JP2000235013A - ガス混合物中の酸素濃度を測定するためのセンサ用の電極の製法 - Google Patents
ガス混合物中の酸素濃度を測定するためのセンサ用の電極の製法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス混合物、殊に内燃機関の排ガス中の酸素
濃度を測定するためのセンサ用の電極の製法 【解決手段】 金属−固体電解質混合物からなる電極
（１２、１４）をもたらす電極ペーストを、酸素イオン
伝導性固体電解質上に施与し、引き続きか焼する場合
に、電極（１２、１４）中に三相界面を形成するため
に、電極ペーストにガラスカーボンを空孔形成剤として
添加して、か焼の後に開放空孔を有する電極（１２、１
４）を生じさせる。
濃度を測定するためのセンサ用の電極の製法 【解決手段】 金属−固体電解質混合物からなる電極
（１２、１４）をもたらす電極ペーストを、酸素イオン
伝導性固体電解質上に施与し、引き続きか焼する場合
に、電極（１２、１４）中に三相界面を形成するため
に、電極ペーストにガラスカーボンを空孔形成剤として
添加して、か焼の後に開放空孔を有する電極（１２、１
４）を生じさせる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は請求項１の上位概念
による、ガス混合物中の酸素濃度を測定するためのセン
サ用のサーメット電極の製法に関する。
による、ガス混合物中の酸素濃度を測定するためのセン
サ用のサーメット電極の製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】前記の技術のセンサは公知であり、かつ
ガス混合物中の酸素濃度を把握するために使用される。
これらは有利に層状構造により特徴付けられており、そ
の際個々の層はスクリーン印刷、積層、か焼等により得
られる。センサはサーメット材料からなる電極を有す
る。サーメット電極のセラミック成分としてはこの場
合、例えば４０％の質量割合で添加される二酸化ジルコ
ニウムが使用される。金属としては有利に白金を使用す
る。両方の成分を混合し、引き続き例えばペーストとし
て、固体電解質セラミックからなる担体上に施与し、か
つか焼によりサーメットに変える。酸素濃度を把握する
ために、センサの場合、電気化学的検出電池の基準電極
と検出電極との間の電圧Ｕが測定される。検出電極の電
位差は主に、検出されるべきガス混合物の酸素濃度によ
り決定される。このための前提は、イットリウムドーピ
ングされた二酸化ジルコニウムからなる固体電解質、触
媒作用性白金及び酸素含有ガス混合物との間の三相界面
の存在である。この場合、通過反応は次のメカニズムに
より進行する：電子が貴金属から酸素に移行するので、
ガス混合物から酸素が相境界で低減する。イットリウム
ドーピングされた二酸化ジルコニウムは固体電解質とし
て、酸素のイオン伝導を可能にする。前記の通過反応は
従って、三相界面が存在する電極の範囲でのみ生じる。
その場合、電流負荷容量は、必要な三相界面を有する電
極内の領域数と正比例する。
ガス混合物中の酸素濃度を把握するために使用される。
これらは有利に層状構造により特徴付けられており、そ
の際個々の層はスクリーン印刷、積層、か焼等により得
られる。センサはサーメット材料からなる電極を有す
る。サーメット電極のセラミック成分としてはこの場
合、例えば４０％の質量割合で添加される二酸化ジルコ
ニウムが使用される。金属としては有利に白金を使用す
る。両方の成分を混合し、引き続き例えばペーストとし
て、固体電解質セラミックからなる担体上に施与し、か
つか焼によりサーメットに変える。酸素濃度を把握する
ために、センサの場合、電気化学的検出電池の基準電極
と検出電極との間の電圧Ｕが測定される。検出電極の電
位差は主に、検出されるべきガス混合物の酸素濃度によ
り決定される。このための前提は、イットリウムドーピ
ングされた二酸化ジルコニウムからなる固体電解質、触
媒作用性白金及び酸素含有ガス混合物との間の三相界面
の存在である。この場合、通過反応は次のメカニズムに
より進行する：電子が貴金属から酸素に移行するので、
ガス混合物から酸素が相境界で低減する。イットリウム
ドーピングされた二酸化ジルコニウムは固体電解質とし
て、酸素のイオン伝導を可能にする。前記の通過反応は
従って、三相界面が存在する電極の範囲でのみ生じる。
その場合、電流負荷容量は、必要な三相界面を有する電
極内の領域数と正比例する。
【０００３】ＤＥ４４０６４３１Ｃ２から、多孔性、ガ
ス透過性、触媒作用性セラミック層の製法が公知であ
り、これは、多孔性セラミック層を生じさせるために、
空孔形成剤、サーマルブラック、テオブロミン、インジ
