 95:5 enthält, das in einem organischen Medium dispergiert ist, auf die noch nicht gesinterte Schirmschicht 52 so aufgetragen, daß die noch nicht fertige Referenzelektrodenschicht 54 nach Fig. 6(D) fast ganz überdeckt wird und es folgt ein Trocknungsvorgang bei 1500 C von 1 h Dauer.
  • Auf diese Weise wird die Festelektrolytschicht 56 im nichtgesinterten Zustand auf der nichtgesinterten Schirmschicht 52 ausgebildet, wobei die unfertige Elektrodenschicht 54 dazwischen eingeschlossen ist. Daraufhin wird die Schirmschicht 52 im in Fig. 6(D) gezeigten Zustand 2 h bei 1.5000 C erhitzt, um gleichzeitiges Sintern der Schirmschicht 52, der Referenzelektrodenschicht 54 und der Festelektrolytschicht 56 zu erzielen. Die gesinterte Referenzelektrodenschicht 54 besitzt dabei eine Stärke von 5 bis 20 !m und die gesinterte Festelektrolytschicht 56 eine Stärke von 15 bis 20rom und Mikroporosität. Nach Fig. 6(E) wird eine mikroskopisch poröse Meßelektrodenschicht 58 aus Platin auf der Außenseite der gesinterten Festelektrolytschicht 56 durch Aufsprühen gebildet. In der dargestellten Weise erstrecken sich die Referenz- und die Meß-Elektrodenschichten 54 bzw. 58 bis zu jeweils einer der beiden Öffnungen 47, so daß diese beiden Elektrodenschichten 54 und 58 jeweils mit einem der beiden Platindrähte 50 elektrisch verbunden sind. Der Endschritt zur Herstellung des Sauerstoffsensorelementes 62 nach Fig. 6(F) besteht in der Beschichtung der gesamten Oberfläche des durch den Schritt nach-Fig. 6(E) erhaltenen Elementes mit einer porösen Schutzschicht 60, die durch Plasmasprühen eines Kalzium-Zirkonat-Pulvers tCaO-ZrO2) gebildet wird.
  • Nach Fig. 7 wird ein einsetzbarer Sauerstoffsensor so hergestellt, daß das Sauerstoffsensorelement 42 im in Fig. 6(F) gezeigten Zustand mit einem Aluminiumoxidstab 68 zusammengebaut wird, der Axialbohrungen 69 für die Platindrähte 58 besitzt; dann wird ein rohrförmiger Halter 66 aus nichtrostefldem Stahl verwendet, eine aus dem gleichen Material bestehende Haube 70 mit Öffnungen 71 über den Halter 66 gesteckt und ein mit Flanschen versehener Rohransatz 78 wird aufgebracht,in.dem ein Stahlrohr 72 aus nichtrostendem Stahl sitzt, dessen dem Element zu gelegener Abschnitt mit einer Dichtung 74 aus synthetischem Gummi und daran anschließend einem auf Aluminiumoxid basierenden Isolator76 gefüllt ist.
  • Der in Fig. 7 gezeigte Sauerstoffsensor wurde in die Abgasleitung eines Kraftfahrzeug-Benzinmotors so eingebracht, daß das Sauerstoffsensorelement 72 über die Öffnungen 71 der Haube 70 mit dem Abgas in Verbindung stand, und die beiden Drähte 50 wurden so angeschlossen, daß die Referenzelektrodenschicht 54 des Elementes 72 mit der negativen Klemme einer Gleichstromquelle und die Meßelektrodenschicht 58 mit der positiven Klemme der gleichen Quelle verbunden war. Um die durch den Sensor erzeugte elektromotorische Kraft zu messen, wurden die beiden Elektrodenschichten gleichfalls mit einem Spannungsmeßinstrumentmit einem Innenwiderstand von etwa 1 Megohm MlL verbunden. Um die Funktion des Sensors zu überprüfen, wurde das Luft/Treibstoffverhältnis des. Luft/Benzingemisches, mit dem der Motor betrieben wurde, in dem Bereich von 14 bis etwa 20 verändert, während die Stromstärke des die Festelektrolytschicht 56 des Sauerstoffsensorelementes 62 durchfließenden Stromes in dem Bereich von 0,2 bis 3,OffA geändert wurde. Die Abgastemperatur an der Stelle des Sauerstoffsensors wurde kontinuierlich bei 550° C gehalten.
