DE4447998B4 - Oxygen sensor for measuring oxygen concn. of internal combustion engine exhaust gas - comprises solid electrolyte plate, ventilation plate, and heating base - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sauerstoffsensors zum Feststellen einer Sauerstoffkonzentration in einem Gas und einen Sauerstoffsensor zum Feststellen der Sauerstoffkonzentration, die in einem Gas wie einem Abgas eines Verbrennungsmotors vorhanden ist.The The present invention relates to a process for producing a Oxygen sensor for detecting an oxygen concentration in a gas and an oxygen sensor to detect the oxygen concentration, which is present in a gas such as an exhaust gas of an internal combustion engine is.
Die
deutsche Patentschrift
Die
japanische offengelegte Patentanmeldung
Die
deutsche Offenlegungsschrift
Die
offengelegte japanische Patentanmeldung
Ein
Sauerstoffsensor ist in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr.
61-108957 beschrieben.
Der
Sensorbereich
Die
Festelektrolytplatte
Die
Isolierschicht
Jedoch
kann mit einem anorganischen Klebstoff keine ausreichende Luftdichtigkeit
zwischen der Belüftungsplatte
Daher
wurde ein Sauerstoffsensor vom Sandwichtyp, wie er in
Das
Heizelement
Bei
Einsatz des Druckens der Aluminiumoxidpaste kann eine kompakte Isolierschicht
Es gibt ein Verfahren, um diese Schwierigkeiten zu umgehen, gemäß dem ein separates Heizelement hergestellt wird, und die Unterseite eines Sensorbereichs mit der der Elektrode des Sensorbereichs gegenüberliegenden Seite, die zur Einleitung des Atmosphärengases ein Loch hat, mit einem anorganischen Klebstoff verbunden wird. Bei diesem Verfahren ist jedoch der Klebstoff bei hohen Temperaturen nicht zuverlässig. Außerdem bildet der anorganische Klebstoff keine kompakte Schicht, wodurch die thermische Leitfähigkeit verschlechtert wird.It gives a method to circumvent these difficulties, according to the separate heating element is manufactured, and the underside of a Sensor area opposite to the electrode of the sensor area Side having a hole for introducing the atmospheric gas with an inorganic adhesive is connected. In this process however, the adhesive is not reliable at high temperatures. Besides, forms the inorganic adhesive is not a compact layer, reducing the thermal conductivity is worsened.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Sauerstoffsensors zur Verfügung zu stellen.It It is an object of the present invention to provide a process for the preparation an improved oxygen sensor to provide.
Diese Aufgabe wird bevorzugt durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.These The object is preferably achieved by a method according to claim 1. advantageous Further developments are defined in the subclaims.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sauerstoffsensor zur Verfügung zu stellen, der vier Bestandteile umfaßt (das heißt, eine Festelektrolytplatte, eine Belüftungsplatte, eine Isolierschicht und eine Heizbasis), die integral fest verbunden sind.It Another object of the present invention is an oxygen sensor to disposal comprising four components (that is, a solid electrolyte plate, a ventilation plate, an insulating layer and a heating base) integrally fixedly connected are.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausreichende ionische Bedingungen für die Elektrolytplatte, die für einen Sauerstoffsensor erforderlich sind, und ausreichende elektrische Isolation der Isolierschicht sicher zu stellen.It is still another object of the present invention, sufficient ionic conditions for the Electrolytic plate suitable for an oxygen sensor is required, and sufficient electrical Insulation of the insulating layer to ensure.
Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Sauerstoffsensor zur Verfügung gestellt, der eine Festelektrolytplatte enthält, die aus Zirkoniumoxidpulver besteht, das einen mittleren Teilchendurchmesser von weniger als 2,0 μm hat, wobei die Elektrolytplatte eine Meßelektrode und eine Bezugselektrode hat, die jeweils auf den zwei entgegengesetzten Oberflächen der Elektrolytplatte ausgebildet sind.According to one aspect of the present invention, an oxygen sensor is provided, which contains a solid electrolyte plate made of zirconia powder having an average particle diameter of less than 2.0 μm, said electrolyte plate having a measuring electrode and a reference electrode formed on the two opposite surfaces of the electrolyte plate, respectively.
