JP3670846B2 - Method for forming conductive film of ceramic body - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック体の表面に導電膜を形成する方法に関し、詳しくは、例えば酸素濃淡電池型の自動車エンジン用酸素センサ等の各種センサにおける電極の形成に利用できるセラミック体の導電膜形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、自動車用の酸素センサとしては、例えば一端が閉塞した筒状の酸素検出素子が使用されている。この酸素検出素子は、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質体(セラミック体)6と、その固体電解質体の内側面及び外側面に形成された白金等の耐熱性を有する多孔質電極7,8とを備えている(図2参照)。
【0003】
この種の酸素センサにおいては、その外側面に形成された多孔質電極8に、検出対象のガスである例えば排ガスを接触させ、他方の内側面に形成された多孔質電極7に、大気等の基準ガスを接触させて、排ガスと基準ガスとの間の酸素分圧の差により、両多孔質電極7,8間に発生する起電力を検出して、排ガス中の酸素濃度を測定する。
【0004】
上述した多孔質電極7,8を固体電解質体6の表面に形成する方法としては、例えば下記a),b)の方法が知られている。
a)固体電解質体6の表面に、直接に無電解メッキを行ない、無電解メッキ液中から固体電解質体6の表面上に、白金を析出させて多孔質電極7,8を形成する方法。
【0005】
b)固体電解質体6の表面をエッチングにより粗化し、その後、固体電解質体6の表面に白金及び還元剤を含む薄い溶液を接触させ、加熱によって反応させ、表面上に白金核を析出させた後に、(白金核を成長核として)無電解メッキを行なって多孔質電極7,8を形成する方法。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した方法は必ずしも十分ではなく、一層の改善が求められていた。つまり、前記a)の方法では、固体電解質体6と多孔質電極7,8との密着性に劣り、酸素センサとして用いた時に、激しい温度変化に晒されると、多孔質電極7,8が剥離して、酸素センサの寿命が低下することがあった。
【0007】
また、前記b)の方法では、密着性はある程度改善されるものの、白金の付着状態にムラがあるという問題があった。つまり、白金の析出は、加熱により溶液中の白金と還元剤の反応が促進されて起きるが、そうすると、溶液中のどの部分でも白金の析出が生じるので、固体電解質体6の表面に均一に白金核が付着しにくいという問題があった。
【0008】
この白金核の付着状態にムラがあると、後に無電解メッキによって形成される多孔質電極7,8の密着性が低下したり、多孔質電極7,8の緻密さに問題が生じ、結果として、酸素センサの測定精度が低下したり、その寿命が低下することがあった。
【0009】
更に、溶液中にて白金が発生すると、その溶液中にて浮遊した白金が装置に付着して装置を汚したり、あるいは白金の回収に手間がかかるという別な問題もあった。
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、セラミック体の表面にムラなく白金核を析出させることができ、しかも、必要としない白金の析出を抑制できるセラミック体の導電膜形成方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記目標を達成するための請求項1の発明では、セラミック体の表面に導電膜を形成する方法において、(1;工程1)セラミック体表面をエッチングによって粗化する工程と、(2;工程2)粗化したセラミック体表面に、白金溶液を加熱により含浸させる工程と、(3;工程3)白金溶液を、セラミック体表面から抽出する工程と、(4;工程4)白金溶液を抽出したセラミック体表面に、50〜90℃に加熱した還元剤を含む還元剤溶液を接触させて、セラミック表面上に白金核を析出させる工程と、(5;工程5)白金核が析出したセラミック体表面に、無電解メッキを施して導電膜を形成する工程と、を備えたことを特徴とするセラミック体の導電膜形成方法を要旨とする。
【0011】
本発明では、工程1にて、エッチングによりセラミック体表面を粗化して、表面に微小な傷(浸透パス)を形成する。工程2では、粗化したセラミック体表面に、白金溶液を含浸させる際に、加熱を行なうことにより、浸透パスの内部に白金溶液を十分にしみ込ませる。工程3では、白金溶液を、セラミック体表面から抽出するが、この抽出により、浸透パスの表面を含むセラミック体表面には、薄く白金溶液が付着した状態となる。工程4では、セラミック体表面に50〜90℃に加熱した還元剤を含む還元剤溶液を接触させる。これにより、セラミック表面上に付着した白金溶液と還元剤とが反応するので、浸透パスの表面を含むセラミック体表面には、均一に白金核が析出する。工程5では、白金核が析出したセラミック体表面に、無電解メッキを施すので、この白金核を成長核として強固に密着したムラのない均質な導電膜が形成される。
【0012】
つまり、本発明によれば、白金核の析出は、従来の様に溶液全体ではなく、セラミック体の表面のみで生じるので、浸透パスの表面を含むセラミック体の表面に、ムラなく均一に白金核が付着するという特長がある。よって、後に白金核を成長核として無電解メッキによって形成される導電膜の密着性及び緻密性に優れている。そのため、例えば激しい温度変化に晒されても、導電膜が剥離し難く、例えば酸素センサに適用する場合には、その測定精度や寿命の低下を防止できる。
【0013】
また、本発明では、溶液全体にて白金核が発生しないので、溶液中に浮遊する白金が極端に少なく、よって、装置に付着して装置を汚すことがない。また、使用した白金溶液は、ほぼそのまま再利用できるという利点がある。