  • Fig. 8 zeigt mit ausgezogenen Linien das Ergebnis dieses Versuches.
  • Wie-in Fig. 8 zu sehen, wurde bei einem Konstantstrom von 3,0 A eine elektromotorische Kraft durch das Element 62 erzeugt, die einen großen und scharfen Sprung beim Annähern des Luft/Treibstoffverhältnisses des verwendeten Gemisches zum stöchiometrischen Punkt 14,7 zeigte (der Luftüberschußfaktor ist dabei W = 1,0), es zeigte sich jedoch eine so gut wie konstante elektromotorische Kraft, wenn das Luft/Treibstoffverhältnis auf der mageren (obe--ren) Seite des stöchiometrischen Verhältnisses geändert wurde. Dieser große Sprung oder diese große Änderung in der--Größe-der erzeugten elektromotorischen Kraft beim stöchiometrischen Luft/Treibstoffverhältnis wurde auch dann beobachtet, wenn ein konstanter Strom mit geringerer Größe durch das Element 62 floß. Erst beim Absenken der Stromstärke auf 0,2ru wurde der Sprung unbrauchbar klein und die elektromotorische Kraft wurde auch bei einer Veränderung des Luft/Treibstoffverhältnisses zur mageren Seite sofort sehr gering. Bei Stromstärken im Bereich von etwa O,5A bis etwa 2,0ru A änderte sich die elektromotorische Kraft praktisch linear mit dem Luft/Treibstoffverhältnis des mageren Gemisches und zeigte gleichzeitig einen großen Sprung bei dem stöchiometrischen Luft/ Treibstoffverhältnis. Damit zeigte dieser Versuch die Möglichkeit, das stöchiometrische Luft/Treibstoffverhäitnis genau zu erfassen und höhere Treibstoffverhältnisse ebenfalls einzugrenzen, wenn ein nach Beispiel 1 hergestelltes Sauerstoffsensorelement 62 bei gleichzeitiger Zufuhr eines konstanten Gleichstromes mit angemessener Stärke verwendet wurde.
  • VERGLEICHSVERSUCH 1 Ein Sauerstoffsensorelement 84 entsprechend Fig. 9(E) wurde hergestellt, das im wesentlich gleich wie das Element 62 nach Fig. 6(F) aufgebaut wurde, jedoch auf herkömmliche Weise gefertigt war. Wie die Fig. 9(A) und 9(B) zeigen, wurde eine gesinterte Platte 82 mit den Abmessungen 3,4 mm x 5 mm x 1,6 mm aus Aluminiumoxid als ein Substrat benutzt, an dem Platindrähte 50 mit 0,2 mm Durchmesser als Zuleitungen befestigt waren, und es wurde eine Platinpaste auf eine Seite dieses Substrates 82 aufgetragen und nach Trocknen an Luft bei 1000 C während 20 min einer Erhitzung an Luft bei 1.3000 C während 1 h unterworfen, so daß eine Referenzelektrodenschicht 54A mit einer Stärke von etwa 2LAm gebildet wurde.