Ferner enthält dieser Sauerstoffsensor eine Belüftungsplatte, die aus Aluminiumoxidpulver besteht, das einen mittleren Teilchendurchmesser von weniger als 1,0 μm hat, wobei die Belüftungsplatte auf der Seite der Bezugselektrode der Festelektrolytplatte angebracht ist, und die Belüftungsplatte mit einem Belüftungskanal versehen ist, um ein Bezugsgas zu der Bezugselektrode zu leiten, und eine Heizbasis, die auf der Belüftungsplatte angebracht ist.Further contains this oxygen sensor has a ventilation plate, which consists of alumina powder having an average particle diameter less than 1.0 μm has, with the ventilation plate mounted on the side of the reference electrode of the solid electrolyte plate is, and the ventilation plate with a ventilation duct is provided to direct a reference gas to the reference electrode, and a heating base mounted on the ventilation plate.
Gemäß eines weiteren Aspekts wird ein Sauerstoffsensor zur Verfügung gestellt, wobei die Festelektrolytplatte 5 bis 7 Mol-% Yttriumoxid bezogen auf das Zirkoniumoxidpulver, das in der Festelektrolytplatte enthalten ist, enthält.According to one In another aspect, an oxygen sensor is provided, wherein the solid electrolyte plate 5 to 7 mol% based yttria on the zirconia powder contained in the solid electrolyte plate is, contains.
Gemäß eines anderen Aspekts wird ein Sauerstoffsensor zur Verfügung gestellt, wobei die Elektrolytplatte 5 Massenteile Aluminiumoxid bezogen auf das Zirkoniumoxidpulver enthält.According to one In another aspect, an oxygen sensor is provided wherein the electrolyte plate 5 parts by mass of alumina based on contains the zirconia powder.
Gemäß eines weiteren Aspekts wird ein Sauerstoffsensor zur Verfügung gestellt, wobei die Belüftungsplatte aus weniger als 10 Massenteilen Zirkoniumoxid der teilweise mit Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumoxid bezogen auf das Aluminiumoxidpulver, das in der Belüftungsplatte enthalten ist, besteht.According to one In another aspect, an oxygen sensor is provided, the ventilation plate made of less than 10 parts by mass of zirconium oxide partially with Yttria stabilized zirconia with respect to the alumina powder, that in the ventilation plate is included.
Gemäß noch eines anderen Aspekts wird ein Sauerstoffsensor zur Verfügung gestellt, wobei die Festelektrolytplatte eine Dicke von 50 bis 300 μm hat, und die Belüftungsplatte wenigstens viermal so dick ist wie die Festelektrolytplatte.According to one more In another aspect, an oxygen sensor is provided wherein the solid electrolyte plate has a thickness of 50 to 300 microns, and the ventilation plate at least four times as thick as the solid electrolyte plate.
Gemäß noch eines weiteren Aspekts wird ein Sauerstoffsensor zur Verfügung gestellt, wobei die Festelektrolytplatte und die Belüftungsplatte durch Sintern integral ausgebildet sind.According to one more In another aspect, an oxygen sensor is provided, wherein the solid electrolyte plate and the ventilation plate are sintered are integrally formed.
Die vorstehenden Aufgaben werden durch den nachfolgend beschriebenen Aufbau gelöst. Der Sauerstoffsensor ist versehen mit einer Festelektrolytplatte, die aus Zirkoniumoxidpulver besteht, das einen mittleren Teilchendurchmesser von weniger als 2 μm hat, wobei die Elektrolytplatte eine Meßelektrode und eine Bezugselektrode hat, die jeweils auf zwei gegenüberliegenden Oberflächen der Elektrolytplatte ausgebildet sind; einer Belüftungsplatte, die aus Aluminiumoxidpulver besteht, das einen mittleren Teilchendurchmesser von weniger als 1 μm hat, wobei die Belüftungsplatte auf der Seite der Bezugselektrode der Festelektrolytplatte angebracht ist, und die Belüftungsplatte mit einem Belüftungskanal versehen ist, um ein Bezugsgas zur Bezugselektrode zu leiten; und einer Heizbasis, die auf der Belüftungsplatte angebracht ist. Daher werden die vier Bestandteile nach dem Sintern integral fest verbunden, so daß der Klebstoff auch bei hohen Temperaturen zuverlässig ist, und der anorganische Klebstoff, da er ein kompakter Klebstoff ist, ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit hat.The above objects are described by the following Structure solved. The oxygen sensor is provided with a solid electrolyte plate, which consists of zirconium oxide powder having an average particle diameter less than 2 μm has, wherein the electrolyte plate has a measuring electrode and a reference electrode has, in each case on two opposite surfaces the electrolyte plate are formed; a ventilation plate made of alumina powder which has a mean particle diameter of less than 1 μm, the ventilation plate mounted on the side of the reference electrode of the solid electrolyte plate is, and the ventilation plate with a ventilation duct is provided to direct a reference gas to the reference electrode; and a heating base on the ventilation plate is appropriate. Therefore, the four ingredients after sintering integral firmly connected, so that the Adhesive is reliable even at high temperatures, and the inorganic Adhesive, being a compact adhesive, has excellent thermal conductivity Has.
