KR101694845B1 - Porous material for gas sensor, method for manufacturing thereof, and gas sensor comprising the porous material - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스센서용 다공질보호층, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 가스센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스센서를 외부 물리적 충격과 피검가스에 포함될 수 있는 액체물질 및 피독물질 등의 물리적/화학적 외부인자로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 외부인자에 의한 가스센서의 출력 저하를 방지하고, 보다 빠르고 정확하게 타겟 가스 농도의 측정이 가능하도록 하는 가스센서용 다공질보호층, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 가스센서에 관한 것이다.The present invention relates to a porous protective layer for a gas sensor, a method of manufacturing the same, and a gas sensor including the porous sensor. More particularly, the present invention relates to a gas sensor including a physical / chemical A porous protective layer for a gas sensor, which can protect against external factors, prevent the output of the gas sensor from deteriorating due to an external factor, and enable measurement of the target gas concentration more quickly and accurately, a method for producing the same, and a gas Sensor.

Description

가스센서용 다공질보호층, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 가스센서{Porous material for gas sensor, method for manufacturing thereof, and gas sensor comprising the porous material}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a porous protective layer for a gas sensor, a method of manufacturing the porous protective layer, and a gas sensor including the porous protective layer.

본 발명은 가스센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스센서의 표면에 형성되는 가스센서용 다공질보호층, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 가스센서에 관한 것이다.
The present invention relates to a gas sensor, and more particularly, to a porous protective layer for a gas sensor formed on the surface of a gas sensor, a method for manufacturing the same, and a gas sensor including the same.

산업 발전과 더불어 야기된 대기오염, 환경오염, 산업현장의 안정성 문제로 인하여 여러 가지 유해환경 가스종(H2S, H2, CO, NOx, SOx, NH3, VOCs 등)을 감지하기 위한 가스센서의 필요성이 증가하고 있다. 그 중 H2S는 악취, 구취 등 나쁜 냄새에 포함되어 있는 기체로, 환경을 정화하고 쾌적한 생활환경을 구축하기 위해 필수적으로 측정되어야 된다. 그리고 CO는 가솔린 자동차의 배기가스 및 산업현장에서 배출되는 매연 등에 포함되어 있는 기체로, 운행 중인 자동차의 도로 상에서의 방출량 조절, 뒤따르는 자동차 실내의 CO 가스 유입 조절을 통한 환경오염방지 및 쾌적한 자동차 실내환경을 유지하기 위해 측정이 필요하다.H 2 S, H 2 , CO, NO x , SO x , NH 3 , VOC s, etc.) due to air pollution, environmental pollution, There is an increasing need for a gas sensor. Among them, H 2 S is a gas contained in bad smell such as bad smell and bad breath, and it must be measured in order to purify the environment and establish a pleasant living environment. And CO is the gas contained in exhaust gas of gasoline automobile and soot discharged from industrial site. It controls the emission amount of running vehicle on the road, prevents environmental pollution by controlling CO gas inflow in the following automobile interior, Measurement is necessary to maintain the environment.

특히 내연기관 등에 있어서 배기가스 중의 특정 가스 성분을 검출하거나 그 농도를 측정하는데 산소, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소산화물(NOx) 등을 측정할 수 있는 가스센서가 널리 이용되고 있다.In particular, gas sensors capable of measuring oxygen, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen oxides (NOx) and the like for detecting a specific gas component in an exhaust gas or measuring the concentration thereof in an internal combustion engine or the like are widely used.

일반적으로, 가스센서는 특정 가스 성분의 농도 차이에 의한 기전력 차이를 측정하는 센싱 전극부, 특정 가스 성분 이온을 포집하는 기준 전극부, 센싱 전극부의 전극을 이온전도성을 띠는 온도까지 가열시키는 히터부가 차례대로 적층된 구조로 되어 있다.Generally, the gas sensor includes a sensing electrode portion for measuring a difference in electromotive force due to a difference in concentration of a specific gas component, a reference electrode portion for collecting specific gas component ions, a heater portion for heating the electrode of the sensing electrode portion to a temperature at which ion conductivity is imparted And are stacked in this order.

상기 가스센서는 측정할 가스 성분을 검출하거나 그 농도를 측정하기 위해, 내연기관의 배기가스 배출기관에 설치될 수 있는데 배기가스 중에는 물 및/또는 기름 등의 액체물질들이 포함되어 있어, 이와 같은 액체물질들은 가스센서, 특히 상온보다 고온이 발생할 수 있는 가스센서의 센싱 전극이나 히터부에 접촉될 수 있다. 가스센서와 접촉된 액체물질은 가스센서에 응력 및 열충격을 제공하고, 이로 인해 가스센서에 크랙(crack)이 발생할 수 있다. 또한, 배기가스 중에는 실리콘이나, 인 등의 피독물질이 포함되어 있는데, 이와 같은 피독물질에 가스센서가 노출되어 측정하고자 하는 가스의 정확한 센싱을 방해할 수 있다.The gas sensor can be installed in an exhaust gas exhausting engine of an internal combustion engine to detect a gas component to be measured or to measure the concentration thereof. The exhaust gas contains liquid substances such as water and / or oil, The materials may be in contact with a sensing electrode or heater part of a gas sensor, in particular a gas sensor, which may be hotter than room temperature. The liquid material in contact with the gas sensor provides stress and thermal shock to the gas sensor, which can cause cracking in the gas sensor. In addition, the exhaust gas includes poisoning substances such as silicon and phosphorus, and the gas sensor is exposed to the poisoning substance, which may hinder accurate sensing of the gas to be measured.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 일반적으로 가스센서 표면에 다공질 보호층을 형성한다. 상기 다공질 보호층은 앞서 언급한 액체물질 및 피독물질로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 외부 충격으로부터 가스센서를 보호하고, 다공질 물질로 이루어져 가스센서가 측정가스를 센싱할 수 있게 한다.In order to solve such a problem, a porous protective layer is generally formed on the surface of the gas sensor. The porous protective layer protects the gas sensor from an external impact and is made of a porous material so that the gas sensor can sense the measurement gas, as well as being able to protect from the aforementioned liquid and poisonous substances.

종래 기술 중 일본등록특허 제4691095호에는 측정 가스의 물리적인 특성을 측정하기 위한 센서 소자를 개시하고 있다.Japanese Patent No. 4691095 discloses a sensor element for measuring a physical property of a measurement gas.

하지만, 종래의 가스센서 상에 형성되는 다공질보호층은 액체물질을 완전히 차단하지 못할 뿐만 아니라 액체물질과 가스센서의 온도 차이에 의한 열충격으로 인해 외부 센싱 전극에 크랙이 발생하거나 다공질보호층이 가스센서에서 벗겨짐, 크랙발생, 기공붕괴 및 이로 인한 목적한 피검가스 이외의 물질까지 가스센서에 직접 도달하게 되는 문제점이 있었고, 다공질 보호층에 피독물질이 퇴적하기 쉬워 가스센서의 측정가스 감응 속도가 떨어지고, 보다 정확한 측정가스 농도 측정이 불가능한 문제가 있었다.
However, since the porous protective layer formed on the conventional gas sensor can not completely block the liquid material, cracks may occur in the external sensing electrode due to the thermal shock due to the temperature difference between the liquid material and the gas sensor, There is a problem in that substances other than the target gas to be inspected due to peeling, cracking, pore collapse, and the like are directly brought to the gas sensor, poisonous substances are easily deposited on the porous protective layer, There is a problem that it is impossible to more accurately measure the measured gas concentration.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 첫 번째로 해결하려는 과제는 가스센서를 외부 충격 및 액체물질로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 가스센서를 외부 물리적 충격과 피검가스 중의 액체물질 및 피독물질 등의 물리적/화학적 외부인자로부터 보호할 수 있으며, 외부인자에 의한 가스센서의 출력 저하를 방지하고, 보다 빠르고 정확하게 타겟 가스 농도의 측정이 가능하도록 하는 가스센서용 다공질보호층 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is a first object of the present invention to provide a gas sensor capable of protecting a gas sensor from an external impact and a liquid material, A porous protective layer for a gas sensor which can protect against a physical / chemical external factor such as a liquid substance and a poisonous substance, prevent the deterioration of the output of the gas sensor due to an external factor, And a method for producing the same.

본 발명이 해결하려는 두 번째 과제는 보다 빠르고 정확하게 타겟 가스 농도의 측정이 가능하고, 내구성이 현저히 우수한 다공질보호층을 포함하는 가스센서를 제공하는데 목적이 있다.
A second problem to be solved by the present invention is to provide a gas sensor including a porous protective layer capable of measuring a target gas concentration more quickly and with a remarkably high durability.

상술한 첫 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (1) 세라믹 분말 및 기공형성제를 포함하는 다공질보호층 형성 조성물을 가스센서상에 투입시키는 단계; 및 (2) 가스센서상에 투입된 다공질보호층 형성 조성물을 소결시키는 단계;를 포함하여 가스센서용 다공질보호층을 제조하며, 상기 세라믹분말은 하기의 관계식 1로 표시되는 이형도가 1.5이상인 입자를 포함 하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층의 제조방법을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned first problem, the present invention provides a method for producing a porous protective layer, comprising the steps of: (1) introducing a porous protective layer forming composition comprising a ceramic powder and a pore former onto a gas sensor; And (2) sintering the porous protective layer-forming composition applied on the gas sensor to produce a porous protective layer for a gas sensor, wherein the ceramic powder comprises particles having a degree of variability of 1.5 or more expressed by the following relational formula 1 And a porous protective layer for a gas sensor.