  • Danach wurde eine Festelektrolytpaste unter Benutzung von pulverisiertem Gemisch aus ZrO2 und Y203 im Molverhältnis 95 : 5 auf das Substrat 82 so aufgetragen, daß die Elektrodenschicht 54A gemäß Fig. 9(C) fast vollständig überdeckt wurde und nach Trocknen an Luft bei 1000 C während 30 min wurde das Substrat 82 mit der darauf aufgetragenen Paste in Luft bei 1.3800 3 h ausgeheizt, um eine poröse Festelektrolytschicht 56A mit einer Stärke von etwa 20Pm zu bilden. Daraufhin wurde eine poröse MeßeIektrodenschicht 58 aus Platin gemäß Fig. 9(D) durch Aufsprühen hergestellt. Selbstverständlich wurden die beiden Schichten 54A und 58. so ausgebildet, daß eine elektrische Verbindung mit jeweils einem der beiden Drähte 50 hergestellt wurde. Schließlich wurde das in dem Zustand nach Fig. 9(D) befindliche Element in seiner Gesamtheit mit einer porösen Schutzschicht 90 überdeckt, wie in Fig.
  • 9(E) gezeigt, indem ein Kalzium-Zirkonatpulver plasmagespruht wurde.
  • Das Sauerstoffsensorelement 84 nach Fig. 9(E) wurde dann in einen sonst gleichartigen Sauerstoffsensor nach Fig. 7 eingebaut und in der gleichen Weiseßwie wie beim Beispiel 1 beschrieben, einem Versuch unterworfen. Es war jedoch in diesem Fall notwendig, die Stromstärke des die Festelektrolytschicht 56A des Elementes 84 durchfließenden Gleichstromes im Bereich von 1 bis 25A A zu ändern, damit das Element 84 den Ausgangssignalen des Elementes 82 nach Beispiel 1 vergleichbare elektromotorische Kräfte erzeugte. Die Fig. 8 zeigt gestrichelt die Versuchsergebnisse dieses Vergleichsversuches 1.
  • Wie Fig. 8 zeigt, zeigte die elektromotorische Kraft bei Anlegen eines konstanten Stromes von 15 pA einen großen und scharfen Sprung beim stöchiometrischen Luft/Treibstoffverhältnis, und blieb ebenfalls bei einer weiteren Änderung auf der mageren Seite des stöchiometrischen Verhältnisses konstant, wie es beim Strom von 3 A bei Beispiel 1 der Fall war.
  • Beim Absenken des Stromes auf eine Stärke von IMA wurde der Sprung beim Durchlaufen des stöchiometrischen Verhältnisses unerwünscht klein und die elektromotorische Kraft nahm fast abrupt sofort wieder ab, wenn das Luft/Treibstoff-Verhältnis geringfügig in Abmagerungsrichtung vom stöchiometrischen Verhältnis weg verändert wurde, so daß die Erfassung des stöchiometrischen Luft/ Treibstoffverhäitnisses sehr erschwert war. Bei Stromstärken im Bereich von 3 bis 10» A war es möglich, das stöchiometrische Luft/Treibstoffverhåltnis und höhere Luft/Treibstoffverhältnisse zu erfassen. Es zeigte sich jedoch, daß auch bei diesen Stromstärkenbereichen die Abhängigkeit der elektromotorischen Kraft von dem Luft/ Treibstoffverhältnis nicht linear war, so daß eine Umwandlung des Meßwertes der elektromotorischen Kraft in ein Luft/Treibstoffverhältnis schwierig ist. Dazu ergibt sich in gewissen Luft/Treibstoff-Verhältnisbereichen ein sehr geringer Gradient der Charakteristik der elektromotorischen Kraft, so daß eine genaue Bestimmung des Luft/Treibstoffverhältnisses in diesen Bereichen nicht möglich ist. Das bedeutet, daß nur Luft/Treibstoffverhältnisse, die in einem relativ schmalen Bereich liegen, durch da gene'stete Sauerstoffsensorelement 84 erfaßt werden können. Dazu ergibt sich durch den erforderlichen beträchtlich hohen Strom ein Problem, wenn beispielsweise das Sauerstoffsensorelement 84 in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, und zusätzlich stört der ziemlich große fließende Strom durch den Festelektrolyten die genaue Bestimmung der elektromotorischen Kraft. Damit erwies sich, daß das Sauerstoffsensoreiement 62 nach Beispiel 1 sehr vorteilhaft gegenüber dem Vergleichselement 84 ist.