更に、本発明では、還元剤を含む還元剤溶液を、50〜90℃に加熱して用いる。従って、この温度範囲内であれば、浸透パス内を含むセラミック体の表面にて、一層均一に白金核を析出させることができ、白金核の析出にムラが生じ難いという効果がある。
この様に、本発明では、セラミック体の表面にムラなく白金核を析出させることができ、しかも、必要としない白金の析出を大きく抑制することができるという顕著な効果を奏する。
【0014】
尚、前記セラミック体としては、酸素イオン伝導性を有するセラミック体を用いることが好ましく、例えば特開昭54−4913号公報に記載のジルコニア固体電解質等、高温下における使用にも耐え得る材料を用いることができる。
このジルコニア固体電解質を用いる場合のジルコニア固体電解質の製造方法は、例えば、ジルコニア(ZrO2)にイットリア(Y2O3)を所定量添加し、粉砕し、仮焼結を行った後、これをプレスして所望の形状とし、焼成することにより作製することができる。
【0015】
また、(1)工程1において、エッチングを行なう場合には、フッ酸(HF)溶液が好適であるが、それ以外にも他のエッチング溶液を用いることができる。
尚、エッチングの程度は、エッチング溶液の濃度、エッチング時間等により調節することができる。
【0016】
(2)工程2において、白金溶液を含浸させる部分は、(エッチングを施した)セラミック体の表面であれば、偏平面、曲面、凹凸面等特に限定せず、導電膜を形成したいセラミック体の表面に含浸させればよい。また、含浸は、白金溶液をセラミック体の表面に(含浸が可能な)所定時間接触する状態にできる方法であればよく、塗布でもよいし、浸漬でもよく、特にその方法に限定はない。
【0017】
(3)工程3において、抽出は、負圧を利用した吸引による方法を採用できるが、例えばポンプによる吸引や、ピペット状のゴムの弾性を利用した吸引でもよい。
(4)工程4において、還元剤溶液の接触は、例えば、還元剤を、水、緩衝液等に希釈してから、塗布、浸漬させてもよく、或は霧状にして噴霧してもよく、白金溶液が付着したセラミック体表面に、還元剤を含む還元剤溶液を(白金核の析出が可能な)所定時間接触した状態にできる方法であれば、特に限定はない。
【0018】
(5)工程5において、無電解メッキを施す場合に無電解メッキ液を接触させる方法は、塗布、浸漬等、無電解メッキ液が(無電解メッキが可能な)所定時間セラミック体に接触した状態にできる方法であれば、特に限定はない。
請求項2の発明では、白金溶液を含浸させる際の加熱温度が、70〜110℃である。
【0019】
本発明は、白金溶液の加熱温度を例示したものであり、この温度範囲であれば、エッチングにより形成された浸透パス内部に、十分に且つ速やかに白金溶液をしみ込ませることができる。尚、この範囲を下回ると、浸透パス内部への含浸が十分に行われないことがあり、この範囲を上回ると、白金溶液の液面低下と白金溶液の濃縮による含浸ムラが生ずることがある。
【0020】
請求項3の発明では、白金溶液の抽出を、負圧を利用した吸引により行なう。本発明は、白金溶液の抽出方法を例示したものであり、負圧を利用した吸引により、余分な白金溶液を、十分に且つ速やかに取り除くことができる。
この抽出により、浸透パス内等から白金溶液が除去されるのであるが、単に吸引により除去するだけであり、洗浄まではしないので、浸透パスの表面を含むセラミック体の表面には、薄く白金溶液が付着した状態となる。
【0021】
請求項4の発明では、還元剤を含む還元剤溶液の濃度が、2〜20重量%である。
本発明は、還元剤の濃度を例示したものであり、この濃度の範囲内であれば、浸透パス内を含むセラミック体の表面にて、均一に白金核を析出させることができる。尚、この範囲外では、白金核の析出にムラが生じ易くなる。
【0023】
請求項5の発明では、還元剤が、ヒドラジンである。
本発明は、還元剤の種類を例示したものであり、このヒドラジン(N2H4)を用いると、白金溶液又はセラミック体と不必要な反応を起こさず、浸透パスの表面を含むセラミック体の表面にて、より一層均一に白金核を析出させることができる。
【0024】
尚、還元剤としては、白金溶液及びセラミック体と不必要な反応を起こさない還元剤であれば、ヒドラジン以外にも各種の還元剤を使用することができる。
請求項6の発明では、無電解メッキを行なう際に用いる無電解メッキ液が、白金アンミン化合物とヒドラジンとを含む溶液である。
【0025】
本発明は、無電解メッキ液の種類を例示したものであり、この成分を含む溶液を用いることにより、浸透パス内を含むセラミック体の表面にて、白金核を成長核として、均一に且つ緻密に導電膜を形成することができる。
尚、無電解メッキ液としては、上述した白金錯塩を主成分とするメッキ液が好ましいが、それ以外にも各種のメッキ液を用いることができる。
【0026】
請求項7の発明では、無電解メッキ液は、白金が3〜30g/L、ヒドラジンが2〜20重量%である。尚、Lはリットルを示す(以下同様)。
本発明は、無電解メッキ液の成分濃度を例示したものであり、この成分濃度であれば、より均一に且つより緻密に導電膜を形成することができる。
【0027】
尚、白金が、前記範囲を下回るとメッキの付着が不十分であることがあり、その範囲を上回ると、剥離等が生じ易くなる。また、ヒドラジンが、前記範囲を下回ると、メッキの付着が不十分になることがあり、その範囲を上回ると、メッキ膜にムラが生じ易くなる。
【0028】
請求項8の発明では、セラミック体が、ジルコニア固体電解質からなる酸素検出素子である。
本発明は、セラミック体を例示したものであり、本発明よれば、ジルコニア固体電解質からなる酸素検出素子の表面に、電極として機能する(強固に密着し、ムラのない均質な)導電膜を形成することができる。
【0029】
請求項9の発明では、酸素検出素子が、一端が閉塞された筒状であり、導電膜が、酸素検出素子の内側及び外側の多孔質電極のうち、内側電極である。