ゴ、ピセイン、ポリエチレン又はこれら物質の混合物
を、かつ触媒作用剤としてロジウム、パラジウム及び／
又は白金及び／又は場合によりゲッター物質を使用す
る。空孔形成剤を燃焼及び／又は蒸発させた後に、これ
らはセラミック層中に所望の空孔を残す。この方法によ
り製造された多孔性、ガス透過性、触媒作用性セラミッ
ク層は、ガスセンサの電極の前に設置される触媒作用性
保護層として役立つ。
ス透過性、触媒作用性セラミック層の製法が公知であ
り、これは、多孔性セラミック層を生じさせるために、
空孔形成剤、サーマルブラック、テオブロミン、インジ
ゴ、ピセイン、ポリエチレン又はこれら物質の混合物
を、かつ触媒作用剤としてロジウム、パラジウム及び／
又は白金及び／又は場合によりゲッター物質を使用す
る。空孔形成剤を燃焼及び／又は蒸発させた後に、これ
らはセラミック層中に所望の空孔を残す。この方法によ
り製造された多孔性、ガス透過性、触媒作用性セラミッ
ク層は、ガスセンサの電極の前に設置される触媒作用性
保護層として役立つ。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
技術による多孔性、ガス透過性、触媒作用性セラミック
層の改善である。
技術による多孔性、ガス透過性、触媒作用性セラミック
層の改善である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明ではガス混合物、
殊に内燃機関の排ガス中の酸素濃度を測定するためのセ
ンサ用の電極（１２、１４）の製法において、金属−固
体電解質混合物からなる電極（１２、１４）をもたらす
電極ペーストを、酸素イオン伝導性固体電解質上に施与
し、引き続きか焼する場合に、電極（１２、１４）中に
三相界面を形成するために、電極ペーストにガラスカー
ボン(Glaskohle)を空孔形成剤として添加して、か焼の
後に、開放空孔を有する電極（１２、１４）を生じさせ
る。
殊に内燃機関の排ガス中の酸素濃度を測定するためのセ
ンサ用の電極（１２、１４）の製法において、金属−固
体電解質混合物からなる電極（１２、１４）をもたらす
電極ペーストを、酸素イオン伝導性固体電解質上に施与
し、引き続きか焼する場合に、電極（１２、１４）中に
三相界面を形成するために、電極ペーストにガラスカー
ボン(Glaskohle)を空孔形成剤として添加して、か焼の
後に、開放空孔を有する電極（１２、１４）を生じさせ
る。
【０００６】
【実施例】次いで本発明を添付の図面に基づき実施例で
詳述する。
詳述する。
【０００７】図１はセンサの分解図を図示している。ガ
ス混合物中の酸素濃度を測定するためのセンサの構造及
び機能は一般に公知である。このようなセンサの層状構
造を生じさせる方法工程も公知である。センサは検出電
極１２及び基準電極１４を有し、それらの間には例えば
部分的に、もしくは完全に安定化された二酸化ジルコニ
ウムからなる酸素イオン伝導性固体電解質１０が存在す
る。基準電極１４は基準通路２０と結合していて、同様
に固体電解質材料からなる気密層１８に含まれている。
基準通路２０を介して基準大気、例えば空気が基準電極
１４に導入される。検出電極１２は例えば完全に安定化
された多孔性二酸化ジルコニウムからなる保護層１６で
覆われている。外部検出装置２４により、検知された電
圧Ｕを介して、排ガスの酸素濃度の測定を行うことがで
きる。
ス混合物中の酸素濃度を測定するためのセンサの構造及
び機能は一般に公知である。このようなセンサの層状構
造を生じさせる方法工程も公知である。センサは検出電
極１２及び基準電極１４を有し、それらの間には例えば
部分的に、もしくは完全に安定化された二酸化ジルコニ
ウムからなる酸素イオン伝導性固体電解質１０が存在す
る。基準電極１４は基準通路２０と結合していて、同様
に固体電解質材料からなる気密層１８に含まれている。
基準通路２０を介して基準大気、例えば空気が基準電極
１４に導入される。検出電極１２は例えば完全に安定化
された多孔性二酸化ジルコニウムからなる保護層１６で
覆われている。外部検出装置２４により、検知された電
圧Ｕを介して、排ガスの酸素濃度の測定を行うことがで
きる。
【０００８】通過反応の電流負荷許容性が低すぎる場
合、即ち、三相界面の形成が不充分すぎる場合、電極分
極が生じ、これが正確な測定値把握を阻害する。検出電
極及び／又は基準電極（１２、１４）中の三相界面を増
やすために、電極層を所定に多孔性に形成する。このた
めに、スクリーン印刷又は他の好適な方法により、検出
電極１２及び／又は基準電極１４を製造するために固体
電解質１０上に電極ペーストを施与する。電極１２及び
１４がそれから製造される電極ペーストは例えば４０質