Wie schon erwähnt stellt die vorliegende Erfindung einen Sauerstoffsensor zur Verfügung, umfassend eine Festelektrolytplatte, die eine Meßelektrode und eine Bezugselektrode auf zwei jeweils gegenüberliegenden Oberflächen der Elektrolytplatte hat, eine Belüftungsplatte, die mit einem Belüftungskanal ausgestattet ist, eine Isolierschicht und eine Heizbasis, die ein Heizelement hat. Die Belüftungsplatte, die Isolierschicht und die Heizbasis sind auf der Rückseite der Elektrolytplatte aufeinander geschichtet.As already mentioned, the present invention provides an oxygen sensor comprising a solid electrolyte plate having a measuring electrode and a reference electrode on two opposite surfaces of the electrolyte plate, a ventilation plate provided with a ventilation channel, an insulating layer and a heating base having a heating element. The ventilation plate, the insulating layer and the heating base are stacked on the back of the electrolyte plate.
Diese Bestandteile sind integral gesintert, um so integrierte Laminate auszubilden. Die Elektrolytplatte besteht aus einer ungebrannten Zirkoniumoxidplatte, die aus Zirkoniumoxidpulver, das einen mittleren Teilchendurchmesser von weniger als 2,0 μm hat, 5 bis 7 Mol-% Yttriumoxid bezogen auf das Zirkoniumoxidpulver, und 0 bis 5 Massenteile Aluminiumoxid besteht. Die Dicke der ungebrannten Zirkoniumoxidplatte beträgt 50 bis 300 μm. Die Meßelektrode und die Bezugselektrode sind auf der Vorder- bzw. Rückseite der ungebrannten Zirkoniumoxidplatte ausgebildet.These Components are integrally sintered to provide integrated laminates train. The electrolyte plate consists of an unfired one Zirconia plate made of zirconia powder containing a medium Particle diameter of less than 2.0 microns, 5 to 7 mol% yttria based on the zirconia powder, and 0 to 5 parts by mass of alumina consists. The thickness of the zirconia green sheet is 50 to 300 μm. The measuring electrode and the reference electrode are on the front and back, respectively formed of the green zirconia plate.
Die Heizbasis besteht aus einer ungebrannten Aluminiumoxidplatte, die aus einem Aluminiumoxidpulver besteht, das einen mittleren Teilchendurchmesser von weniger als 1,0 μm und 0 bis 10 Massenteile Zirkoniumoxid oder teilweise mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid, bezogen auf das Aluminiumoxidpulver, hat. Die ungebrannte Aluminiumoxidplatte ist 4 oder mehrere Male so dick wie die ungebrannte Zirkoniumoxidplatte. Das Heizelement ist auf der Vorderseite der ungebrannten Aluminiumoxidplatte ausgebildet.The Heating base consists of an unfired alumina plate, the is an alumina powder having an average particle diameter less than 1.0 μm and 0 to 10 parts by mass zirconia or partially with yttria stabilized zirconia based on the alumina powder. The green alumina plate is 4 or more times as thick like the unbaked zirconia plate. The heating element is on formed the front of the green alumina plate.
Eine ungesinterte Belüftungsplatte, eine ungesinterte Aluminiumoxidplatte als Isolierschicht und die zuvor beschriebene ungebrannte Aluminiumoxidplatte werden nacheinander auf der Rückseite der ungebrannten Zirkoniumoxidplatte aufgeschichtet. Diese Platten werden erhitzt und zusammen gesintert. So wird der Sauerstoffsensor fertig gestellt.A unsintered ventilation plate, an unsintered alumina plate as the insulating layer and the above described unfired alumina plate are successively on the back side the unburned zirconia plate stacked. These plates are heated and sintered together. This is how the oxygen sensor works finished.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Festelektrolytplatte und die Heizplatte aus den zuvor beschriebenen Materialien bestehen und daß die ungebrannte Festelektrolytplatte, die ungebrannte Belüftungsplatte, die ungebrannte Isolierschicht und die ungebrannte Heizbasis aufeinandergeschichtet und integral gesintert sind.The The present invention is characterized in that the solid electrolyte plate and the heating plate made of the materials described above and that the unbaked solid electrolyte plate, the unfired aeration plate, the unfired insulating layer and the unfired heating base are stacked and sintered integrally.