  • VERGLEICHSVERSUCH 2 Der beim Beispiel 1 erzeugte Sauerstoffsensor und der auf herkömmliche Weise für das Vergleichsexperiment 1 hergestellte Sauerstoffsensor wurden allgemein in der gleichen Weise, wie beim Beispiel 1 beschrieben, untersucht, jedoch wurde die Stromrichtung des durch die Festelektrolytschicht geschickten Stroms umgekehrt. Die Referenzelektrodenschicht 54 bzw. 54A wurde also mit der positiven Klemme der Gleichstromquelle verbunden und die Meßelektrodenschicht 58 mit der negativen Klemme.
  • Die beiden Sensoren wurden dann einem Abgas ausgesetzt, wobei das Luft/TreibstoffverhäItnis des dem Motor zugeführten Gemisches im Bereich von etwa 12 bis etwa 15,5 geändert wurde. Die Abgastemperatur beim Sensor wurde auf konstant etwa 6000 C gehalten. In Fig. 10 sind die entsprechenden Kurven dargestellt, und zwar zeigen die durchgezogenen Kurven die Versuchsergebnisse für das erfindungs gemäß hergestellte Sauerstoffsensorelement 62 und die gestrichelten Kurven zeigen die Ergebnisse für das nach herkömmlicher Weise hergestellte Element 84.
  • Bei -dem Sauerstoffsensorelement 62, das für Beispiel 1 hergestellt wurde, änderte sich die Größe der elektromotorischen Kraft praktisch linear mit dem Luft/Treibstoffverhältnis. eines fetten Gemisches, wenn der Konstantstrom im-Bereich von 1-2Alag, und es zeigte sich ein großer und scharfer Sprung beim stöchiometrischen Luft/Treibstoffverhältnis. Damit ist erwiesen, daß das Element 62 eine genaue Erfassung des stöchiometrischen und dagegen niedrigerer Luft/Treibstoffverhältnisse ermöglicht.
  • Bei dem zu Vergleichszwecken herangezogenen Sauerstoffsensorelement 84 war es wiederum notwendig, einen viel größeren Strom durch die Festelektrolytschicht zu schicken, um eine vergleichbare Größe der elektromotorischen Kraft zu erreichen und es war trotzdem keine lineare Abhängigkeit der elektromotorischen Kraft von dem Luft/Treibstoffverhältnis zu erreichen, so daß dieses Element 84 für eine genaue Erfassung der Luft/Treibstoffverhältnisse bei einem fetten Gemisch kaum einsetzbar ist, wenn auch eine Erfassung des stöchiometrischen Luft/Treibstoffverhältnisses ohne weiteres möglich ist.
  • BEISPIEL 2 Die hier verwendete Sauerstoffsonde wurde mit teilweiser Veränderung des Verfahrens nach Beispiel 1 hergestellt.
  • Unter Benutzung der nicht erhitzten Schirmschicht 52 nach Fig. 6(B) wurden die Verfahrensschritte, die noch nicht ausgeheizte Referenzelektrodenschicht 54 durch Auftragen einer Platinpaste nach Fig. 6(C) und des darauffolgenden Ausbildens der nicht ausgeheizten Festelektrolytschicht 56 durch Aufbringen der ZrO2-Y203-Paste nach Fig. 6(D) entsprechend der Beschreibung bei Beispiel 1 ausgeführt, jedoch wurde sowohl die aufgebrachte Platinpastenschicht 54 als auch die aufgebrachte Festelektrolytschicht 56 jeweils bei 1000 C während 1 h getrocknet. Dann wurde die Platinpaste auf die noch nicht erhitzte Festelektrolytschicht 56 gemäß der Darstellung Fig. 6,(E) aufgetragen und eine weitere Austrocknung bei 1000 C und l h ausgeführt, und damit wurde eine Vor-Meßelektrodenschicht 58 gebildet. In diesem Zustand wurde das noch nicht fertige Element in eine Aufschlämmung getaucht, die Aluminiumoxid und einen Zusatz von Graphitpulver enthielt und danach 2 h bei 1000 C getrocknet, um so eine Vor-Schutzschicht zu bilden, Damit wurden alle Schichten eines Elementes gemäß dem Aufbau nach Fig. 3 übereinander angebracht, jedoch war dabei noch keine Schicht erhitzt worden. Dann wurde das Element-in diesem Zustand an Luft 2 h bei 1.5000 C -ausgeheizt, um ein gleichzeitiges Sintern der Schirmschicht 52, der Referenzelektrodenschicht 54, der porösen Festelektrolytschicht 56, der porösen Meßelektrodenschicht 58 und'der porösen Schutzschicht 60 zu erreichen. Das Graphitpulver, das der erwähnten Aluminiumoxid-Aufschlämmung hinzugefügt wurde, sollte eine höhere Porosität der gesinterten Schutzschicht 60 ergeben.