[관계식 1][Relation 1]

Figure 112014101870163-pat00001
Figure 112014101870163-pat00001

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 세라믹분말은 Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, AlN, Si3N4, Ti3N4, Zr3N4, Al4C3, SiC, TiC, ZrC, AlB, Si3B4, Ti3B4, Zr3B4, 3Al2O3 ·2SiO2 및 MgAl2O4 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 입자를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the ceramic powder is selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , AlN, Si 3 N 4 , Ti 3 N 4 , Zr 3 N 4 , Al 4 C 3 , SiC, TiC, ZrC, AlB, Si 3 B 4, Ti 3 B 4, Zr 3 B 4, 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 And MgAl 2 O 4 .

상기 (1) 단계에서 세라믹분말의 이형도는 1.8 ~ 4.2일 수 있다.In the step (1), the degree of deformation of the ceramic powder may be 1.8 to 4.2.

상기 (1) 단계의 세라믹분말 중에서 상기 이형도 조건을 만족하는 세라믹분말은 전체 세라믹분말의 50중량% 이상일 수 있다.In the ceramic powder of the step (1), the ceramic powder satisfying the above-mentioned separation-type condition may be 50% by weight or more of the total ceramic powder.

상기 이형도 조건을 만족하는 세라믹분말의 단면형상은 다각형, 별형, 뿔형, 알파벳형, 타원형, 아령형, 오뚜기형, 십자형 및 그루브형 중 어느 하나 이상일 수 있다.The cross-sectional shape of the ceramic powder satisfying the above-described dissimilarity condition may be at least one of polygonal, star, horn, alphabet, ellipse, dumbbell,

상기 (1) 단계의 세라믹분말은 이형도가 1.5 ~ 2.0인 제1 세라믹분말과 이형도가 3.0 ~ 4.2인 제2 세라믹분말을 포함하고, 상기 제1 세라믹분말과 제2 세라믹분말의 중량비는 1 : 1.6 ~ 3.0일 수 있다.The ceramic powder of step (1) comprises a first ceramic powder having a degree of deformation of 1.5 to 2.0 and a second ceramic powder having a degree of deformation of 3.0 to 4.2. The weight ratio of the first ceramic powder to the second ceramic powder is 1: 1.6 To 3.0.

상기 기공형성제는 라디칼 중합성 단량체, 다관능성 가교 단량체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 단량체의 중합체;, 라디칼 중합성 단량체, 다관능성 가교 단량체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 단량체의 마이크로에멀젼 폴리머 비드;, 이산화규소(SiO2), 이산화티타늄(TiO2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 산화물;, 카본, 탄수화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 탄소물; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.Wherein the pore former is selected from the group consisting of a polymer of monomers selected from the group consisting of radically polymerizable monomers, multifunctional crosslinking monomers, and combinations thereof, radical polymerizable monomers, multifunctional crosslinking monomers, and combinations thereof microemulsion polymer beads of the monomer; silicon dioxide (SiO 2), titanium dioxide (TiO 2) and an oxide selected from the group consisting of;, carbon water is selected from carbon, carbohydrates and combinations thereof; And a mixture thereof.

상기 (2) 단계의 소결온도는 800 ~ 1700℃일 수 있다.
The sintering temperature in the step (2) may be 800 to 1700 ° C.

또한, 상술한 첫 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 가스센서의 외표면을 덮는 가스센서용 다공질보호층에 있어서, 상기 가스센서용 다공질보호층은 하기의 관계식 1로 표시되는 이형도가 1.5 이상인 세라믹분말을 포함하여 상기 세라믹분말 각 입자의 적어도 일부 영역이 서로 융착하여 형성된 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층을 제공한다.In order to solve the above first problem, the present invention provides a porous protective layer for a gas sensor covering an outer surface of a gas sensor, wherein the porous protective layer for a gas sensor has a degree of variability represented by the following relational expression 1 of not less than 1.5 And at least a part of the ceramic powder particles including ceramic powder are fused to each other to form a porous protective layer for a gas sensor.

[관계식 1][Relation 1]

Figure 112014101870163-pat00002

Figure 112014101870163-pat00002

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 세라믹분말은 알루미나, 스피넬, 이산화티타늄, 지르코니아, 산화이트륨, 산화리튬, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화세륨 및 뮬라이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 입자를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the ceramic powder includes at least one particle selected from the group consisting of alumina, spinel, titanium dioxide, zirconia, yttrium oxide, lithium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, cerium oxide and mullite can do.

상기 세라믹분말의 이형도는 1.8 ~ 4.2일 수 있다.The degree of deformation of the ceramic powder may be 1.8 to 4.2.

상기 이형도 조건을 만족하는 세라믹분말의 단면형상은 타원형, 아령형, 다각형, 별형, 뿔형, 오뚜기형, 십자형, 별형, 알파벳형, 그루브형 및 아령형 중 어느 하나 이상일 수 있다.The cross-sectional shape of the ceramic powder satisfying the dissimilarity condition may be at least one of elliptical shape, dumbbell shape, polygonal shape, star shape, horn shape, cross shape, cross shape, star shape, alphabet shape, groove shape and dumbbell shape.

상기 다공질보호층은 가스센서 외부전극의 일면에 대면하는 제1 표면과 상기 제1 표면의 반대면인 제2 표면을 포함하고, 상기 제2 표면에서 제1 표면으로 갈수록 기공직경이 커지는 직경 구배를 가질 수 있다.Wherein the porous protective layer comprises a first surface facing a first surface of the gas sensor outer electrode and a second surface opposite to the first surface and a diameter gradient increasing from the second surface to the first surface Lt; / RTI >

상기 다공질보호층의 제2 표면에 포함된 기공의 평균직경은 5.5 ~ 8㎛이며, 상기 평균직경의 ±2㎛의 기공직경을 가지는 기공이 제2 표면에 포함된 전체 기공의 80% 이상일 수 있다.The average diameter of the pores included in the second surface of the porous protective layer is 5.5 to 8 占 퐉 and the pores having the pore diameter of the average diameter of 占 占 퐉 may be 80% or more of the total pores included in the second surface .

상기 다공질보호층의 제2 표면에 포함된 기공의 평균직경과 제1 표면에 포함된 기공의 평균직경 비는 1 : 1.8 ~ 6일 수 있다.
The average diameter ratio of the pores included in the second surface of the porous protective layer and the pores included in the first surface may be 1: 1.8 to 6.

한편, 상술한 두 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 본 발명에 따른 가스센서용 다공질보호층을 포함하는 가스센서용 전극를 제공한다.In order to solve the second problem, the present invention provides an electrode for a gas sensor including a porous protective layer for a gas sensor according to the present invention.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 다공질보호층의 두께는 20 ~ 200㎛일 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the porous protective layer may be 20 to 200 mu m.

또한, 상술한 두 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 본 발명에 따른 가스센서용 전극을 외부 센싱 전극으로 포함하는 가스센서를 제공한다.
In order to solve the second problem, the present invention provides a gas sensor including an electrode for a gas sensor according to the present invention as an external sensing electrode.

또한, 상술한 두 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 본 발명에 따른 가스센서용 다공질보호층을 포함하는 가스센서를 제공한다.
In order to solve the above-mentioned second problem, the present invention provides a gas sensor including a porous protective layer for a gas sensor according to the present invention.

본 발명의 바람직한 일구현예의 설명에서 층과 층이 적층된 형상은 "direct"및 "indirect" 모두 포함한다. 예를 들어 제1 층과 제2 층이 적층된 형상은 상기 제1층과 제2 층 사이에 제3 층이 개재되지 않은 "direct" 또는 제1 층과 제2 층 사이에 제3 층이 개재된 "indirect"를 모두 포함한다.
In the description of the preferred embodiment of the present invention, the layer and layer stacked shapes include both "direct" and "indirect ". For example, the shape in which the first layer and the second layer are laminated is a "direct" in which a third layer is not interposed between the first and second layers or a "Quot; indirect "

본 발명은 가스센서를 외부 물리적 충격과 피검가스 중의 액체물질 및 피독물질 등의 물리적/화학적 외부인자로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 외부인자에 의한 가스센서의 출력 저하를 방지할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention not only protects the gas sensor from external physical impacts, physical / chemical external factors such as liquid substances and poisonous substances in the gas under test, but also prevents the output of the gas sensor from deteriorating due to external factors.

또한, 기공형성 및 기공배치가 피검가스의 확산속도를 현저히 향상시켜 타겟 가스에 대한 응답속도를 매우 빠르게 할 수 있고, 피독물질 등의 외부인자의 가스센서에 대한 영향이 방지됨에 따라 타겟 가스에 대한 감도가 매우 우수하여 정확하게 타겟 가스 농도의 측정이 가능하다.  In addition, pore formation and pore arrangement significantly improve the diffusion rate of the gas to be inspected, so that the response speed to the target gas can be made very fast and the influence of external factors such as poisonous substances on the gas sensor is prevented, The sensitivity is very high and the target gas concentration can be accurately measured.