Die mittlere Teilchendurchmesser des Zirkoniumoxidpulvers der ungesinterten Zirkoniumoxidplatte für die Festelektrolytplatte ist weniger als 2,0 μm. Ist der mittlere Durchmesser größer als 2,0 μm wird das Pulver nicht ausreichend gesintert, sodaß nur schwer eine Festelektrolytplatte mit ausgezeichneter Qualität erhalten werden kann. Die Untergrenze des mittleren Teilchendurchmessers ist 0,1 μm.The average particle diameter of the unsintered zirconia powder Zirconia plate for the Solid electrolyte plate is less than 2.0 μm. Is the mean diameter greater than 2.0 microns is the powder is not sufficiently sintered, making it difficult to get a solid electrolyte plate with excellent quality can be obtained. The lower limit of the mean particle diameter is 0.1 μm.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal sind 5 bis 7 Mol-% Yttriumoxid (Y2O3) und 0 bis 5 Massenteile Aluminiumoxid 100 Mol-% des zuvor beschriebenen Zirkoniumoxidpulvers zugesetzt. Beträgt der Yttriumoxidgehalt weniger als 5 Mol-% oder mehr als 7 Mol-% ist der Unterschied zu dem thermischen Expansionskoeffizienten des Aluminiumoxids zu groß. Als Folge treten Risse auf.According to another feature of the invention, 5 to 7 mol% of yttria (Y 2 O 3 ) and 0 to 5 parts by mass of alumina are added to 100 mol% of the zirconia powder described above. If the yttria content is less than 5 mol% or more than 7 mol%, the difference with the thermal expansion coefficient of the alumina is too large. As a result, cracks occur.
Ist der Aluminiumoxidgehalt höher als 5 Massenteile, verschlechtert sich die Leitfähigkeit der Sauerstoffionen. Die Zugabe an Aluminiumoxid verbessert die Bruchzähigkeit der Festelektrolytplatte. Wo jedoch eine hohe Festigkeit der Festelektrolytplatte nicht erforderlich ist, braucht kein Aluminiumoxid zugesetzt werden.is the alumina content higher as 5 parts by mass, the conductivity of the oxygen ions deteriorates. The addition of alumina improves the fracture toughness the solid electrolyte plate. Where, however, a high strength of the solid electrolyte plate is not required, no alumina needs to be added.
Die
Dicke der ungebrannten Zirkoniumoxidplatte beträgt 50 bis 300 μm. Ist die
Dicke geringer als 50 μm,
ist es technisch unmöglich,
eine Zirkoniumoxidschicht zu bilden. Dadurch ergeben sich Qualitätsprobleme und
Probleme in Bezug auf eine leichte Handhabung. Übersteigt die Dicke 300 μm, bilden
sich in dem Sauerstoffsensor während
dem Sintern Risse. Eine Meßelektrode
und eine Bezugselektrode werden jeweils auf der Vorder- bzw. Rückseite
der ungebrannten Zirkoniumoxidplatte mittels Siebdruck ausgebildet
(vgl.
Das Aluminiumoxidpulver der ungebrannten Aluminiumoxidplatte, die die Heizbasis bildet, hat einen mittleren Teilchendurchmesser von weniger als 1,0 μm. Übersteigt der Durchmesser 1,0 μm, wird die Platte nicht ausreichend gesintert. Die untere Grenze des mittleren Teilchendurchmessers ist 0,05 μm, um eine ausreichende Sinterung zu gewährleisten.The Aluminum oxide powder of the unfired alumina plate containing the Heating base has a mean particle diameter of less as 1.0 μm. exceeds the diameter 1.0 μm, the plate is not sufficiently sintered. The lower limit of the average particle diameter is 0.05 μm to ensure adequate sintering to ensure.