本発明は、セラミック体の形状及び導電膜の位置を例示したものである。従来の方法で、一端が閉塞された筒状の酸素検出素子の内側電極を形成する場合には、素子内側の凹部に注入した白金溶液、還元剤溶液、無電解メッキ液を攪拌することが困難であり、よって、均質な内側電極を形成することが容易ではないが、本発明によれば、ムラのない均質な内側電極を容易に形成することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセラミック体の導電膜形成方法の例(実施例)について、図面に基づいて説明する。
(実施例)
本実施例では、酸素センサの酸素検出素子を構成する固体電解質体の多孔質電極の形成方法について説明する。
【0031】
a)まず、酸素センサの構造及び機能について、簡単に説明する。
図1に示す様に、酸素センサ1は、自動車のエンジンの排ガス中の酸素濃度を検出するものであり、一端が閉塞した筒状の酸素検出素子2が、管状部材3及び充填剤4を介して、耐熱鋼製のハウジング5に固定されている。
【0032】
前記酸素検出素子2は、図2に模式的に示す様に、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質からなる固体電解質体(セラミック体)6と、その固体電解質体の内側面及び外側面に形成された白金等の耐熱性を有する多孔質電極(導電膜)7,8とを備えている。
【0033】
この酸素センサ1では、固体電解質体6の外側面に形成された多孔質電極(外側電極)8に、排ガスを接触させるとともに、内側面に形成された多孔質電極(内側電極)7に、大気の基準ガスを接触させて、排ガスと基準ガスとの間の酸素分圧の差により、両多孔質電極7,8間に発生する起電力を検出して、排ガス中の酸素濃度を測定する。
【0034】
b)次に、多孔質電極7,8の形成方法について説明するが、ここでは、特に、内側電極7の形成方法を例に挙げて、図3に基づいて説明する。
(工程1)
まず、固体電解質体6の内側を、濃度5重量%のフッ酸(HF)にて処理した。
【0035】
具体的には、室温にて、固体電解質体6の内側の凹部9(図2参照)に前記フッ酸を注入し、その状態で7分間保持し、固体電解質体6の内側表面を粗化し、(後述する塩化白金酸溶液が入り込むことができるような)浸透パス10を形成した。その後、フッ酸を吸引して除去してから、水で洗浄した。
【0036】
尚、フッ酸の濃度は、1〜20重量%(好ましくは5〜10重量%)の範囲であればよい。
(工程2)
次に、粗化した固体電解質体6の表面に、0.03規定度の塩酸(HCl)を加えた0.05重量%(0.5g/Lに相当)の塩化白金酸溶液(H2PtCl6;水溶液)を、85℃に加熱して含浸させた。
【0037】
具体的には、固体電解質体6の内側の凹部9に前記塩化白金酸溶液を注入し、その状態で10分間保持し、固体電解質体6の内側表面の浸透パス10に、塩化白金液を含浸させた。また、加熱は、塩化白金酸溶液を入れた固体電解質体6を、加熱器(図示せず)内に配置して、前記温度に保つことにより行った。この加熱により、十分な含浸が行われる。
【0038】
尚、塩化白金酸溶液における白金の濃度は、0.01〜0.1重量%(0.1〜1g/Lに相当)(好ましくは0.03〜0.07重量%)の範囲であればよく、加熱温度は、70〜110℃(好ましくは80〜90℃)の範囲であればよい。
【0039】
(工程3)
次に、塩化白金酸溶液を、固体電解質体6の表面から抽出して除去した。
具体的には、負圧を利用した吸引により、固体電解質体6の凹部9から塩化白金酸溶液を除去する。これにより、塩化白金酸溶液が抽出されるのであるが、洗浄まではしないので、塩化白金酸溶液は、固体電解質体6の表面、詳しくは、粗化されて形成された浸透パス10等の内側表面を覆う様に、非常に薄い膜11となって付着した状態となっている。
【0040】
(工程4)
次に、塩化白金酸溶液が薄く付着した固体電解質体6の表面に、還元剤を接触させて、その表面上に白金核(Pt核)を析出させた。
具体的には、固体電解質体6の凹部9に還元剤を含む溶液、即ち還元剤として濃度4重量%のヒドラジン(N2H4)を含む還元剤溶液(水溶液)を注入して、70℃に加熱し、その状態で30分間保持した。それにより、固体電解質体6の(浸透パス10の表面を含む)内側表面上に白金核を析出させた。その後、負圧を利用した吸引により、凹部9より還元剤溶液を除去した。
【0041】
尚、還元剤溶液におけるヒドラジンの濃度は、2〜20重量%(好ましくは3〜10重量%)の範囲であればよく、加熱温度は、50〜90℃(好ましくは60〜80℃)の範囲であればよい。
(工程5)
次に、白金核が析出した固体電解質体6の内側表面に、無電解メッキを施して内側電極7を形成した。
【0042】
具体的には、固体電解質体6の凹部9に、白金アンミン化合物とヒドラジンとを含む無電解メッキ液を、即ち濃度1.5重量%の白金と濃度4重量%のヒドラジンとを含む無電解メッキ液を注入して、85℃に加熱し、その状態で180分間保持した。それにより、白金核を成長核として、固体電解質体6の内側表面に、層状の白金からなる内側電極7を形成した。
【0043】
その後、無電解メッキ液を吸引して除去した。更に、凹部9内等を水洗いした後に乾燥した。
尚、無電解メッキ液における白金の量は、3〜30g/L(好ましくは7〜20g/L)、ヒドラジンの濃度は、2〜20重量%(好ましくは3〜10重量%)の範囲であればよく、加熱温度は、60〜95℃(好ましくは70〜90℃)の範囲であればよい。
【0044】
また、ほぼ同様な手順で、外側電極8を形成し、その後、固体電解質体6を600〜1000℃で熱処理して、固体電解質体6の内外両側に多孔質電極7,8を備えた酸素検出素子2を完成した。
本実施例では、前記(工程1)〜(工程5)の様にて、内側電極7が形成されるので、下記の効果を奏する。
【0045】
(1)本実施例では、従来の様に、凹部9に注入された白金溶液全体に還元剤が作用するのではなく、特定の場所、即ち、固体電解質体6の表面に薄く付着した塩化白金酸溶液にのみ還元剤が作用する。そのため、(浸透パス10の内側表面を含む)固体電解質体6の内側表面でのみ白金核が析出するので、浸透パス10の内側表面に沿って固体電解質体6の内側表面全体に、白金核がムラなく均一に付着する。それにより、後に無電解メッキによって形成される内側電極7の密着性が向上し、且つ内側電極7の緻密さが向上する。その結果、酸素センサ1の測定精度が向上し、その寿命が長くなる。