나아가, 기계적 물성이 현저히 우수하여 각종 충격에도 기공의 붕괴나 크랙이 발생하지 않아 가스센서의 성능유지 및 내구성 향상에 현저히 우수하다.
Furthermore, the mechanical properties are remarkably excellent, and collapse and cracks of the pores do not occur in various impacts, which is remarkably superior in performance maintenance and durability improvement of the gas sensor.

도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 다공질보호층의 제조공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 세라믹분말의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 교차원형 단면을 갖는 세라믹분말의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 아령형 단면을 갖는 세라믹분말의 단면도이다.
도 5은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 오엽형 단면을 갖는 세라믹분말의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 별형 단면을 갖는 세라믹분말의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 삼각형 단면을 갖는 세라믹분말의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 사각형 단면을 갖는 세라믹분말의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 오각형 단면을 갖는 세라믹분말의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 육각형 단면을 갖는 세라믹분말의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 오뚜기형 단면을 갖는 세라믹분말의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 십자형 단면을 갖는 세라믹분말의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 움푹파인 타원형 단면을 갖는 세라믹분말의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 그루브형 단면을 갖는 세라믹분말의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 가스센서의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 다공질 보호층의 단면모식도이다.
도 17은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 가스센서의 단면도이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 적층형 가스센서의 분해사시도이다.
FIG. 1 is a flow chart of a process for manufacturing a porous protective layer according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a ceramic powder included in a preferred embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a ceramic powder having a cross-section of a circular cross section according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a ceramic powder having a dumbbell-shaped cross section according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a ceramic powder having a haze-shaped cross section according to a preferred embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of a ceramic powder having a star-shaped cross section according to a preferred embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view of a ceramic powder having a triangular cross section according to a preferred embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view of a ceramic powder having a rectangular cross section according to a preferred embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view of a ceramic powder having a pentagonal cross section according to a preferred embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view of a ceramic powder having a hexagonal cross section according to a preferred embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view of a ceramic powder having a cross-sectional shape according to a preferred embodiment of the present invention.
12 is a cross-sectional view of a ceramic powder having a cross-section according to a preferred embodiment of the present invention.
13 is a cross-sectional view of a ceramic powder having a hollow elliptical cross section according to a preferred embodiment of the present invention.
14 is a cross-sectional view of a ceramic powder having a groove-shaped cross section according to a preferred embodiment of the present invention.
15 is a cross-sectional view of a gas sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
16 is a cross-sectional schematic diagram of a porous protective layer according to a preferred embodiment of the present invention.
17 is a cross-sectional view of a gas sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
18 is an exploded perspective view of a stacked type gas sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에서는 (1) 세라믹 분말 및 기공형성제 포함하는 다공질보호층 형성 조성물을 가스센서상에 투입시키는 단계; 및 (2) 가스센서상에 투입된 다공질보호층 형성 조성물을 소결시키는 단계;를 포함하여 가스센서용 다공질보호층을 제조하되, 상기 세라믹분말은 하기의 관계식 1로 표시되는 이형도가 1.5이상인 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층의 제조방법을 제공한다.(1) introducing a porous protective layer-forming composition including a ceramic powder and a pore-forming agent onto a gas sensor; And (2) sintering the porous protective layer-forming composition charged on the gas sensor to produce a porous protective layer for a gas sensor, wherein the ceramic powder comprises particles having a degree of variability of 1.5 or more represented by the following relational formula 1 And a porous protective layer for a gas sensor.

[관계식 1][Relation 1]

Figure 112014101870163-pat00003

Figure 112014101870163-pat00003

구체적으로 도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 다공질보호층의 제조공정 흐름도로써, (1) 단계로 세라믹분말 및 기공형성제를 포함하는 다공질보호층 형성 조성물을 가스센서상에 투입시키는 단계(S1)를 수행한 후 (2) 단계로 가스센서상에 투입된 다공질보호층 형성 조성물을 소결시키는 단계(S2)를 수행한다.
More specifically, FIG. 1 is a flow chart illustrating a process of manufacturing a porous protective layer according to a preferred embodiment of the present invention. In step (1), a porous protective layer forming composition including a ceramic powder and a pore- (S1), and then (S2) sintering the porous protective layer-forming composition applied on the gas sensor in step (2).

먼저, 상기 본 발명에 따른 (1) 단계의 다공질보호층 형성 조성물에 대해 설명한다.First, the composition for forming a porous protective layer of step (1) according to the present invention will be described.

상기 다공질보호층 형성 조성물은 다공질보호층의 모재가 되는 세라믹분말 및 다공질보호층의 기공을 형성시키는 기공형성제를 포함한다.The composition for forming a porous protective layer includes a ceramic powder serving as a base material of the porous protective layer and a pore forming agent forming pores of the porous protective layer.

상기 세라믹분말은 통상의 가스센서용 다공질보호층의 모재가 되는 재질일 수 있으며, 가스센서를 외부의 물리적/화학적 인자로부터 보호할 수 있고, 기공형성이 용이한 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 바람직하게는 Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, AlN, Si3N4, Ti3N4, Zr3N4, Al4C3, SiC, TiC, ZrC, AlB, Si3B4, Ti3B4, Zr3B4, 3Al2O2SiO2 및 MgAl2O4 로 이루어진 분말 중 어느 하나 이상으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 입자를 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 알루미나, 지르코니아 및 산화이트륨 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 이트륨 안정화된 지르코니아일 수 있다.
The ceramic powder may be a material that becomes a base material of a conventional porous protective layer for a gas sensor and may be used without limitation as long as it can protect the gas sensor from external physical / chemical factors and can easily form pores. Preferably, Al 2 O 3, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, AlN, Si 3 N 4, Ti 3 N 4, Zr 3 N 4, Al 4 C 3, SiC, TiC, ZrC, AlB, Si 3 B 4 , Ti 3 B 4 , Zr 3 B 4 , 3Al 2 O 3 .2SiO 2 And MgAl 2 O 4 , and more preferably at least one of alumina, zirconia, and yttrium oxide, and more preferably at least one of yttrium Stabilized zirconia.

상기 세라믹분말은 목적하는 직경을 가지는 기공 및 목적하는 기공분포를 보다 용이하게 구현시킬 수 있으며, 제조된 다공질보호층이 강한 물리적 충격에도 기공이 붕괴되지 않고, 세라믹분말들의 접합점 또는 접합면이 증가하여 다공질보호층에 크랙이 발생하지 않으며, 가스센서, 바람직하게는 가스센서의 외부센서전극과 대면하는 다공질보호층의 표면 거칠기가 증가하여 다공질보호층의 접착력을 보다 향상시켜 박리를 방지하기 위해 상기 관계식 1로 표시되는 이형도가 1.5 이상이다.The ceramic powder can more easily realize pores having desired diameters and desired pore distribution, and the produced porous protective layer does not collapse pores even under a strong physical impact, and the junction points or the bonding surfaces of the ceramic powders increase Cracks are not generated in the porous protective layer and the surface roughness of the porous protective layer facing the external sensor electrode of the gas sensor, preferably the gas sensor is increased to further improve the adhesive force of the porous protective layer, 1 is 1.5 or more.

구체적으로 도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 세라믹분말의 단면도로써, 상기 관계식 1의 이형도는 도2의 세라믹분말 단면의 외접원의 직경(D)과 내접원 직경(d)의 비율을 의미한다. 만일 이형도가 1.5 미만일 경우 피검가스가 가스센서 표면까지 빠르게 이동 및 도달할 수 있는 기공도, 기공직경을 구현하기 어렵고, 외부의 물리적 자극에 기공이 붕괴되거나 다공질보호층 자체에 크랙이 발생할 수 있는 문제점이 있는 등 목적하는 물성을 구현시키기 어려울 수 있다.
Specifically, FIG. 2 is a sectional view of a ceramic powder included in a preferred embodiment of the present invention, wherein the dissimilarity diagram of the relational expression 1 means a ratio of a circumscribed circle diameter D and an inscribed circle diameter d in the section of the ceramic powder of FIG. 2 do. If the deviation degree is less than 1.5, it is difficult to realize the pore diameter and the pore diameter that the test gas can reach and reach the surface of the gas sensor quickly, and the pores may collapse in the external physical stimulus or cracks may occur in the porous protective layer itself And it may be difficult to realize the desired properties such as the presence of the catalyst.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 보다 우수한 물성이 구현되는 다공질보호층을 제조하기 위해 다공질보호층 형성 조성물에 포함되는 세라믹분말 중 적어도 50중량%, 보다 바람직하게는 적어도 70중량%, 보다 더 바람직하게는 적어도 85중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 95중량%이 상기 관계식 1의 이형도 조건을 만족하는 세라믹분말일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, at least 50% by weight, more preferably at least 70% by weight, more preferably at least 70% by weight of the ceramic powder contained in the composition for forming a porous protective layer, Preferably at least 85% by weight, more preferably at least 95% by weight is a ceramic powder which satisfies the variance condition of the above-mentioned formula (1).