  • Das so entstandene Sauerstoffsensorelement 62 wurde zu einem Sauerstoffsensor nach Fig. 7 zusammengebaut und dieser Sensor dem in Beispiel 1 beschriebenen Versuch unterworfen. Die erhaltenen Kennlinien waren praktisch mit den Kennlinien des Sauerstoffsensors im Beispiel 1 identisch.
  • VERGLEICHSEXPERIMENT 3 Es wurden die elektrischen Widerstände der Festelektrolytschicht 56 des Sauerstoffsensorelementes 62, wie es in Beispiel 1 beschrieben wurdefund der Festelektrolytschicht 56A des Sauerstoffsensorelementes 84, das nach dem üblichen Verfahren hergestellt wurde, bei verschiedenen Temperaturen gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 11 zusammengefaßt; dabei stellt die durchgezogene Gerade die Meßergebnisse des Sensorelementes 56 dar, während die gestrichelte Linie die Meßergebnisse beim herkömmlich hergestellten Element 84 zeigt. Wie aus der Fig. 11 hervorgeht, besitzt die erfindungsgemäß hergestellte Festelektrolytschicht 56 einen viel geringeren spezifischen Widerstand als die auf herkömmliche Weise hergestellte Festelektrolytschicht 56A?trotz Verwendung des gleichen Materials. Dadurch ergibt sich ein Hinweis darauf, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Festelektrolytschicht gebildet wird, die mikroskopische Durchgangsöffnungen mit dem erwünschten kleinen mittleren Durchmesser und der angemessen breiten Durchmesserverteilung besitzt.
  • Bei den beschriebenen Beispielen und Vergleichsexperimenten wurden die verwendeten Sauerstoffsensorelemente immer in Verbindung mit einer angelegten Gleichspannung zwischen der Referenz- und der Meßelektrodenschicht eingesetzt,um so einen elektrolytisch erzeugten Einstrom oder Abstrom von Sauerstoff durch die Festelektrolytschicht zu erzeugen und dadurch eine konstante Größe des Sauerstoffpartialdrucks an der Zwischenfläche zwischen der Referenzelektrodenschicht und Festelektrodenschicht aufrechtzuerhalten. Es ist jedoch auch ohne Anlegen einer Gleichspannung ein erfindungsgemäß hergestelltes Sauerstoffsensorelement zur Erfassung einer Änderung des Luft/Treibstoffverhältnisses über das stöchiometrische Verhältnis hinweg nützlich. Das Auftreten eines solchen Wechsels des Luft/Treibstoffverhältnisses, entweder in Richtung von fett auf mager oder umgekehrt, ergibt einen,a'brupten und beträchtlichen Sprung des Sauerstoffpartialdruckes an der Oberfläche der Meßelektrodenschicht (und an der Außenfläche der Schirmschicht), die frei zum Abgas hin liegt. Da entweder die Festelektrolyt- -schicht oder die Schirmschicht dann, wenn sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildet ist, mikroskopische Durchgangsöffnungen mit kleinem mittleren Durchmesser und einer weiten Durchmesserverteilung enthält, zeigt die Festelektrolytschicht (oder die Schirmschicht) einen beträchtlichen Widerstand gegen die Diffusion von Gasen durch-diese Schicht. Deswegen tritt eine beachtliche Änderung der. Größe des Sauerstoffpartialdruckes an der Zwischenfläche zwischen Referenzelektrodenschicht und Festelektrolytschicht (oder Schirmschicht) mit einer ZeitVerzögerung gegenüber dem Auftreten der Änderung im Abgas an der Außenfläche des Sauerstoffsensorelementes auf. Aus diesem Grund erzeugt ein solches Sauerstoffsensorelement in einer Abgasatmos-phäre eine impulsartig auftretende elektromotorische Kraft bei jedem Durchlaufen des-Luft/Treibstoffverhältnisses durch den stöchiometrischen Punkt.