【0046】
(2)また、本実施例では、固体電解質体6の内側表面でのみ白金核が析出するので、従来の様に、溶液中にて析出して浮遊した白金が、装置に付着して装置を汚すことがない。
(3)更に、白金を析出させるために使用した還元剤溶液は、吸引されて回収されるが、上述した様に、白金の析出は固体電解質体6の内側表面にて行われて、白金はその内側表面に付着するので、その回収された還元剤溶液中には、浮遊する白金が含まれない。よって、白金を回収する手間もいらず、還元剤溶液を容易に再使用でき、省資源に寄与する。
【0047】
(4)特に、固体電解質体6の凹部9は、かなり内径が小さく且つ深いものであるので、白金核の析出の場合に攪拌は困難であり、よって、従来の方法では白金核の付着にムラが生じ易いが、上述した本実施例の方法を採用するとムラが生じにくいので、内側電極7の形成に最適である。
(実験例)
次に、本実施例の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【0048】
従来の方法(エッチング後すぐに無電解メッキ)と、本発明の範囲の本実施例の方法の各々で、各20個のサンプルを作製して、図4(a)に示す素子の各位置A,B,C,Dにおけるメッキ膜厚を、蛍光X線装置を用いて検量線法により測定した。
【0049】
その結果を図4(b)に示すが、従来の方法の場合は、各位置A〜Dの全てにおいて、膜厚のばらつきが多かったが、本実施例の方法(本方法)の場合は、膜厚のばらつきが少なく好適であった。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【0050】
(1)例えば前記実施例では、酸素検出素子の多孔質電極のうち、特に内側電極の形成方法について述べたが、外側電極の形成に適用できることは勿論、酸素センサ以外の他のセラミック体(例えばアルミナ板)の導電膜の形成に適用することができる。
【0051】
(2)導電膜を形成するセラミック体の形状は、筒状、平板状、棒状、筒状等、種々の形態をとることができるが、自動車用酸素センサとして用いる場合は、一端を閉塞した筒状とすることが好ましい(図2参照)。
【0052】
【発明の効果】
以上詳述した様に、本発明によれば、白金核の析出は、従来の様に溶液全体ではなく、セラミック体の表面のみで生じるので、浸透パスの表面を含むセラミック体の表面に、ムラなく均一に白金核が付着するという特長がある。よって、後に白金核を成長核として無電解メッキによって形成される導電膜の密着性及び緻密性に優れている。そのため、例えば激しい温度変化に晒されても、導電膜が剥離し難く、例えば酸素センサに適用する場合には、その測定精度や寿命の低下を防止できる。
【0053】
また、本発明では、溶液全体にて白金核が発生しないので、溶液中に浮遊する白金が極端に少なく、よって、装置に付着して装置を汚すことがない。また、使用した白金溶液は、ほぼそのまま再利用できるという利点がある。
更に、本発明では、還元剤を含む還元剤溶液を、50〜90℃に加熱して用いる。従って、この温度範囲内であれば、浸透パス内を含むセラミック体の表面にて、一層均一に白金核を析出させることができ、白金核の析出にムラが生じ難いという効果がある。
この様に、本発明では、セラミック体の表面にムラなく白金核を析出させることができ、しかも、必要としない白金の析出を大きく抑制することができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 酸素センサの一部を破断して示す説明図である。
【図2】 酸素検出素子を模式的に示す説明図である。
【図3】 実施例の内側電極の形成方法の手順を示す説明図である。
【図4】 実験例を示し、(a)は酸素検出素子の膜厚測定位置を示す説明図、(b)は膜厚の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1…酸素センサ
2…酸素検出素子
6…固体電解体
7…内側電極(多孔質電極)
8…外側電極(多孔質電極)
9…凹部
10…浸透パス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of forming a conductive film on the surface of a ceramic body, and more particularly, to a method of forming a conductive film of a ceramic body that can be used for forming electrodes in various sensors such as oxygen sensors for an oxygen concentration battery type automobile engine. .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an oxygen sensor for automobiles, for example, a cylindrical oxygen detecting element with one end closed is used. The oxygen detection element includes an oxygen ion conductive solid electrolyte body (ceramic body) 6 such as zirconia, and a
[0003]
In this type of oxygen sensor, the porous electrode 8 formed on the outer surface thereof is brought into contact with, for example, exhaust gas that is a gas to be detected, and the