만일 상기 관계식 1의 이형도 조건을 만족하는 세라믹분말이 전체 세라믹분말의 50중량% 미만일 경우 이형도를 갖는 세라믹분말을 통해 목적하는 기공도, 기공직경을 구현하기 어렵고, 외부의 물리적 자극에 기공이 붕괴되거나 다공질보호층 자체에 크랙이 발생할 수 있는 등 물성이 저하되는 문제점이 있다.
If the ceramic powder satisfying the conditions of the dissimilarity of the above-mentioned formula 1 is less than 50% by weight of the total ceramic powder, it is difficult to realize the desired porosity and pore diameter through the ceramic powder having the differentiability, There is a problem that physical properties such as cracks may be generated in the porous protective layer itself.

또한, 보다 상승된 우수한 물성을 구현시키기 위해 상기 세라믹분말의 이형도는 1.8 ~ 4.2일 수 있다. 만일 세라믹분말의 이형도가 4.2를 초과하는 경우 가스센서의 일면, 바람직하게는 가스센서 외부 센싱 전극의 일면과 대면하게 되는 다공질보호층 일면의 거칠기가 너무 커져 피검가스와 접촉하여 타겟가스의 유무 및 농도를 측정하게 되는 가스센서의 외표면부가 물리적 손상을 입어 가스센서의 성능저하를 유발할 수 있으며, 거칠기가 너무 커져 오히려 다공질보호층이 가스센서로부터 분리되는 문제점이 있을 수 있다. Further, in order to realize higher physical properties, the degree of deformation of the ceramic powder may be 1.8 to 4.2. If the degree of deformation of the ceramic powder exceeds 4.2, the roughness of one surface of the gas sensor, preferably one surface of the porous protective layer facing the one surface of the gas sensor external sensing electrode, becomes too large to contact with the target gas, There is a possibility that the outer surface portion of the gas sensor to be measured may suffer physical damage, which may cause deterioration of the performance of the gas sensor, and that the roughness is too large to separate the porous protective layer from the gas sensor.

상기 관계식 1의 이형도 조건을 만족하는 세라믹분말의 단면형상은 이형도가 1.5 이상을 만족한다면 그 구체적 형상에 있어서 제한은 없으나, 바람직하게는 상기 이형도 조건을 만족하는 세라믹분말의 단면형상은 다각형, 별형, 뿔형, 알파벳형, 타원형, 아령형, 오뚜기형, 십자형 및 그루브형 중 어느 하나 이상의 형상을 가질 수 있다. 또한, 알파벳형의 경우 C자형, E자형, F자형, H자형, L자형, S자형, T자형, U자형 또는 W자형일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. Although the cross-sectional shape of the ceramic powder satisfying the heterogeneity condition of the relational expression 1 is not limited as far as the degree of deformation is not less than 1.5, the cross-sectional shape of the ceramic powder satisfying the above-described dissimilarity condition is preferably polygonal, May have any one or more of a horn shape, an alphabet type, an elliptical shape, a dumbbell shape, a grasshopper shape, a cross shape, and a groove shape. The alphabetic type may be C-shaped, E-shaped, F-shaped, H-shaped, L-shaped, S-shaped, T-shaped, U-shaped or W-shaped.

구체적으로 도 3 내지 도 20은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 세라믹분말의 단면도이다. 먼저, 도 3은 교차원형 단면을 갖는 금속분말의 단면도로서, 두 개의 원이 교차결합한 단면형상을 가진다. 이 경우 교차원의 장축길이(a)가 외접원의 직경이 되고, 단축길이(b)가 내접원의 직경길이가 된다. 도 4는 아령형으로서, 아령의 장축길이(a)가 외접원의 직경이 되고, 단축길이(b)가 내접원의 직경길이가 된다. 도 5는 오엽형으로서 d는 내접원의 직경이고 D는 외접원의 직경이 된다. 도 6은 별형으로서 r은 내접원의 직경이고 R은 외접원의 직경이 된다. 도 7은 금속분말의 단면형상이 삼각형, 도 8은 사각형, 도 9는 오각형, 도 10은 육각형이다. 도 11은 오뚜기형, 도 12는 십자형이다. 도 13은 움푹 파인 타원형, 도 14는 그루브형 단면을 가진다.
3 to 20 are sectional views of a ceramic powder included in a preferred embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view of a metal powder having a cross-section of a circular cross-section, in which two circles have a cross-sectional shape cross-linked. In this case, the major axis length a of the intersecting circle is the diameter of the circumscribed circle, and the minor axis length b is the diameter length of the inscribed circle. Fig. 4 is a dumbbell shape, in which the long axis length a of the dumbbell is the diameter of the circumscribed circle, and the short axis length b is the diameter length of the inscribed circle. Fig. 5 is a pentagonal shape, where d is the diameter of the inscribed circle and D is the diameter of the circumscribed circle. 6 is a star shape, where r is the diameter of the inscribed circle and R is the diameter of the circumscribed circle. Fig. 7 is a sectional view of the metal powder in a triangle, Fig. 8 is a quadrangle, Fig. 9 is a pentagon, and Fig. 10 is a hexagon. Fig. 11 is a cross sectional shape, and Fig. 12 is a cross sectional shape. Fig. 13 has a recessed elliptical shape, and Fig. 14 has a groove-shaped cross section.

상술한 도 2 ~ 도 13의 세라믹분말의 이형단면은 모두 본 발명에 적용될 수 있는 예시이며, 상술한 이형도 조건을 만족하는 범위에서 적절하게 변형된 형상의 세라믹분말을 사용할 수 있다. 상기와 같은 다양한 단면형상을 가지는 본 발명에 따른 이형도 조건을 만족시키는 세라믹분말은 입경이 1 ~ 200㎛ 비드형인 세라믹분말을 볼밀 등을 통한 기계적 방법으로 제조할 수 있으며, 상기 볼밀은 구체적으로 지르코니아(ZrO2), 철(steel) 또는 텅스텐(W) 등의 볼을 사용할 수 있고, 볼밀의 구체적 방법, 시간 조건 등은 목적하는 이형도에 따라 달리 설계될 수 있어 본 발명에서는 특별히 한정하지 않으나 바람직하게는 1분 ~ 10시간 동안 수행될 수 있다.
The modified cross sections of the ceramic powders shown in Figs. 2 to 13 are all examples that can be applied to the present invention, and ceramic powders having a shape appropriately modified in a range satisfying the above-described dissimilarity condition can be used. The ceramic powder having various cross-sectional shapes according to the present invention may be manufactured by a mechanical method such as a ball mill using a bead-shaped ceramic powder having a particle size of 1 to 200 mu m. The ball mill may be made of zirconia ZrO 2 , steel, or tungsten may be used. The specific method of the ball mill, the time conditions, and the like may be designed differently depending on the desired mold releasability. Thus, the present invention is not particularly limited thereto, For 1 minute to 10 hours.

한편, 본 발명의 바람직한 일구현예 따르면, 기공직경 제어가 용이하고, 기공직경의 균일성을 확보하며, 목적하는 기공분포를 구현시키면서 기공붕괴를 최소화하기 위하여 이형도가 상이한 2종의 세라믹분말을 혼합할 수 있고, 바람직하게는 이형도가 1.5 ~ 2.0인 제1 세라믹분말과 이형도가 3.0 ~ 4.2인 제2 세라믹분말을 1 : 1.6 ~ 3.0의 중량비가 되도록 혼합한 세라믹분말을 사용할 수 있다. 상기와 같이 서로 다른 이형도 값을 가지는 세라믹분말을 혼용할 경우 입자간의 접합면적이 더욱 늘어날 수 있어 기계적 강도 등의 물성향상에 현저히 우수할 수 있다. 만일 상기 이형도 범위를 만족하는 제1 세라믹분말 및 제2 세라믹분말 및 각 입자별 중량비 조건을 만족하지 못하는 경우 균일한 기공직경을 구현시킬 수 없고, 기공붕괴가 빈번하여 다공질보호층이 물리적 충격에 의해 쉽게 손상을 입을 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, two kinds of ceramic powders having different dissimilarity degrees are mixed and mixed in order to control the pore diameter easily, ensure uniformity of the pore diameter, minimize the pore collapse while realizing the desired pore distribution Preferably, a ceramic powder obtained by mixing a first ceramic powder having a degree of modification of 1.5 to 2.0 and a second ceramic powder having a degree of deformation of 3.0 to 4.2 in a weight ratio of 1: 1.6 to 3.0 may be used. When the ceramic powders having different dissimilarity values are mixed as described above, the bonding area between the particles can be further increased and the physical properties such as mechanical strength can be remarkably improved. If the first ceramic powder and the second ceramic powder satisfying the above-mentioned releasability degree range and the weight ratio condition of each particle are not satisfied, uniform pore diameters can not be realized and pore collapse frequently occurs, It can easily be damaged.

다음으로 본 발명에 따른 (1) 단계의 다공질보호층 형성 조성물에 포함되는 기공형성제에 대해 설명한다.Next, the pore forming agent contained in the composition for forming a porous protective layer of step (1) according to the present invention will be described.