  • Wenn die Festelektrolytschicht mit Durchgangsöffnungen von übermäßig-- großen Durchmessern oder Sprüngen gebildet wird, wiees oft bei der Herstellung nach dem üblichen Verfahren auftritt geht die Gasdiffusion durch die Festelektrolytschicht mit unerwünscht hoher Rate vor sich und das Verhältnis der 'gtot-en" Mikrozellen zu den "lebenden" Mikrozeilen wird sehr groß. Deshalb kann das Element keine impulsartig auftretende elektromotorische Kraft erzeugen, wenn das Luft/Treibstoffverhältnis bei seiner Änderung den stöchiometrischen Punkt durch-läuft, oder der Impuls von erzeugter elektromotorischer Kraft ist zu klein, als daß er als nutzbares Signal erkannt und verwendet werden könnte.
  • Wie- -bereits beschrieben, können die so hergestellten Sauerstoffsensoren besonders gut für die Messung und Überwachung bei Kraftfahrzeugmotoren eingesetzt werden, es ist jedoch gleichfalls ein Einsatz bei anderen Verbrennungsvorrichtungen möglich, beispielsweise bei Industriebrennern, aber auch bei Vorrichtungen zur Heizungsüberwachung im industriellen wie im Wohnbereich.
  • Damit ergibt sich ein Verfahren zur Herstellung eines Sauerstoffsensorelementes vom Sauerstoff-Konzentrationszellentyp mit einer gesinterten Schirmschicht, einer gesinterten Schicht eines sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten, einer zwischen der Schirmschicht und der Festelektrolytschicht eingeschlossenen Referenzelektrodenschicht und einer an der Außenseite der Festelektrolytschicht angebrachten Meßelektrodenschicht. Um eine Beeinflussung der Gas-Permeabilität entweder der Festelektrolytschicht oder der Schirmschicht zu ermöglichen und die körperliche Festigkeit des Sensors zu verbessern, werden Schirmschicht und Festelektrolytschicht aufeinander mit dazwischen eingesetzter Referenzelektrodenschicht angeordnet, während die Schirmschicht und die Festelektrolytschicht jeweils im noch nicht erhitzten Zustand sind und dann in geschichteter Anordnung erhitzt, um ein gleichzeitiges Sintern der Schirmschicht und der Festelektrolytschicht so zu erreichen, daß eine dieser beiden Schichten nach dem Sintervorgang die erwünschte poröse Struktur zeigt. Die Referenzelektrodenschicht und/oder die Meßelektrodenschicht können gleichfalls erst nach dem Zusammenfügen gleichzeitig mit der bis dahin noch nicht erhitzten Schirmschicht und Festelektrolytschicht erhitzt und damit gesintert werden. Der so erzeugte Sauerstoffsensor ist zur Verwendung mit dem Abgas eines Kraftfahrzeugmotors zum Erfassen des Luft/Treibstoffverhältnisses eines stöchiometrischen, eines fetten oder eines mageren, dem Motor zugeführten Gemisches ensetzbar.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Sauerstoffsensorelementes mit gesinterter Festelektrolytschicht Patentansprüche 1.J Verfahren zur Herstellung eines Sauerstoffsensorelementes mit mit gesinterter Schirmschicht aus einem elektrochemisch inaktiven Material, mit einer an einer Seite der Schirmschicht gebildeten Referenzelektrodenschicht, einer gesinterten Schicht aus einem sauerstoffionen-ieitenden Festelektrolyten, die auf der Schirmschicht so gebildet ist, daß die Referenzelektrodenschicht zwischen diesen Schichten eingeschlossen ist und mit einer gasdurchlässig porösen Meßelektrodenschicht an der Außenseite der