[0004]
As a method for forming the above-described
a) A method of forming the
[0005]
b) After the surface of the solid electrolyte body 6 is roughened by etching, and then a thin solution containing platinum and a reducing agent is brought into contact with the surface of the solid electrolyte body 6 and reacted by heating to deposit platinum nuclei on the surface. A method of forming the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described method is not always sufficient, and further improvement has been demanded. That is, in the method a) , the adhesion between the solid electrolyte body 6 and the
[0007]
Further, the method b) has a problem that although the adhesion is improved to some extent, the adhesion state of platinum is uneven. In other words, platinum deposition occurs when the reaction between the platinum in the solution and the reducing agent is promoted by heating. In this case, platinum is deposited in any part of the solution, so that the platinum is uniformly deposited on the surface of the solid electrolyte body 6. There was a problem that the nucleus did not adhere easily.
[0008]
If the adhesion state of the platinum nuclei is uneven, the adhesion of the
[0009]
Furthermore, when platinum is generated in the solution, there is another problem that platinum floating in the solution adheres to the apparatus and contaminates the apparatus, or it takes time to collect platinum.
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and can form platinum nuclei uniformly on the surface of the ceramic body, and can further prevent unnecessary platinum deposition. It aims to provide a method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the invention for achieving the above object, in the method of forming a conductive film on the surface of the ceramic body, (1; step 1) roughening the surface of the ceramic body by etching; (2; step 2) ) A step of impregnating the roughened ceramic body with a platinum solution by heating; (3; step 3) a step of extracting the platinum solution from the surface of the ceramic body; and (4; step 4) a ceramic from which the platinum solution has been extracted. A step of bringing a reducing agent solution containing a reducing agent heated to 50 to 90 ° C. into contact with the body surface to deposit platinum nuclei on the ceramic surface; and (5; step 5) on the surface of the ceramic body on which the platinum nuclei are deposited. And a step of forming a conductive film by performing electroless plating, and a gist of the method for forming a conductive film of a ceramic body.