Das Aluminiumoxidpulver (100 Massenteile) enthält 0 bis 10 Massenteile Zirkoniumoxid oder ein Zirkoniumoxidadditiv, das aus Y2O3 stabilisierten Zirkoniumoxid besteht. Wenn der Gehalt an Zirkoniumoxid oder Zirkoniumoxidadditiv 10 Massenteile übersteigt, wird der spezifische Widerstand (mit anderen Worten der Volumenwiderstand) klein. Als Folge wird eine Spannung aufgrund des Leckstroms dem Sensoroutputsignal überlagert, wenn der Sensor bei hohen Temperaturen verwendet wird. Ist die Dicke der Zirkoniumoxidplatte verhältnismäßig klein, ist das Zirkoniumoxidadditiv entbehrlich.The alumina powder (100 parts by mass) contains 0 to 10 parts by mass of zirconia or a zirconia additive consisting of Y 2 O 3 stabilized zirconia. When the content of zirconia or zirconia additive exceeds 10 parts by mass, the resistivity (in other words, the volume resistivity) becomes small. As a result, a voltage due to the leakage current is superimposed on the sensor output signal when the sensor is used at high temperatures. If the thickness of the zirconia plate is relatively small, the zirconia additive is dispensable.
Die ungebrannte Aluminiumoxidplatte hat wenigstens die vierfache Dicke der ungebrannten Zirkoniumoxidplatte. Wenn die erste ungebrannte Platte weniger als viermal so dick wie die letztere ungebrannte Platte ist, kann die Festelektrolytplatte während des Sinterns des Sauerstoffsensors brechen.The green alumina plate has at least four times the thickness of the green zirconia plate. If the first unfired plate is less than four times as thick as the latter unfired plat te, the solid electrolyte plate may break during sintering of the oxygen sensor.
Vorzugsweise ist die obere Grenze der Dicke der ungebrannten Aluminiumoxidplatte weniger als die achtfache Dicke der ungebrannten Zirkoniumoxidplatte, um sicherzustellen, daß die Hitze schnell durch den Sensor geleitet wird.Preferably is the upper limit of the thickness of the green alumina plate less than eight times the thickness of the unbaked zirconia plate, to make sure that the Heat is passed quickly through the sensor.
Das Heizelement wird auf der Oberfläche der Heizbasis mittels Siebdruck oder einem ähnlichen Verfahren ausgebildet. Die Belüftungsplatte und die Isolierschicht bestehen aus ungesinterten Platten aus nachstehend beschriebenen Materialien.The Heating element is on the surface the Heizbasis formed by screen printing or a similar method. The ventilation plate and the insulating layer are made of green plates from below described materials.
Die
zuvor beschriebenen Festelektrolytplatte, Belüftungsplatte, Isolierschicht
und ungebrannte Aluminiumoxidplatte werden jeweils aufeinander geschichtet
und integral gesintert, wie in
Da die Belüftungsplatte mit der Festelektrolytplatte verbunden wird, besteht die Belüftungsplatte vorzugsweise aus Zirkoniumoxid.There the ventilation plate is connected to the solid electrolyte plate, there is the ventilation plate preferably zirconium oxide.
Wegen der elektrischen Isolierung besteht die Isolierschicht aus Aluminiumoxid. Erfindungsgemäß sind die Festelektrolytplatte und die Heizbasis wie vorstehend beschrieben konstruiert und deshalb kann die Belüftungsplatte auf die selbe Weise wie die Isolierschicht aus Aluminiumoxid bestehen.Because of the electrical insulation consists of the insulating layer of alumina. According to the invention Solid electrolyte plate and heating base as described above designed and therefore the ventilation plate can on the same Way as the insulating layer of aluminum oxide.
Die ungesinterte Belüftungsplatte hat vorzugsweise eine Dicke von 150 bis 2000 μm. Die ungesinterte Isolierschichtplatte hat vorzugsweise eine Dicke von 50 bis 2000 μm. Außerhalb dieser Bereiche ist es schwierig, die erfindungsgemäßen Vorteile zu erhalten.The unsintered ventilation plate preferably has a thickness of 150 to 2000 microns. The unsintered insulating layer plate preferably has a thickness of 50 to 2000 microns. Outside of these areas is it difficult, the advantages of the invention to obtain.
Bei dem Herstellungsverfahren für einen Sauerstoffsensor wird die ungebrannte Zirkoniumoxidplatte für die Festelektrolytplatte verwendet. Die ungebrannte Aluminiumoxidplatte wird für die Heizbasis verwendet. Die ungesinterte Belüftungsplatte bzw. ungesinterte Isolierschicht werden zwischen der ungebrannten Zirkoniumoxidplatte und der ungebrannten Aluminiumoxidplatte eingelagert. Diese Platten werden integral gesintert, um ein integriertes Laminat zu erzeugen.at the manufacturing process for an oxygen sensor becomes the unfired zirconia plate for the solid electrolyte plate used. The unfired alumina plate is used for the heating base used. The unsintered ventilation plate or unsintered insulating layer are between the unfired Embedded zirconia plate and the green alumina plate. These panels are integrally sintered to form an integrated laminate to create.