상기 기공형성제는 통상적인 가스센서용 다공질보호층의 제조에 사용되는 기공형성제를 사용할 수 있으며, 기공형성이 용이하고, 물리적 및/또는 화학적 용해에 의해 쉽게 제거될 수 있고, 세라믹분말에 영향을 미치지 않는 기공형성제의 경우 제한 없이 사용할 수 있다. 다만, 바람직하게는 라디칼 중합성 단량체, 다관능성 가교 단량체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 단량체의 중합체;, 라디칼 중합성 단량체, 다관능성 가교 단량체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 단량체의 마이크로에멀젼 폴리머 비드;, 이산화규소(SiO2), 이산화티타늄(TiO-2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 산화물;, 카본, 탄수화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 탄소물; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
The pore-forming agent may be a pore-forming agent used for producing a porous protective layer for a gas sensor, which is easy to form pores, can be easily removed by physical and / or chemical dissolution, Can be used without limitation in the case of a pore-forming agent which does not give a sufficient effect. However, it is preferably selected from the group consisting of a polymer of a monomer selected from the group consisting of a radically polymerizable monomer, a polyfunctional crosslinking monomer, and a combination thereof, a radically polymerizable monomer, a polyfunctional crosslinking monomer, and combinations thereof microemulsion polymer beads of the monomer; silicon dioxide (SiO 2), titanium dioxide (TiO- 2) and an oxide selected from the group consisting of;, carbon water is selected from carbon, carbohydrates and combinations thereof ; And a mixture thereof.

상기 라디칼 중합성 단량체의 구체적인 예로는, 스티렌, p-메틸스티렌, m-메틸스티렌, p-에틸스티렌, m-에틸스티렌, p-클로로스티렌, m-클로로스티렌, p-클로로메틸스티렌, m-클로로메틸스티렌, 스티렌설포닉에시드, p-t-부톡시스티렌, m-t-부톡시스티렌, 플로로스티렌, 알파메틸스티렌, 비닐톨루엔, 클로로스티렌의 방향족 비닐계 단량체; 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 옥틸(메타)아크릴레이트, 스테아릴(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 글리시딜(메타)아크릴레이트, 플루오르에틸아크릴레이트, 트리플루오르에틸메타크릴레이트, 펜타플루오르프로필메타크릴레이트, 플로로에틸메타크릴레이트, 헥사플루오르Specific examples of the radically polymerizable monomers include styrene, p-methylstyrene, m-methylstyrene, p-ethylstyrene, m-ethylstyrene, p-chlorostyrene, m-chlorostyrene, Aromatic vinyl monomers such as chloromethylstyrene, styrenesulfonic acid, pt-butoxystyrene, mt-butoxystyrene, fluorostyrene, alphamethylstyrene, vinyltoluene and chlorostyrene; Acrylates such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, stearyl Fluoroethyl acrylate, trifluoroethyl methacrylate, pentafluoropropyl methacrylate, fluoroethyl methacrylate, hexafluoroethane,

부틸(메타)아크릴레이트, 헥사플루오르이소프로필메타크릴레이트, 퍼플루오르알킬아크릴레이트, 옥타플루오르페닐메타크릴레이트 등의 (메타)아크릴레이트계 단량체; 및 비닐아세테이트, 비닐프로피오네이트, 비닐부틸레이트, 비닐에테르, 알릴부틸에테르, 알릴글리시딜에테르, (메타)아크릴산, 말레산과 같은 불포화 카르복시산; 알킬(메타)아크릴아미드; (메타)아크릴로니트릴의 시안화 비닐계 단량체; 또는 이들의 혼합물을 들 수 있으며, 상기 라디칼중합성 단량체의 중합체의 대표적인 예로는 폴리스티렌 및 폴리메틸(메타)아크릴레이트를 들 수 있다.(Meth) acrylate monomers such as butyl (meth) acrylate, hexafluoroisopropyl methacrylate, perfluoroalkyl acrylate and octafluorophenyl methacrylate; And unsaturated carboxylic acids such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl ether, allyl butyl ether, allyl glycidyl ether, (meth) acrylic acid, maleic acid; Alkyl (meth) acrylamides; A vinyl cyanide monomer of (meth) acrylonitrile; Or a mixture thereof. Representative examples of the polymer of the radical polymerizable monomers include polystyrene and polymethyl (meth) acrylate.

다관능성 가교 단량체로는 디비닐벤젠, 1,4-디비닐옥시부탄, 디비닐술폰, 디알릴프탈레이트, 디알릴아크릴아미드, 트리알릴(이소)시아누레이트, 트리알릴트리멜리테이트 등의 알릴 화합물, 헥산디올디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리메틸렌프로판트리메타크릴레이트, 1,3-부탄디올메타크릴레이트, 1,6-헥산디올디메타크릴레이트, 펜타에릴트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 펜타에릴트리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에릴트리톨디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판, 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에릴트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 디펜타에릴트리톨펜타(메타)아크릴레이트, 글리세롤트리(메타)아크릴레이트, 알릴(메타)아크릴레이트 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다Examples of the multifunctional crosslinking monomer include allyl compounds such as divinylbenzene, 1,4-divinyloxybutane, divinyl sulfone, diallyl phthalate, diallyl acrylamide, triallyl (iso) cyanurate and triallyl trimellitate , Hexanediol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol methacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, trimethylene propane trimethacrylate, 1,3-butanediol methacrylate, 1,6- Tri (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, trimethylol propane, tri (meth) Acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, glycerol tri (meth) acrylate, allyl (meth) It may include water

상기 탄소물의 구체적인 예로써, 흑연, 글루코오스, 갈락토오스 등의 단당류, 수크로오스 등의 이당류 또는 전분, 녹말 등의 다당류일 수 있고, 그 성상은 분말의 입자일 수 있다.
Specific examples of the carbon material may be monosaccharides such as graphite, glucose, and galactose, disaccharides such as sucrose or polysaccharides such as starch and starch, and the properties may be particles of powder.

상기 기공형성제는 입자형상인 것이 바람직하고, 입자형상일 때 입경은 100nm 내지 50㎛의 평균 입경을 갖는 것으로서, 다공질보호층의 단면에서 높이별 기공의 직경 구배를 형성시키기 위해 평균 입경이 적어도 2종 이상인 것이 바람직하고, 2 내지 4종인 것이 보다 바람직하다. 2종의 평균입경을 가지는 기공형성제를 사용할 경우 평균 입경이 큰 기공형성제는 큰 직경의 기공을 형성시키고, 작은 평균입경의 기공형성제는 작은 직경의 기공을 형성시켜 다공질보호층의 높이별 직경구배를 유도할 수 있다. The pore-forming agent is preferably in the form of a particle. The particle size of the pore-forming agent is in the range of from 100 nm to 50 μm. The average particle diameter of the pore-forming agent is preferably at least 2 Or more, and more preferably 2 to 4 kinds. When a pore-forming agent having two kinds of average particle sizes is used, a pore-forming agent having a large average particle size forms pores having a large diameter, and a pore-forming agent having a small average particle size forms pores having a small diameter, A diameter gradient can be induced.

상술한 다공질보호층 형성 조성물은 세라믹분말 100 부피부 대해 기공형성제를 20 ~ 60부피부로 포함할 수 있다. 만일 기공형성제가 20 부피부 미만으로 포함될 경우 목적하는 기공도를 구현하기 어려울 수 있으며, 60 부피부를 초과할 경우 제조된 다공질보호층의 기공이 붕괴되거나 기계적 물성이 현저히 저하될 수 있는 문제점이 있다.
The above-mentioned composition for forming a porous protective layer may contain 20 to 60 parts of pore-forming agent per 100 parts of ceramic powder. If the pore-forming agent is contained at less than 20 parts skin, it may be difficult to realize the desired porosity. If the pore-forming agent exceeds 60 parts skin, the pores of the porous protective layer may be collapsed or the mechanical properties may be significantly deteriorated .

다음으로, 상술한 다공질보호층 형성 조성물을 가스센서상에 투입하는 방법에 대해 설명한다.Next, a method of putting the porous protective layer-forming composition on the gas sensor will be described.

먼저, 상기 센싱전극이란 통상적으로 가스를 검출하는 가스센서에서 특정한 피검가스를 검출하기 위한 전극을 의미한다. 상기 센싱전극은 검출하는 가스의 종류(예를 들어 산소검출용 센서, 질소검출용 센서 등), 가스 검출방식(예를 들어 전기화학적 방식(용액 도전 방식, 정전위 전해방식, 격막전극법), 전기적 방법(수소 이온화법, 열전도법, 접촉연소법, 반도체법))에 의해 분류되는 가스센서의 종류에 관계없이 통상적인 가스센서에 포함되는 센싱전극의 경우 모두 해당될 수 있다. 상기 센싱전극은 전기전도성을 가지는 다양한 전극 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 백금, 지르코니아 및/또는 백금/지르코니아 혼합물이 소재로 사용될 수 있다.First, the sensing electrode generally refers to an electrode for detecting a specific gas to be detected by a gas sensor that detects a gas. The sensing electrode may be a gas sensing type (for example, a sensor for oxygen detection, a sensor for nitrogen detection, etc.), a gas detection system (for example, an electrochemical system (solution electroconductive system, electrostatic electrolytic system, Irrespective of the kind of gas sensor classified by the method (hydrogen ionization method, thermal conduction method, contact combustion method, semiconductor method)). As the sensing electrode, various electrode materials having electrical conductivity may be used, and preferably platinum, zirconia, and / or a platinum / zirconia mixture may be used.