[0011]
In the present invention, in step 1, and roughening the ceramic surface by etching to form a fine small scratches (penetration path) to the surface. In
[0012]
That is, according to the present invention, platinum nuclei are deposited not only on the whole solution, but only on the surface of the ceramic body as in the prior art. Therefore, the platinum nuclei are uniformly and uniformly formed on the surface of the ceramic body including the surface of the permeation path. There is a feature that adheres. Therefore, the adhesiveness and the denseness of the conductive film formed later by electroless plating using platinum nuclei as growth nuclei are excellent. Therefore, for example, even when exposed to a drastic temperature change, the conductive film is difficult to peel off, and for example, when applied to an oxygen sensor, it is possible to prevent a decrease in measurement accuracy and lifetime.
[0013]
Further, in the present invention, since platinum nuclei are not generated in the entire solution, the amount of platinum floating in the solution is extremely small, so that the device does not adhere to the device and contaminate the device. Moreover, there is an advantage that the used platinum solution can be reused almost as it is.
Furthermore, in this invention, the reducing agent solution containing a reducing agent is heated and used at 50-90 degreeC. Therefore, within this temperature range, there is an effect that platinum nuclei can be deposited more uniformly on the surface of the ceramic body including the inside of the permeation path, and unevenness in the precipitation of platinum nuclei hardly occurs.
Thus, in the present invention, there is a remarkable effect that platinum nuclei can be deposited on the surface of the ceramic body without any unevenness, and unnecessary platinum deposition can be greatly suppressed.
[0014]
As the ceramic body, a ceramic body having oxygen ion conductivity is preferably used. For example, a material that can withstand use at high temperatures such as a zirconia solid electrolyte described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-4913 is used. be able to.
A method for producing a zirconia solid electrolyte in the case of using this zirconia solid electrolyte is, for example, adding a predetermined amount of yttria (Y 2 O 3 ) to zirconia (ZrO 2 ), pulverizing it, and pre-sintering it. It can be manufactured by pressing into a desired shape and firing.
[0015]
(1) When etching is performed in step 1, a hydrofluoric acid (HF) solution is suitable, but other etching solutions can be used.
The degree of etching can be adjusted by the concentration of the etching solution, the etching time, and the like.
[0016]
(2) In
[0017]
(3) In step 3, extraction may be performed by suction using negative pressure, but may be suction using a pump or pipette-like rubber.
(4) In
[0018]
(5) In step 5, when the electroless plating is performed, the method of bringing the electroless plating solution into contact is a state where the electroless plating solution is in contact with the ceramic body for a predetermined time (capable of electroless plating) such as coating and immersion. There is no particular limitation as long as it can be used.
In invention of
[0019]
The present invention exemplifies the heating temperature of the platinum solution, and within this temperature range, the platinum solution can be sufficiently and rapidly soaked into the permeation path formed by etching. Below this range, impregnation into the permeation path may not be sufficiently performed, and above this range, impregnation unevenness may occur due to a decrease in the level of the platinum solution and concentration of the platinum solution.
[0020]
In the invention of claim 3, the platinum solution is extracted by suction using a negative pressure. The present invention exemplifies a method of extracting a platinum solution, and an excess platinum solution can be removed sufficiently and quickly by suction using a negative pressure.
By this extraction, the platinum solution is removed from the inside of the permeation path and the like, but it is simply removed by suction and not cleaned, so the surface of the ceramic body including the surface of the permeation path is thinly coated with the platinum solution. Will be attached.
[0021]
In invention of
The present invention exemplifies the concentration of the reducing agent. Within this concentration range, platinum nuclei can be uniformly deposited on the surface of the ceramic body including the inside of the permeation path. Outside this range, unevenness in the precipitation of platinum nuclei tends to occur.
[0023]
In the invention of claim 5 , the reducing agent is hydrazine.
The present invention exemplifies the types of reducing agents. When this hydrazine (N 2 H 4 ) is used, unnecessary reaction with the platinum solution or the ceramic body is not caused, and the ceramic body including the surface of the infiltration path is used. Platinum nuclei can be deposited more uniformly on the surface.
[0024]
As the reducing agent, various reducing agents other than hydrazine can be used as long as they do not cause unnecessary reactions with the platinum solution and the ceramic body.
In the invention of claim 6, the electroless plating solution used for electroless plating is a solution containing a platinum ammine compound and hydrazine.
[0025]
The present invention exemplifies the types of electroless plating solutions. By using a solution containing this component, the surface of the ceramic body including the inside of the permeation path is used as a growth nucleus, with a uniform and dense platinum nucleus. A conductive film can be formed.
The electroless plating solution is preferably a plating solution containing the above-described platinum complex salt as a main component, but various other plating solutions can be used.
[0026]
In the invention of
The present invention exemplifies the component concentration of the electroless plating solution. With this component concentration, the conductive film can be formed more uniformly and densely.