Festelektrolytschicht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schirmschicht und die Festelektrolytschicht mit dazwischengefügter Referenzelektrodenschicht aufeinander angeordnet werden, wobei mindestens die Schirmschicht und die Festelektrolytschicht in noch nicht erhitztem Zustand sind, so daß diese drei Schichten innigen Kontakt miteinander eingehen und daß die Schirmschicht, die Festelektrolytschicht und die Referenzelektrodenschicht im aufeinandergefügten Zustand erhitzt werden, um. ein gleichzeitiges Sintern mindestens der Schirmschicht und der Festelektrolytschicht so zu erreichen, daß in vorbestimmter Weise entweder die Schirmschicht oder die Festelektrolytschicht nach dem Erhitzungsvorgang eine mikroskopisch poröse und angemessen gasdurchlässige Struktur besitzt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Referenzelektrodenschicht zwischen der nicht erhitzten Schirmschicht und der nicht erhitzten Festelektrolytschicht im ebenfalls nicht erhitzten Zustand durch die Schirmschicht und Elektrolytschicht umschlossen so eingelegt wird, daß die Referenzelektrodenschicht gleichzeitig mit Schirmschicht und Festelektrolytschicht aus geheizt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Meßelektrodenschicht auf die noch nicht erhitzte Festelektrolytschicht aufgebracht wird, während die Meßelektrodenschicht im nicht erhitzten Zustand ist, so daß die Meßelektrodenschicht ebenfalls gleichzeitig mit Schirmschicht und Festelektrolytschicht ausgeheizt wird.
  4. 4, Verfahren nach Anspruch 3 für ein Sauerstoffsensorelement mit einer gasdurchlässig porösen Schutzschicht, die dindestens die Außenflächen der Meßelektrodenschicht und der Festelektrolytschicht überdeckt, dadurch g e -k e n-n z e i c h n e t, daß auch die Schutzschicht gleichzeitig mit der Schirmschicht und der Festelektro--lytschicht gesintert wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 für einen Sauerstoffsensor, bei dem an oder in der Schirmschicht.ein elektrisches Widerstandsheizelement angebracht ist, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß auch das Widerstandsheizelement gleichzeitig mit Schirmschicht und Festelektrolytschicht gesintert wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß mindestens eine der die Schirmschicht und~die Festelektrolytschicht bildenden Schichten so vorbereitet wird, daß eine Schicht entsteht1 die durch das Sintern vollständig verfestigt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß eine ausgewählte Schicht aus Schirmschicht und Festelektrolytschicht anfänglich als dünne Schicht vorbereitet wird, indem zunächst die R-eferenzelektrodenschicht auf die andere Schicht aufgetragen und dann eine feine Teilchen eines Materials für die ausgewählte Schicht enthaltende 'Paste,auf die Schicht.-aufgebracht wird,welche bereits die Referenzelektrodenschicht trägt2 um so die ReferenzelektrodenschiCht? mit der Paste zu bedecken.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Referenzelektrodenschicht anfangs als Dünnfilm vorbereitet wird, durch Auftragen einer~elektronisch leitendes Material in feinen Teilchen enthaltenden Paste auf die Schicht, die die jeweils andere aus den beiden Schichten Schirmschicht und Festelektrodenschicht werden soll.
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