또한, 상기 센싱 전극상이란 센싱 전극의 적어도 일면에 직접 대면하도록 투입되는 것 및 센싱 전극의 적어도 일면에 다른 층을 포함하고, 상기 다른 층에 조성물이 대면하도록 투입하는 것을 모두 포함한다.
The sensing electrode may include at least one of the sensing electrodes directly facing at least one surface of the sensing electrode, and at least one surface of the sensing electrode may include another layer to face the composition.

상기 다공질 전극보호층 형성 조성물을 센싱 전극상에 투입하는 방법에는 특별한 제한이 없으며, 특정 두께로 도포하거나 당업계에 공지된 인쇄방법을 통해 프린팅할 수 있다. 또한, 도포되거나 프린팅 되는 조성물의 양은 목적하는 다공질 전극 보호층의 두께에 따라 변경될 수 있어 특별히 한정하지 않는다.
There is no particular limitation on the method of putting the porous electrode protective layer forming composition on the sensing electrode, and the porous electrode protective layer forming composition may be applied in a specific thickness or may be printed by a printing method known in the art. In addition, the amount of the composition to be applied or printed may be changed depending on the thickness of the desired porous electrode protection layer, and is not particularly limited.

이에 구체적인 예로써, 상기 다공질보호층 형성 조성물에 대해 상온진공분말 분사법을 사용할 경우 당업계에 공지된 방법을 사용할 수 있고, 이에 대한 비제한적인 방법으로 먼저, 다공질보호층 형성조성물을 분말통에 투입하고 증착실에 외부 센싱전극 또는 외부 센싱전극이 부착된 가스센서를 장착한 후 상기 분말통 내부에 위치한 캐리어 가스통으로부터 캐리어 가스를 공급하는 과정을 수행할 수 있다. 상기 캐리어 가스는 공기, 산소, 질소, 헬륨, 아르곤 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 캐리어 가스의 유량은 1L/min 이상의 범위에서 조절하여 분말통 내부의 조성물 분말이 캐리어 가스에 유입시켜 비산되게 할 수 있다. 상기 조성물 분말이 유입된 캐리어 가스는 증착실에 유입될 수 있고, 증착실에 캐리어 가스 투입 후 증착실의 진공도를 적절히 조절하여 증착이 원활히 이루어지도록 함이 바람직하며, 구체적으로 1 ~ 1.5Torr의 진공도를 유지하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
As a specific example thereof, if the vacuum protective layer forming method is applied to the composition for forming a porous protective layer, a method known in the art can be used. As a non-limiting method, the composition for forming a porous protective layer is first applied to a powder container And a gas sensor having an external sensing electrode or an external sensing electrode attached thereto is installed in the deposition chamber, and then a carrier gas is supplied from the carrier gas container located in the powder container. The carrier gas may be air, oxygen, nitrogen, helium, argon, or the like, but is not limited thereto. The flow rate of the carrier gas may be controlled within a range of 1 L / min or more so that the powder of the composition in the powder can flow into the carrier gas to be scattered. The carrier gas into which the composition powder flows may be introduced into the deposition chamber. After the introduction of the carrier gas into the deposition chamber, the degree of vacuum of the deposition chamber is suitably adjusted to facilitate the deposition. More specifically, May be more preferable.

또한 구체적인 다른 예로써, 상기 다공질보호층 형성 조성물을 액상으로 하여 가스센서상에 도포할 경우 다공질보호층 형성 조성물은 바인더 성분 및 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 바인더 성분은 세라믹분말 간의 접착력 및 가스센서 표면, 바람직하게는 외부 센싱 전극과 후술하는 (2) 단계를 통해 제조되는 다공질보호층과의 접착력을 보다 향상시키게 하는 기능을 담당한다. 상기 바인더 성분은 당업계에 통상적으로 사용되는 바인더 성분을 사용할 수 있고, 바람직하게는 폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral)과 같은 폴리비닐계, 에틸셀룰로오스, 폴리에스테르, 에폭시, 테르피네올(terpineol) 및 폴리비닐리덴플루오라이드와 같은 불소계화합물 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.As another specific example, when the composition for forming a porous protective layer is applied as a liquid to a gas sensor, the composition for forming a porous protective layer may further include a binder component and a solvent. The binder component serves to further improve the adhesion between the ceramic powders and the adhesion of the gas sensor surface, preferably the external sensing electrode, to the porous protective layer produced through step (2) described later. The binder component may be a binder component commonly used in the art, preferably a polyvinyl butyral such as a polyvinyl butyral, an ethyl cellulose, a polyester, an epoxy, a terpineol, And fluorine-based compounds such as polyvinylidene fluoride.

상기 용매는 다공질보호층 형성 조성물의 분산 및 바인더성분의 용해를 원활히 시킬 수 있는 경우 제한 없이 사용할 수 있고, 이에 대한 비제한적인 예로써, 물, 에탄올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올 및 부틸알콜올 중에서 선택된 1종 이상이 포함될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The solvent may be used without limitation as long as it can facilitate the dispersion of the porous protective layer-forming composition and the dissolution of the binder component. Non-limiting examples of the solvent include water, ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, But not limited thereto.

상기 바인더 성분은 세라믹분말 100 중량부에 대해 8 ~ 26 중량부 포함할 수 있고, 용매는 20 ~ 50 중량부로 포함할 수 있다. 바인더 성분이 8 중량부 미만으로 포함되는 경우 가스센서와 제조되는 다공질보호층간의 접착력 약화되어 가스센서에서 다공질보호층이 분리되거나 세라믹분말간의 결합력이 약화되어 다공질보호층의 기공붕괴, 크랙 등이 더 쉽게 발생할 수 있는 문제점 있을 수 있고, 만일 26 중량부를 초과하여 포함할 경우 다공질보호층의 기공을 바인더성분이 막아 목적하는 기공도, 기공직경의 구현이 어려울 수 있다. 상기 용매의 경우 다공질보호층 형성 조성물이 목적한 두께로 도포될 수 있을 정도의 점도를 유지할 수 있는 경우 용매의 함량은 달리 변경하여 사용할 수 있다.
The binder component may include 8 to 26 parts by weight based on 100 parts by weight of the ceramic powder, and the solvent may include 20 to 50 parts by weight. When the binder component is contained in an amount of less than 8 parts by weight, the adhesion between the gas sensor and the prepared porous protective layer is weakened, so that the porous protective layer is separated from the gas sensor or the bonding force between the ceramic powders is weakened. And if it is contained in an amount exceeding 26 parts by weight, the pore of the porous protective layer may be blocked by the binder component, so that it may be difficult to realize the desired porosity and pore diameter. In the case of the above-mentioned solvent, if the viscosity of the composition for forming the porous protective layer can be maintained to a desired thickness, the content of the solvent may be changed and used.

상술한 (1) 단계 수행 후, 본 발명에 따른 (2) 단계로써 가스센서상에 투입된 다공질보호층 형성 조성물을 소결시키는 단계를 수행할 수 있다.After the above step (1), the step (2) according to the present invention may be carried out by sintering the porous protective layer-forming composition put on the gas sensor.

상기 (2) 단계에서 소결은 공기분위기하 및/또는 질소분위기하에서 바람직하게는 800 ~ 1700 ℃, 보다 바람직하게는 1000 ~ 1600℃, 보다 더 바람직하게 1300 ~ 1550℃에서 진행될 수 있다. 만일 800℃ 미만으로 수행하는 경우 기공형성제의 열에 의한 제거가 원활하지 못하여 목적하는 기공도, 기공직경을 가지는 다공질보호층의 구현이 어려울 수 있으며, 1700℃를 초과하는 경우 가스센서가 열에 의해 손상 받을 수 있는 문제점이 있을 수 있다. 상기 소결은 20분 ~ 5시간 동안 수행될 수 있으나, 소결시간은 이에 제한되는 것은 아니다.
In the step (2), the sintering may be performed at a temperature of 800 to 1700 ° C, more preferably 1000 to 1600 ° C, and even more preferably 1300 to 1550 ° C under an atmosphere of air and / or nitrogen. If the temperature is lower than 800 ° C., it is difficult to remove the pore-forming agent by heat. Therefore, it may be difficult to realize a porous protective layer having a desired porosity and pore diameter. When the temperature exceeds 1700 ° C., There may be a problem that can be received. The sintering may be performed for 20 minutes to 5 hours, but the sintering time is not limited thereto.

한편, 특정 종류의 기공형성제를 사용한 경우 상술한 (2) 단계 수행 후에 열에 의한 소결로 제거되지 않을 수 있다. 이 경우 화학적으로 용해시켜 제거할 수 있으며, 이때 강산 또는 강염기의 용액을 사용할 수 있고, 상기 강산의 대표적인 예로써 불산을 사용할 수 있고, 강염기의 대표적인 예로써 수산화나트륨 및 수산화칼륨을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
On the other hand, if a specific kind of pore-former is used, it may not be removed by thermal sintering after the step (2). In this case, it may be chemically dissolved and removed. In this case, a solution of strong acid or strong base may be used. As a representative example of the strong acid, hydrofluoric acid may be used. As a representative example of strong base, sodium hydroxide and potassium hydroxide may be used. It is not.