量％までの二酸化ジルコニウムを含有する。伝導性触媒
材料として白金を使用するのが有利である。電極１２及
び／又は１４に所定の多孔性を生じさせるために、電極
ペーストにガラスカーボンを空孔形成剤として添加す
る。その場合、ガラスカーボンの割合は１〜４質量％、
有利に１〜２質量％である。多孔性が高すぎると電極の
内部抵抗の障害的な高まりが、従って不充分なシグナル
形成が生じる。ガラスカーボンは０．４〜１０μｍ、有
利に０．４〜３μｍの粒径を有する粉末形で使用する。
ガラスカーボン粉末の粒径に相応して、か焼の後に電極
層中に相応する空孔が生じ、これが、多孔性電極１２、
１４をもたらす。これらの空孔は固体電解質１０と隣接
して生じる。
合、即ち、三相界面の形成が不充分すぎる場合、電極分
極が生じ、これが正確な測定値把握を阻害する。検出電
極及び／又は基準電極（１２、１４）中の三相界面を増
やすために、電極層を所定に多孔性に形成する。このた
めに、スクリーン印刷又は他の好適な方法により、検出
電極１２及び／又は基準電極１４を製造するために固体
電解質１０上に電極ペーストを施与する。電極１２及び
１４がそれから製造される電極ペーストは例えば４０質
量％までの二酸化ジルコニウムを含有する。伝導性触媒
材料として白金を使用するのが有利である。電極１２及
び／又は１４に所定の多孔性を生じさせるために、電極
ペーストにガラスカーボンを空孔形成剤として添加す
る。その場合、ガラスカーボンの割合は１〜４質量％、
有利に１〜２質量％である。多孔性が高すぎると電極の
内部抵抗の障害的な高まりが、従って不充分なシグナル
形成が生じる。ガラスカーボンは０．４〜１０μｍ、有
利に０．４〜３μｍの粒径を有する粉末形で使用する。
ガラスカーボン粉末の粒径に相応して、か焼の後に電極
層中に相応する空孔が生じ、これが、多孔性電極１２、
１４をもたらす。これらの空孔は固体電解質１０と隣接
して生じる。
【０００９】前記の電極１２、１４の使用は、いわゆる
ネルンスト原理により作動する検出電池である図１に示
したセンサに限られない。記載の電極はポンプセル中
で、又は検出セル及びポンプセルを有するいわゆる広帯
域センサ中で使用することができる。
ネルンスト原理により作動する検出電池である図１に示
したセンサに限られない。記載の電極はポンプセル中
で、又は検出セル及びポンプセルを有するいわゆる広帯
域センサ中で使用することができる。
【００１０】このセンサの使用は内燃機関排ガス中の酸
素濃度の測定にも限られない。センサの本発明による電
極を用いて他のガス成分を決定することもできる。この
ようなセンサは例えばガステルメ(Gastherme)中の燃焼
ガスの監視のために使用することもできる。
素濃度の測定にも限られない。センサの本発明による電
極を用いて他のガス成分を決定することもできる。この
ようなセンサは例えばガステルメ(Gastherme)中の燃焼
ガスの監視のために使用することもできる。
【００１１】
【発明の効果】独立請求項に記載の特徴により特徴付け
られる本発明のサーメット電極は、電極がより広い活性
表面を有し、かつ三相界面の数を高めるという利点を有
する。これにより同時に、電極の電子負荷容量も高ま
る。この場合、ガラスカーボンは有効な空孔形成剤であ
り、その場合、ガラスカーボンはか焼の間に残りなく燃
焼もしくは蒸発し、かつそれにより開放空孔をサーメッ
ト電極中に生じさせる。更に、粒子が一定かつ安定な形
を有し、セラミック材料がか焼の際に既に必要な硬さを
有する場合には比較的高い温度で初めて残りなく燃焼す
るという特性をガラスカーボンは有する。
られる本発明のサーメット電極は、電極がより広い活性
表面を有し、かつ三相界面の数を高めるという利点を有
する。これにより同時に、電極の電子負荷容量も高ま
る。この場合、ガラスカーボンは有効な空孔形成剤であ
り、その場合、ガラスカーボンはか焼の間に残りなく燃
焼もしくは蒸発し、かつそれにより開放空孔をサーメッ
ト電極中に生じさせる。更に、粒子が一定かつ安定な形
を有し、セラミック材料がか焼の際に既に必要な硬さを
有する場合には比較的高い温度で初めて残りなく燃焼す
るという特性をガラスカーボンは有する。
【００１２】従属請求項に記載の処理により、本発明の
有利な他の実施が可能である。ガラスカーボン粉末の粒
径により空孔サイズを調整するのが特に有利である。
有利な他の実施が可能である。ガラスカーボン粉末の粒
径により空孔サイズを調整するのが特に有利である。
【図１】本発明によるセンサの１実施態の分解図を示す
図。
図。
１０ 固体電解質、 １２ 検出電極、 １４ 基準電
極、
極、
Claims (5)
- 【請求項１】 ガス混合物中の酸素濃度を測定するため