Im Ergebnis werden diese vier Bestandteile fest miteinander verbunden. Die Festelektrolytplatte wird aus der ungebrannten Zirkoniumoxidplatte hergestellt und die Heizbasis wird aus der ungebrannten Aluminiumoxidplatte erzeugt, wobei beide gemäß den vorstehenden Bedingungen gebildet werden. Folglich entsteht während des Sinterns keine große thermische Beanspruchung. Somit brechen weder die Festelektrolytplatte noch die ungebrannte Aluminiumoxidplatte.in the As a result, these four components are firmly connected. The solid electrolyte plate is made of the unfired zirconia plate prepared and the heating base is produced from the green alumina plate, both according to the above Conditions are formed. As a result, no large thermal generation occurs during sintering Stress. Thus, neither the solid electrolyte plate nor break the unfired alumina plate.
Da die Festelektrolytplatte aus dem zuvor erwähnten Material besteht, wird eine ausreichende ionische Leitung, die für einen Sauerstoffsensor notwendigerweise erforderlich ist, sichergestellt. Die Isolierschicht besteht aus Aluminiumoxid, das ausgezeichnete elektrische Isoliereigenschaft hat.There the solid electrolyte plate is made of the aforementioned material a sufficient ionic conduction necessary for an oxygen sensor is required, guaranteed. The insulating layer consists of Alumina, the excellent electrical insulation property Has.
Daher können erfindungsgemäß sowohl die ionische Leitung der Festelektrolytplatte als auch die elektrische Isolierung der Isolierschicht, die ein Sauerstoffsensor aufweisen muß, erhalten werden. Folglich wird ein Sauerstoffsensor zur Verfügung gestellt, der aus vier Bestandteilen besteht, die fest miteinander verbunden sind.Therefore can according to the invention both the ionic conduction of the solid electrolyte plate as well as the electrical Isolation of the insulating layer, which have an oxygen sensor must, get become. Consequently, an oxygen sensor is provided, which consists of four components, which are firmly connected.
Andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden im Verlauf der folgenden Beschreibung ersichtlich.Other Objects and features of the invention will become apparent in the course of the following Description visible.
Beispiel 1example 1
Ein
Verfahren zur Herstellung eines Sauerstoffsensors gemäß dem vorliegenden
erfindungsgemäßen Beispiel
wird nun unter Bezugnahme auf
Die
Belüftungsplatte
ist im Querschnitt konkav und ist mit einem Belüftungskanal
Die
Isolierschicht
Der vorbeschriebene Sauerstoffsensor wird hergestellt, indem eine ungebrannte Zirkoniumoxidplatte als Festelektrolytplatte, eine ungesinterte Belüftungsplatte, eine ungesinterte Isolierschichtplatte und eine ungebrannte Aluminiumoxidplatte als Heizbasis aufeinander geschichtet werden und diese anschließend gesintert werden.Of the The above-described oxygen sensor is made by burning an unfired Zirconia plate as a solid electrolyte plate, an unsintered Ventilation plate, an unsintered insulating layer plate and a green alumina plate as Heizbasis layered on each other and then sintered become.
Beispiel 2Example 2
Das
vorliegende Beispiel ein spezifisches Verfahren zur Herstellung
des Sauerstoffsensors gemäß Beispiel
1. Zunächst
wurde eine ungebrannte Zirkoniumoxidplatte als Festelektrolytplatte
Anschließend wurde das Gemisch in einer Kugelmühle vermischt, wobei eine Aufschlämmung erhalten wurde. Die Aufschlämmung wurde mit einem Abstreichmesser derart geformt, daß die Dicke, die nach dem Trocknen erhalten wurde, 0,2 μm betrug. Anschließend wurde die Aufschlämmung getrocknet. So wurde ein getrocknetes Material erhalten. Das Material wurde in Rechtecke von 5 mm × 70 mm geschnitten. Dann wurde in diesem Material ein Loch, das sich durch das rechteckige Material hindurch erstreckte, ausgebildet, so daß ein Signal von der Meßelektrode nahe dem Signaloutputbereich der Bezugselektrode zugeführt werden konnte.Subsequently was the mixture in a ball mill mixed, taking a slurry was obtained. The slurry was shaped with a doctor blade such that the thickness, which was obtained after drying, was 0.2 microns. Subsequently was the slurry dried. Thus, a dried material was obtained. The material was in rectangles of 5 mm × 70 mm cut. Then in this material was a hole that is through the rectangular material, formed, so that one Signal from the measuring electrode be supplied near the signal output region of the reference electrode could.