또한, 기공형성제의 보다 원활한 제거를 통해 목적하는 기공구현을 위하여 상술한 (1) 단계 및 (2) 단계 사이에 기공형성제를 소실시키는 단계를 수행할 수 있다. 상기 기공형성제의 소실은 바람직하게는 200 ~ 600℃, 보다 바람직하게는 300 ~ 500℃에서 20 분 ~ 5시간 동안 수행될 수 있다.
In addition, it is possible to carry out the step of eliminating the pore-forming agent between the steps (1) and (2) for the purpose of achieving the desired pore through more smooth removal of the pore-forming agent. The pore former may be desorbed preferably at 200 to 600 ° C, more preferably at 300 to 500 ° C for 20 minutes to 5 hours.

한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상술한 (2) 단계 이후에 제조된 다공질보호층의 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면의 기공직경 차이의 구배를 형성시키기 위하여 가스센서, 바람직하게는 가스센서의 외부 센싱전극에 대면하는 다공질보호층의 일면에 대향하는 타면부에 포함된 기공의 표면에 기공조절제를 코팅시킬 수 있다. 상기 타면부는 타면의 표면에 포함된 기공을 비롯하여 다공질보호층의 두께 기준 타면에서 내부쪽으로 20% 이내를 포함하는 부분을 의미한다.Meanwhile, according to a preferred embodiment of the present invention, in order to form a gradient of the difference in pore diameters between one surface of the porous protective layer and the other surface opposite to the one surface after the step (2) The porosity adjusting agent may be coated on the surface of the pores included in the other surface portion facing the one surface of the porous protective layer facing the external sensing electrode of the gas sensor. The other surface portion refers to a portion including 20% or less from the other surface in relation to the thickness of the porous protective layer, including the pores included in the surface of the other surface.

구체적으로 상기 기공조절제의 코팅은 기공조절제, 바인더 및 용매를 포함하는 혼합용액을 제조된 다공질보호층 일면에 도포하거나 상기 혼합용액에 다공질보호층을 침지시킨 후 가압을 통해 기공조절제를 다공질보호층의 기공으로 침투 및 열처리를 통해 수행될 수 있다. 더 구체적으로 상기 혼합용액을 다공질보호층의 일부에 도포 또는 혼합용액에 다공질보호층을 침지시킨 후 1.5 ~ 5 atm의 압력을 1분 ~ 2시간 가한 후 800 ~ 1700℃의 온도로 열처리할 수 있다. 만일 열처리 온도가 800℃ 미만이면 다공질보호층의 기공에 기공조절제의 충분한 코팅이 일어나지 않을 수 있고, 1700℃를 초과하면 가스센서가 고온에 의해 오작동을 일으킬 수 있다.Specifically, the coating of the pore-controlling agent may be performed by applying a mixed solution containing a pore-controlling agent, a binder and a solvent on one surface of the prepared porous protective layer or by immersing the porous protective layer in the mixed solution, Can be performed through penetration into the pores and heat treatment. More specifically, the mixed solution may be applied to a part of the porous protective layer, or the porous protective layer may be immersed in the mixed solution, followed by applying a pressure of 1.5 to 5 atm for 1 minute to 2 hours, followed by heat treatment at a temperature of 800 to 1700 ° C . If the heat treatment temperature is less than 800 ° C, sufficient coating of the porosity regulator may not occur in the pores of the porous protective layer, and if it exceeds 1700 ° C, the gas sensor may malfunction due to high temperature.

상기 기공조절제, 바인더 및 용매의 혼합용액은 다공질보호층의 기공에 침투할 수 있을 정도의 점도를 유지할 수 있는 경우 그 혼합비율에 제한은 없으며, 혼합용액 내에 기공조절제의 함량은 선택되는 기공조절제의 입경, 목적하는 다공질보호층 타면부의 기공직경을 고려하여 변경 조절될 수 있다.
When the viscosity of the mixed solution of the pore-controlling agent, the binder and the solvent can be maintained to the extent that they can penetrate into the pores of the porous protective layer, the mixing ratio thereof is not limited, and the content of the pore- The particle diameter, and the pore diameter of the other surface of the desired porous protective layer.

상기 기공조절제는 알루미나, 스피넬, 이산화티타늄, 지르코니아, 산화이트륨, 산화리튬, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화세륨 및 뮬라이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 세라믹분말을 포함할 수 있으며, 보다 향상된 기계적 물성의 구현을 위해 다공질보호층과 동종의 입자를 선택하여 사용함이 바람직할 수 있다. The porosity regulator may include at least one ceramic powder selected from the group consisting of alumina, spinel, titanium dioxide, zirconia, yttrium oxide, lithium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, cerium oxide and mullite. It may be desirable to select and use the same kind of particles as the porous protective layer for implementation.

또한, 상기 기공조절제는 입경이 상술한 다공질보호층의 타면부에 형성된 기공직경 보다 작은 것이 바람직하며, 다공질보호층에 구현된 기공직경을 고려하여 기공조절제의 직경을 선택할 수 있어 기공조절제의 직경을 특별히 한정하지 않으나 바람직하게는 다공질보호층 타면부에 포함되는 기공직경의 35% 이하, 보다 바람직하게는 25% 이하, 보다 더 바람직하게는 10% 이하의 입경을 갖는 기공조절제를 사용함이 바람직하다.In addition, it is preferable that the pore regulator has a particle size smaller than the pore diameter formed at the other surface of the porous protective layer, and the diameter of the pore regulator can be selected in consideration of the pore diameter realized in the porous protective layer, Although not particularly limited, it is preferable to use a porosity regulator having a particle diameter of 35% or less, more preferably 25% or less, and even more preferably 10% or less of the pore diameter included in the other side of the porous protective layer.

상기 바인더는 선택된 기공조절제를 기공표면에 용이하게 결착 시키는 바인더라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 에폭시 수지, 에틸렌비닐아세테이트, 셀룰로오스아세테이트 등을 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다.The binder can be used without limitation as long as it is a binder that easily binds the selected pore-controlling agent to the pore surface. As a non-limiting example, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, Vinyl acetate, cellulose acetate, etc. may be used alone or in combination of two or more.

상기 용매는 기공조절제의 분산 및 바인더의 용해에 적절한 용매의 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 에탄올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올 및 부틸알콜올 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
The solvent may be any solvent which is suitable for the dispersion of the pore-controlling agent and the dissolution of the binder. For example, ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol and butyl alcohol may be used. Can be used.

한편, 본 발명은 가스센서에 포함되는 가스센서용 다공질보호층에 있어서,On the other hand, in the porous protective layer for a gas sensor included in a gas sensor,

상기 가스센서용 다공질보호층은 하기의 관계식 1로 표시되는 이형도가 1.5 이상인 세라믹분말을 포함하여 상기 세라믹분말 각 입자의 적어도 일부 영역이 서로 융착하여 형성된 가스센서용 다공질보호층을 포함한다.The porous protective layer for a gas sensor includes a porous protective layer for a gas sensor, which includes ceramic powder having a degree of variance of 1.5 or more, expressed by the following relational formula 1, and at least some regions of the respective ceramic powder particles are fused together.

[관계식 1][Relation 1]

Figure 112014101870163-pat00004

Figure 112014101870163-pat00004

구체적으로 도 15는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 가스센서의 단면도로써, 도 15는 외부 센싱전극(22), 기준전극부(40), 히터부(60) 및 터널전극(70)를 포함하는 가스센서(100)에서 외부 센싱전극(22)의 노출된 외표면 전부를 덮고, 가스센서의 외표면에 대면하는 제1 표면(P) 및 상기 제1 표면(P)에 대향하는 제2 표면(Q)을 포함하는 다공질보호층(200)를 나타낸다.
15 is a cross-sectional view of a gas sensor according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 15 includes an external sensing electrode 22, a reference electrode portion 40, a heater portion 60, and a tunnel electrode 70 (P) facing the outer surface of the gas sensor and a second surface (P) facing the first surface (P), covering the entire exposed outer surface of the outer sensing electrode (22) (Q). ≪ / RTI >

먼저, 본 발명에 따른 가스센서용 다공질보호층(200)는 상기 관계식 1로 표시되는 이형도가 1.5 이상인 세라믹분말을 포함하여, 상기 세라믹분말 각 입자의 적어도 일부영역이 서로 용착하여 형성된다.
First, a porous protective layer 200 for a gas sensor according to the present invention includes a ceramic powder having a degree of variance of 1.5 or more as represented by the above-mentioned relational expression 1, and at least some regions of the ceramic powder particles are formed by welding to each other.