のセンサ用の電極（１２、１４）の製法において、金属
−固体電解質混合物からなる電極（１２、１４）をもた
らす電極ペーストを、酸素イオン伝導性固体電解質上に
施与し、引き続きか焼する場合に、電極（１２、１４）
中に三相界面を形成するために、電極ペーストにガラス
カーボンを空孔形成剤として添加して、か焼の後に開放
空孔を有する電極（１２、１４）を生じさせる、ガス混
合物中の酸素濃度を測定するためのセンサ用の電極（１
２、１４）の製法。 - 【請求項２】 空孔を形成するためのガラスカーボン
を、粒径０．４〜１０μｍを有する粉末として使用す
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 電極ペーストが安定化された二酸化ジル
コニウム、白金及びガラスカーボンを含有する、請求項
１に記載の方法。 - 【請求項４】 電極ペーストが二酸化ジルコニウム４０
質量％までを含有する、請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 電極ペーストを固体電極と一緒に温度７
００〜１３００℃でか焼する、請求項１に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB011443138A CN100345934C (zh) | 2000-12-18 | 2001-12-14 | 生产铝酸盐发光体的方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19906307.9 | 1999-02-16 | ||
| DE1999106307 DE19906307A1 (de) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | Verfahren zur Herstellung von Cermet-Elektroden für Meßfühler |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000235013A true JP2000235013A (ja) | 2000-08-29 |
Family
ID=7897577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000038342A Pending JP2000235013A (ja) | 1999-02-16 | 2000-02-16 | ガス混合物中の酸素濃度を測定するためのセンサ用の電極の製法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000235013A (ja) |
| DE (1) | DE19906307A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005351737A (ja) * | 2004-06-10 | 2005-12-22 | Hitachi Ltd | 酸素濃度検出素子 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10121889C2 (de) * | 2001-05-05 | 2003-07-24 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement |
| DE102020106040A1 (de) * | 2020-03-05 | 2021-09-09 | Ebm-Papst Landshut Gmbh | Verfahren zur Überwachung und Regelung eines Prozesses einer Gastherme |
-
1999
- 1999-02-16 DE DE1999106307 patent/DE19906307A1/de not_active Withdrawn
-
2000
- 2000-02-16 JP JP2000038342A patent/JP2000235013A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005351737A (ja) * | 2004-06-10 | 2005-12-22 | Hitachi Ltd | 酸素濃度検出素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19906307A1 (de) | 2000-09-07 |
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