[0027]
In addition, when platinum is less than the above range, the adhesion of plating may be insufficient, and when it exceeds the above range, peeling or the like is likely to occur. Moreover, when hydrazine is less than the above range, adhesion of plating may be insufficient, and when it exceeds the range, unevenness of the plating film is likely to occur.
[0028]
In the invention according to claim 8 , the ceramic body is an oxygen detection element made of a zirconia solid electrolyte.
The present invention exemplifies a ceramic body. According to the present invention, a conductive film that functions as an electrode (solidly adheres and is uniform without unevenness) is formed on the surface of an oxygen detecting element made of a zirconia solid electrolyte. can do.
[0029]
According to the ninth aspect of the present invention, the oxygen detection element has a cylindrical shape with one end closed, and the conductive film is an inner electrode among the porous electrodes inside and outside the oxygen detection element.
The present invention illustrates the shape of the ceramic body and the position of the conductive film. When forming the inner electrode of a cylindrical oxygen sensing element with one end blocked by a conventional method, it is difficult to stir the platinum solution, reducing agent solution, and electroless plating solution injected into the recess inside the element. Therefore, it is not easy to form a homogeneous inner electrode, but according to the present invention, a uniform inner electrode without unevenness can be easily formed.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example (Example) of a method for forming a conductive film of a ceramic body according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(Example)
In this embodiment, a method for forming a porous electrode of a solid electrolyte body constituting an oxygen detection element of an oxygen sensor will be described.
[0031]
a) First, the structure and function of the oxygen sensor will be briefly described.
As shown in FIG. 1, the oxygen sensor 1 detects the oxygen concentration in the exhaust gas of an automobile engine, and a cylindrical
[0032]
As schematically shown in FIG. 2, the
[0033]
In this oxygen sensor 1, exhaust gas is brought into contact with the porous electrode (outer electrode) 8 formed on the outer surface of the solid electrolyte body 6, and the porous electrode (inner electrode) 7 formed on the inner surface is exposed to the atmosphere. In this way, the electromotive force generated between the
[0034]
b) Next, a method for forming the
(Process 1)
First, the inside of the solid electrolyte body 6 was treated with hydrofluoric acid (HF) having a concentration of 5% by weight.
[0035]
Specifically, at room temperature, the hydrofluoric acid is injected into the concave portion 9 (see FIG. 2) inside the solid electrolyte body 6 and held in that state for 7 minutes to roughen the inner surface of the solid electrolyte body 6; A
[0036]
In addition, the density | concentration of a hydrofluoric acid should just be the range of 1-20 weight% (preferably 5-10 weight%).
(Process 2)
Next, 0.05% by weight (corresponding to 0.5 g / L) of chloroplatinic acid solution (H 2 PtCl) with 0.03 normality hydrochloric acid (HCl) added to the surface of the roughened solid electrolyte body 6. 6 ; aqueous solution) was heated to 85 ° C. and impregnated.
[0037]
Specifically, the chloroplatinic acid solution is injected into the
[0038]
The platinum concentration in the chloroplatinic acid solution is in the range of 0.01 to 0.1% by weight (corresponding to 0.1 to 1 g / L) (preferably 0.03 to 0.07% by weight). The heating temperature may be in the range of 70 to 110 ° C. (preferably 80 to 90 ° C.).
[0039]
(Process 3)
Next, the chloroplatinic acid solution was extracted and removed from the surface of the solid electrolyte body 6.
Specifically, the chloroplatinic acid solution is removed from the
[0040]
(Process 4)
Next, a reducing agent was brought into contact with the surface of the solid electrolyte body 6 to which the chloroplatinic acid solution was thinly attached, and platinum nuclei (Pt nuclei) were deposited on the surface.
Specifically, a solution containing a reducing agent, that is, a reducing agent solution (aqueous solution) containing hydrazine (N 2 H 4 ) having a concentration of 4% by weight as a reducing agent is injected into the
[0041]
The concentration of hydrazine in the reducing agent solution may be in the range of 2 to 20% by weight (preferably 3 to 10% by weight), and the heating temperature is in the range of 50 to 90 ° C. (preferably 60 to 80 ° C.). If it is.
(Process 5)
Next, the
[0042]
Specifically, an electroless plating solution containing a platinum ammine compound and hydrazine in the
[0043]
Thereafter, the electroless plating solution was removed by suction. Further, the inside of the
The amount of platinum in the electroless plating solution may be 3 to 30 g / L (preferably 7 to 20 g / L), and the concentration of hydrazine should be 2 to 20% by weight (preferably 3 to 10% by weight). The heating temperature may be in the range of 60 to 95 ° C (preferably 70 to 90 ° C).