Dann
wurden die Meßelektrode
Anschließend wurde
eine ungebrannte Aluminiumoxidplatte für die Heizbasis
Dann wurde das Gemisch in einer Kugelmühle vermischt, wobei eine Aufschlämmung erhalten wurde. Die Aufschlämmung wurde mit einem Abstreichmesser so geformt, daß die Dicke, die nach dem Trocknen erhalten wurde, 1,0 mm betrug, was das fünffache der Dicke der ungebrannten Zirkoniumoxidplatte war. Anschließend wurde die Aufschlämmung getrocknet. So wurde ein getrocknetes Material erhalten.Then The mixture was mixed in a ball mill to obtain a slurry has been. The slurry was formed with a doctor blade so that the thickness after drying was 1.0 mm, which was five times the thickness of the unfired one Zirconia plate was. Subsequently, the slurry was dried. Thus, a dried material was obtained.
Dieses
Material wurde in Rechtecke von 5 mm × 70 mm geschnitten. Anschließend wurde
ein Loch in diesem Material ausgebildet, das sich durch das rechteckige
Material erstreckte. Dann wurden das Heizelement
Eine
ungesinterte Platte für
die Belüftungsplatte
Auf ähnliche
Art und Weise wurde eine ungesinterte Aluminiumoxidplatte für die Isolierschicht
Die
wie vorstehend erhaltenen ungebrannten Platten wurden auf dieselbe
Art und Weise wie in Beispiel 1 aufeinander gestapelt, wie in
Anschließend wurde
das Laminat bei 1300 bis 1600 °C
gesintert. Auf diese Weise wurde ein Sauerstoffsensor hergestellt.
In dem Sauerstoffsensor wurden keine Risse beobachtet. Die Isolierschicht
Das Laminat wurde hergestellt, indem die Platten zusammengepreßt wurden. Zudem können eine Paste oder Klebstoffschichten zwischen den vier Platten eingelagert sein, die pulverförmige Keramik und ein organisches Bindemittel enthalten und druckempfindliche Haftfähigkeit bei Raumtemperatur aufweisen.The Laminate was made by pressing the plates together. In addition, you can a paste or adhesive layers sandwiched between the four plates his, the powdery Ceramic and an organic binder included and pressure-sensitive adhesiveness at room temperature.
Beispiel 3Example 3
In
diesem Beispiel wurden ungebrannte Zirkoniumoxidplatten und ungebrannte
Aluminiumoxidplatten, die unterschiedliche Dicken hatten, hergestellt
und daraus wurden Laminate hergestellt. Die Laminate wurden gesintert,
um Sauerstoffsensoren zu erhalten. Diese Sensoren wurden auf Risse
geprüft.
Die anderen Bedingungen wie die Zusammensetzungen der ungebrannten
Zirkoniumoxidplatten, die Zusammensetzungen der ungebrannten Aluminiumoxidplatten,
die Belüftungsplatte
und die Isolierschicht waren die gleichen wie in Beispiel 2. Die
zuvor erwähnten
Dicken und die Ergebnisse der Tests sind in
Aus
Allgemein wird angenommen, daß die Risse durch unterschiedliche thermische Expansionskoeffizienten verursacht werden. Jedoch kann aus den Ergebnissen der Tests geschätzt werden, daß die Risse durch die zuvor erwähnten Zusammensetzungen, Formen etc. verursacht wurden.Generally it is assumed that the Cracks due to different thermal expansion coefficients caused. However, it can be estimated from the results of the tests that the Cracks through the aforementioned Compositions, shapes, etc. were caused.
