JP4548020B2 - ジルコニア構造体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
上記ジルコニア構造体において、単斜晶と立方晶の各ジルコニア結晶粒子の混在結合体からなる前記ジルコニア層は、前記単斜晶のジルコニア結晶粒子と前記立方晶のジルコニア結晶粒子とからなるエアロゾルを減圧下で前記基板に衝突させる、焼結工程を必要としない薄膜形成により形成する。
単斜晶と立方晶の各ジルコニア結晶粒子をガス中に分散させたエアロゾルを、減圧下で基板に衝突させることにより、上記ジルコニア層を簡単に成膜することができる。この成膜方法は、結晶粒子を衝撃固着により堆積させる方法であるため短時間に成膜可能である。従って、上記クラックの発生が抑制され信頼性の高いジルコニア構造体を、安価に製造することができる。
また、上記ジルコニア構造体においては、前記第1電極と第2電極が白金層からなり、当該白金層を、白金の結晶粒子からなるエアロゾルを減圧下で前記基板に衝突させることにより形成している。
白金(Pt)層からなる電極は、1000℃以上の高温においても使用することができる。この白金層からなる電極についても、上記のように白金の結晶粒子からなるエアロゾルを減圧下で基板に衝突させることにより形成することで、高い耐熱性を有する電極が設けられたジルコニア構造体を、安価に製造することができる。
請求項2に記載の発明は、基板の一方の面側に、第1電極、ジルコニア層および第2電極が順次積層形成されてなるジルコニア構造体であって、前記ジルコニア層が、単斜晶のジルコニア結晶粒子と、立方晶のジルコニア結晶粒子との混在結合体であり、前記ジルコニア層が、前記単斜晶のジルコニア結晶粒子と前記立方晶のジルコニア結晶粒子とからなるエアロゾルを減圧下で前記基板に衝突させる、焼結工程を必要としない薄膜形成により形成されてなり、前記基板のもう一方の面側に、ヒータが設けられてなり、前記ヒータが白金層からなり、当該白金層が、白金の結晶粒子からなるエアロゾルを減圧下で前記基板に衝突させることにより、形成されてなることを特徴としている。
固体電解質であるジルコニア層を利用して、ジルコニア構造体を排気センサ等のセンサとして用いた場合、上記ジルコニア構造体のように、前記基板のもう一方の面側に、ヒータが設けられてなることが好ましい。該ヒータを用いて固体電解質であるジルコニア層を所定の温度に加熱することで、上記ジルコニア構造体からなるセンサを、室温から1000℃程度の任意の温度環境下において、高感度で安定的に使用することができる。
また、上記ヒータが設けられたジルコニア構造体では、前記ヒータが白金層からなり、当該白金層を、白金の結晶粒子からなるエアロゾルを減圧下で前記基板に衝突させることにより形成するようにしている。これにより、上記電極の場合と同様にして、高い耐熱性を有するヒータが設けられたジルコニア構造体を、安価に製造することができる。
尚、上記ジルコニア構造体は、請求項3に記載のように、前記第1電極と第2電極が白金層からなり、当該白金層が、白金の結晶粒子からなるエアロゾルを減圧下で前記基板に衝突させることにより、形成されてなる構成としてもよい。
1 基板
2 第1電極
3 ジルコニア層
3m 単斜晶(M相)のジルコニア結晶粒子
3c 立方晶(C相)のジルコニア結晶粒子
4 第2電極
5 ヒータ
Claims (13)
- 基板の一方の面側に、第1電極、ジルコニア層および第2電極が順次積層形成されてなるジルコニア構造体であって、
前記ジルコニア層が、単斜晶のジルコニア結晶粒子と、立方晶のジルコニア結晶粒子との混在結合体であり、
前記ジルコニア層が、前記単斜晶のジルコニア結晶粒子と前記立方晶のジルコニア結晶粒子とからなるエアロゾルを減圧下で前記基板に衝突させる、焼結工程を必要としない薄膜形成により形成されてなり、
前記第1電極と第2電極が白金層からなり、
当該白金層が、白金の結晶粒子からなるエアロゾルを減圧下で前記基板に衝突させることにより、形成されてなることを特徴とするジルコニア構造体。 - 基板の一方の面側に、第1電極、ジルコニア層および第2電極が順次積層形成されてなるジルコニア構造体であって、
前記ジルコニア層が、単斜晶のジルコニア結晶粒子と、立方晶のジルコニア結晶粒子との混在結合体であり、
前記ジルコニア層が、前記単斜晶のジルコニア結晶粒子と前記立方晶のジルコニア結晶粒子とからなるエアロゾルを減圧下で前記基板に衝突させる、焼結工程を必要としない薄膜形成により形成されてなり、
前記基板のもう一方の面側に、ヒータが設けられてなり、
前記ヒータが白金層からなり、当該白金層が、白金の結晶粒子からなるエアロゾルを減圧下で前記基板に衝突させることにより、形成されてなることを特徴とするジルコニア構造体。 - 前記第1電極と第2電極が白金層からなり、
当該白金層が、白金の結晶粒子からなるエアロゾルを減圧下で前記基板に衝突させることにより、形成されてなることを特徴とする請求項2に記載のジルコニア構造体。 - 前記単斜晶のジルコニア結晶粒子と前記立方晶のジルコニア結晶粒子の平均粒径が、5nm以上、1000nm以下の範囲内にあることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のジルコニア構造体。
- 前記ジルコニア層におけるイットリアの平均組成が、4mol%以上、8mol%以下の範囲内にあることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のジルコニア構造体。
- 前記ジルコニア層の厚さが、1μm以上、20μm以下の範囲内にあることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のジルコニア構造体。
- 前記基板が、ガス拡散可能な多孔質基板であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のジルコニア構造体。
- 前記ジルコニア構造体が、酸素センサであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のジルコニア構造体。
- 前記ジルコニア構造体が、排気センサであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のジルコニア構造体。
- 前記ジルコニア構造体が、空燃比センサであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のジルコニア構造体。
- 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のジルコニア構造体の製造方法であって、
単斜晶のジルコニア結晶粒子と立方晶のジルコニア結晶粒子とからなるエアロゾルを、減圧下において、前記基板に300m/sec以上、1000m/sec以下の速度で衝突させて、前記ジルコニア層を形成することを特徴とするジルコニア構造体の製造方法。 - 前記単斜晶のジルコニア結晶粒子と前記立方晶のジルコニア結晶粒子の平均粒径が、100nm以上、5000nm以下の範囲内にあることを特徴とする請求項11に記載のジルコニア構造体の製造方法。
- 前記基板への結晶粒子の衝突が、基板加熱300℃以下で行われることを特徴とする請求項11または12に記載のジルコニア構造体の製造方法。
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