[0044]
In addition, the outer electrode 8 is formed in substantially the same procedure, and then the solid electrolyte body 6 is heat-treated at 600 to 1000 ° C. to detect oxygen with
In the present embodiment, since the
[0045]
(1) In the present embodiment, unlike the conventional case, the reducing agent does not act on the entire platinum solution injected into the
[0046]
(2) Further , in this embodiment, platinum nuclei are precipitated only on the inner surface of the solid electrolyte body 6, so that the platinum that is precipitated and suspended in the solution adheres to the apparatus and is thus installed as in the conventional case. There is no fouling.
(3) Further, the reducing agent solution used for depositing platinum is sucked and recovered, but as described above, the deposition of platinum is performed on the inner surface of the solid electrolyte body 6, and the platinum is Since it adheres to the inner surface, the recovered reducing agent solution does not contain floating platinum. Therefore, there is no need to recover platinum, and the reducing agent solution can be easily reused, contributing to resource saving.
[0047]
(4) In particular, since the
(Experimental example)
Next, an experimental example performed to confirm the effect of the present embodiment will be described.
[0048]
Twenty samples were prepared by each of the conventional method (electroless plating immediately after etching) and the method of this example within the scope of the present invention, and each position A of the element shown in FIG. , B, C, and D were measured by a calibration curve method using a fluorescent X-ray apparatus.
[0049]
The result is shown in FIG. 4 (b). In the case of the conventional method, the film thickness varied greatly at all the positions A to D. However, in the case of the method of this example (this method), It was suitable with little variation in film thickness.
In addition, this invention is not limited to the said Example at all, and it cannot be overemphasized that it can implement with a various aspect in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0050]
(1) For example, in the above-described embodiment, the method for forming the inner electrode among the porous electrodes of the oxygen detection element has been described. However, it can be applied to the formation of the outer electrode, and other ceramic bodies other than the oxygen sensor (for example, It can be applied to the formation of a conductive film of an alumina plate.
[0051]
(2) The shape of the ceramic body forming the conductive film can take various forms such as a cylinder, a plate, a bar, a cylinder, etc., but when used as an oxygen sensor for automobiles, a cylinder with one end closed. It is preferable to use a shape (see FIG. 2).
[0052]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, platinum nuclei are precipitated not on the whole solution but only on the surface of the ceramic body as in the prior art. There is a feature that platinum nuclei adhere uniformly. Therefore, the adhesiveness and the denseness of the conductive film formed later by electroless plating using platinum nuclei as growth nuclei are excellent. Therefore, for example, even when exposed to a drastic temperature change, the conductive film is difficult to peel off, and for example, when applied to an oxygen sensor, it is possible to prevent a decrease in measurement accuracy and lifetime.
[0053]
Further, in the present invention, since platinum nuclei are not generated in the entire solution, the amount of platinum floating in the solution is extremely small, so that the device does not adhere to the device and contaminate the device. Moreover, there is an advantage that the used platinum solution can be reused almost as it is.
Furthermore, in this invention, the reducing agent solution containing a reducing agent is heated and used at 50-90 degreeC. Therefore, within this temperature range, there is an effect that platinum nuclei can be deposited more uniformly on the surface of the ceramic body including the inside of the permeation path, and unevenness in the precipitation of platinum nuclei hardly occurs.
Thus, in the present invention, there is a remarkable effect that platinum nuclei can be deposited on the surface of the ceramic body without unevenness, and unnecessary platinum deposition can be greatly suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a part of an oxygen sensor in a broken state.
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing an oxygen detection element.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a procedure of an inner electrode forming method according to an embodiment.
FIG. 4 shows an experimental example, (a) is an explanatory view showing a film thickness measurement position of the oxygen detection element, and (b) is a graph showing a film thickness measurement result.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
8 ... Outer electrode (porous electrode)
9 ... concave 10 ... penetration path
Claims (9)
(1)セラミック体表面をエッチングによって粗化する工程と、
(2)前記粗化したセラミック体表面に、白金溶液を加熱により含浸させる工程と、 (3)前記白金溶液を、前記セラミック体表面から抽出する工程と、
(4)前記白金溶液を抽出したセラミック体表面に、50〜90℃に加熱した還元剤を含む還元剤溶液を接触させて、該セラミック表面上に白金核を析出させる工程と、
(5)前記白金核が析出したセラミック体表面に、無電解メッキを施して導電膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とするセラミック体の導電膜形成方法。In the method of forming a conductive film on the surface of the ceramic body,
(1) a step of roughening the surface of the ceramic body by etching;
(2) a step of impregnating the roughened ceramic body surface with a platinum solution by heating; (3) a step of extracting the platinum solution from the surface of the ceramic body;
(4) contacting a reducing agent solution containing a reducing agent heated to 50 to 90 ° C. with the surface of the ceramic body from which the platinum solution has been extracted to deposit platinum nuclei on the ceramic surface;
(5) forming a conductive film by performing electroless plating on the surface of the ceramic body on which the platinum nucleus is deposited;
A method for forming a conductive film of a ceramic body, comprising:
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