Beispiel 4Example 4
Das vorliegende Beispiel ist ähnlich wie Beispiel 2, außer daß die ungebrannten Zirkoniumoxidplatten mit unterschiedlichen Verhältnissen des Yttriumoxidgehalts (Y2O3) zu dem Zirkoniumoxidgehalt der Festelektrolytplatte gebildet wurden. Die hergestellten Sauerstoffsensoren wurden auf die selbe Weise wie in Beispiel 3 auf Risse geprüft. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 The present example is similar to Example 2, except that the green zirconia plates were formed with different ratios of the yttria (Y 2 O 3 ) content to the zirconia content of the solid electrolyte plate. The manufactured oxygen sensors were checked for cracks in the same manner as in Example 3. The results are shown in the following Table 1. Table 1
Wenn ungebrannte Zirkoniumoxidplatten gebildet werden, wird Yttriumoxid zu Zirkoniumoxid zugesetzt. Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß ein Zusatz von Yttriumoxid zu Zirkoniumoxid in Bereich von 5 bis 7 Mol-% erforderlich ist. Außerhalb dieses Bereichs ist der Unterschied zwischen dem thermischen Expansionskoeffizienten des Zirkoniumoxids und Aluminiumoxids (mit einem thermischen Expansionskoeffizienten von etwa 8,2 × 10–6cm/cm/°C) während der Sinter- und Abkühlungsprozesse groß. Deren Festigkeit ist nicht ausreichend, um der erzeugten Spannung zu widerstehen und folglich treten Risse auf.When unfired zirconia plates are formed, yttria is added to zirconia. From Table 1 it can be seen that an addition of yttria to zirconia in the range of 5 to 7 mol% is required. Outside this range, the difference between the thermal expansion coefficient of the zirconia and alumina (having a thermal expansion coefficient of about 8.2 × 10 -6 cm / cm / ° C) during the sintering and cooling processes is large. Their strength is not sufficient to withstand the stress generated and consequently cracks occur.
Beispiel 5Example 5
Das vorliegende Beispiel ist ähnlich wie Beispiel 2, außer daß die Menge an Zirkoniumoxid, die dem Aluminiumoxid zugesetzt wurde, bei der Bildung der ungebrannten Aluminiumoxidplatte variiert wurde. Die erhaltenen Aluminiumoxidplatten wurden gesintert. Die spezifischen Widerstände der gebildeten Heizbasen wurde gemessen.The present example is similar as example 2, except that the Amount of zirconia added to the alumina the formation of the green alumina plate was varied. The obtained alumina plates were sintered. The specific ones resistors The heating bases formed were measured.
Die
spezifischen Widerstände
der erhaltenen Heizbasen wurden bei 1000 °C gemessen. Die Beziehung des
spezifischen Widerstands (p; M Ω cm)
jeder Heizbasis zu der Menge (Massenteile oder Massenprozent) Zirkoniumoxid,
das 100 Massenteilen Aluminiumoxid zugesetzt wurde, ist in
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944412525 DE4412525B4 (en) | 1993-04-13 | 1994-04-12 | oxygen sensor |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11096993A JP3324195B2 (en) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | Manufacturing method of oxygen sensor |
JPP5-110969 | 1993-04-13 | ||
DE19944412525 DE4412525B4 (en) | 1993-04-13 | 1994-04-12 | oxygen sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4447998B4 true DE4447998B4 (en) | 2005-12-22 |
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Family Applications (1)
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DE4447998A Expired - Lifetime DE4447998B4 (en) | 1993-04-13 | 1994-04-12 | Oxygen sensor for measuring oxygen concn. of internal combustion engine exhaust gas - comprises solid electrolyte plate, ventilation plate, and heating base |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4447998B4 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61108957A (en) * | 1984-10-31 | 1986-05-27 | Ngk Insulators Ltd | Oxygen sensor |
JPS61172054A (en) * | 1985-01-25 | 1986-08-02 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen gas sensor |
DE3537709C2 (en) * | 1984-10-24 | 1989-10-26 | Ngk Insulators, Ltd., Nagoya, Aichi, Jp | |
JPH02137777A (en) * | 1988-11-18 | 1990-05-28 | Suzuki Motor Co Ltd | Bonding of ceramics |
DE3743435C2 (en) * | 1986-12-27 | 1992-01-16 | Ngk Spark Plug Co., Ltd., Nagoya, Aichi, Jp |
-
1994
- 1994-04-12 DE DE4447998A patent/DE4447998B4/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3537709C2 (en) * | 1984-10-24 | 1989-10-26 | Ngk Insulators, Ltd., Nagoya, Aichi, Jp | |
JPS61108957A (en) * | 1984-10-31 | 1986-05-27 | Ngk Insulators Ltd | Oxygen sensor |
JPS61172054A (en) * | 1985-01-25 | 1986-08-02 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen gas sensor |
DE3743435C2 (en) * | 1986-12-27 | 1992-01-16 | Ngk Spark Plug Co., Ltd., Nagoya, Aichi, Jp | |
JPH02137777A (en) * | 1988-11-18 | 1990-05-28 | Suzuki Motor Co Ltd | Bonding of ceramics |
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