구체적으로 도 16은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 다공질 보호층의 단면모식도로써, 이형도가 1.5 이상인 세라믹분말을 포함하여 상기 세라믹분말 입자의 적어도 일부영역이 용융되어 서로 접합된 것을 나타낸다. 상기 입자의 적어도 일부영역은 입자의 형상, 입자의 크기, 주변 입자들 간의 위치관계에 의해 달라질 수 있으나 예를 들어 도 10과 같이 입자 단면의 형상이 육각형이 경우 입자 외표면 중 면과 면이 만나는 경계영역 또는 입자의 표면부분일 수 있고, 온도 등 소결 조건에 따라 상기 일부영역의 부피는 달라질 수 있다.
16 is a cross-sectional schematic diagram of a porous protective layer according to a preferred embodiment of the present invention, wherein at least a part of the ceramic powder particles including the ceramic powder having a deviation degree of 1.5 or more are melted and bonded to each other. At least some regions of the particles may vary depending on the shape of the particles, the size of the particles, and the positional relationship between the surrounding particles. For example, when the shape of the particle cross-section is hexagonal as shown in FIG. 10, The boundary region or the surface portion of the particle, and the volume of the partial region may be varied depending on sintering conditions such as temperature.

상기 다공질보호층(200)은 본 발명에 따른 이형도 조건을 만족시키는 세라믹분말을 포함하고, 이러한 세라믹분말 각 입자의 일부영역이 용융되어 서로 접합되어 형성됨으로써, 목적하는 기공크기 및 기공분포를 보다 용이하게 구현시킬 수 있으며, 세라믹분말 입자들의 접합점 또는 접합면이 증가하여 제조된 다공질보호층이 강한 물리적 충격에도 기공의 붕괴, 크랙이 되지 않고, 가스센서와 대면하는 다공질보호층의 표면 거칠기의 증가를 통해 다공질보호층의 접착력을 보다 향상시켜 다공질보호층의 분리를 방지할 수 있다. The porous protective layer 200 includes a ceramic powder that satisfies the conditions of the present invention, and a part of the ceramic powder particles are melted and bonded to each other. Thus, the desired pore size and pore distribution can be easily And the porous protective layer produced by increasing the bonding point or the bonding surface of the ceramic powder particles does not collapse or crack in the pores even in strong physical impact and increases the surface roughness of the porous protective layer facing the gas sensor The adhesion of the porous protective layer can be further improved and separation of the porous protective layer can be prevented.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 보다 상승된 우수한 물성을 구현시키기 위해 상기 세라믹분말의 이형도는 1.8 ~ 4.2일 수 있다. 또한, 보다 상승된 우수한 물성을 발현하는 다공질보호층을 구현시키기 위해 본 발명에 따른 이형도 조건을 만족하는 세라믹입자가 적어도 50% 포함된 다공질보호층일 수 있다. 세라믹분말 중 본 발명에 따른 이형도 조건을 만족하는 입자의 함량에 대한 임계적 의의 등은 상술한 제조방법에서 설명과 동일하여 생략한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the degree of deformation of the ceramic powder may be 1.8 to 4.2 in order to realize higher physical properties. Further, in order to realize a porous protective layer that exhibits superior physical properties, it may be a porous protective layer containing at least 50% of ceramic particles satisfying the heterogeneity condition according to the present invention. Critical significance of the content of particles satisfying the heterogeneity condition according to the present invention among the ceramic powders is the same as that described in the above-mentioned manufacturing method and is omitted.

상기 세라믹분말은 통상의 가스센서용 다공질보호층의 모재가 되는 재질로 된 입자일 수 있으며, 가스센서를 외부의 물리적/화학적 인자로부터 보호할 수 있고, 기공형성이 용이한 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. The ceramic powder may be a particle made of a material serving as a base material of a porous protective layer for a gas sensor and can be used without limitation as long as it can protect the gas sensor from external physical / .

상기 세라믹분말의 구체적인 형상은 상기 관계식 1의 이형도 조건을 만족한다면 그 구체적 형상에 있어서 제한은 없으나 바람직하게는 타원형, 아령형, 다각형, 별형, 뿔형, 오뚜기형, 십자형, 별형, 알파벳형, 그루브형 및 아령형 중 어느 하나 이상일 수 있다.
The specific shape of the ceramic powder is not particularly limited as long as the specific shape of the ceramic powder satisfies the relativity formula 1, but it is preferably an ellipse, a dumbbell, a polygon, a star, a horn, a grasshopper, a cross, And a dumbbell shape.

한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 다공질보호층은 이형도가 상이한 2종의 세라믹분말을 포함할 수 있고, 바람직하게는 이형도가 1.5 ~ 2.0인 제1 세라믹분말과 이형도가 3.0 ~ 4.2인 제2 세라믹분말이 1 : 0.8 ~ 2.5의 중량비로 포함될 수 있다. 이를 통해 기공직경이 균일하며, 목적하는 기공분포가 구현될 수 있고, 치밀한 다공질보호층의 구현에 유리하며, 기공붕괴 등 기계적 강도가 현저히 향상된 다공질보호층을 구현할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the porous protective layer may include two types of ceramic powders having different degrees of differentiation, preferably a first ceramic powder having a degree of deformation of 1.5 to 2.0 and a second ceramic powder having a degree of deformation of 3.0 to 4.2 And the second ceramic powder may be contained in a weight ratio of 1: 0.8 to 2.5. Accordingly, a porous protective layer having a uniform pore diameter, achieving a desired pore distribution, being advantageous in realizing a dense porous protective layer, and significantly improving mechanical strength such as pore collapse can be realized.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 기공직경이 균일한 기공이 다공질보호층의 일면(피검가스가 포함된 대기와 접하는 다공질보호층의 제2 표면)에 포함될 수 있음에 따라 다공질보호층의 제2 표면에 포함된 기공의 평균직경은 5.5 ~ 8㎛이며, 상기 평균직경의 ±2㎛의 기공직경을 가지는 기공이 제2 표면에 포함된 전체 기공의 80% 이상일 수 있다. 이를 통해 피독물질, 액체 등에 대한 다공질보호층의 저지능력이 향상되어 가스센서의 성능저하를 방지할 수 있는 등 목적한 물성의 구현에 보다 유리할 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, since pores having a uniform pore diameter can be included in one side of the porous protective layer (the second surface of the porous protective layer in contact with the atmosphere containing the gas to be inspected) 2, the average diameter of the pores included in the surface is 5.5 to 8 占 퐉, and the pores having the pore diameter of the average diameter of 占 2 占 퐉 may be 80% or more of the total pores included in the second surface. Accordingly, the ability of blocking the porous protective layer against poisoning substances, liquids, and the like can be improved, and deterioration of the performance of the gas sensor can be prevented.

한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 다공질보호층의 제2 표면에 포함된 기공의 평균직경 비가 제1 표면에 포함된 기공의 평균직경 비는 1.8: 6일 수 있고, 보다 바람직하게는 1: 2.0 ~ 4일 수 있다. 상기 제1 표면과 제2 표면에 포함된 기공의 평균직경이 이와 같은 직경비를 가질 때, 상기 다공질 보호층은 가스센서로의 액체물질의 침입을 충분히 차단할 수 있고, 제1 표면은 제2 표면의 기공보다 직경이 커서 단열성을 부여함으로 가스센서의 액체물질에 의한 손상을 효과적으로 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 가스센서로 원활하게 측정가스를 공급할 수 있어 보다 정확한 측정가스 농도 측정이 가능할 수 있다.
Meanwhile, according to a preferred embodiment of the present invention, the average diameter ratio of the pores included in the second surface of the porous protective layer may be 1.8: 6, more preferably, Can be 1: 2.0-4. When the average diameter of the pores included in the first surface and the second surface has such a diameter ratio, the porous protective layer can sufficiently block the penetration of the liquid material into the gas sensor, The damage caused by the liquid material of the gas sensor can be effectively suppressed and the measurement gas can be smoothly supplied to the gas sensor. Therefore, the measurement gas concentration can be more accurately measured.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 다공질보호층은 단위 체적당 평균 기공율이 20 ~ 60%, 바람직하게는 30 ~ 50%일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the porous protective layer may have an average porosity per unit volume of 20 to 60%, preferably 30 to 50%.

또한, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 다공질보호층은 평균 기공직경이 5.95㎛ ~ 42㎛, 바람직하게는 16㎛ ~ 32㎛일 수 있다.
Also, according to a preferred embodiment of the present invention, the porous protective layer may have an average pore diameter of 5.95 to 42 탆, preferably 16 to 32 탆.

한편, 본 발명은 본 발명에 따른 가스센서용 다공질보호층;을 포함하는 가스센서용 전극을 포함한다. Meanwhile, the present invention includes an electrode for a gas sensor including a porous protective layer for a gas sensor according to the present invention.

상기 전극은 통상적인 가스센서에 포함되고, 피검가스와 접촉하는 가스센서의 외부 센싱 전극일 수 있으며, 전극의 형상, 두께, 크기, 재질은 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. The electrode is included in a conventional gas sensor and may be an external sensing electrode of a gas sensor in contact with the gas to be inspected. The shape, thickness, size, and material of the electrode are not particularly limited in the present invention.

상기 다공질보호층은 전극의 일면 전체를 덮도록 형성될 수 있고, 이때 두께는 20 ~ 200㎛일 수 있다. 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 가스센서(100)의 적어도 일면에 형성되는 다공질보호층(200)의 두께는 20㎛ ~ 200㎛, 바람직하게는 50㎛ ~ 100㎛일 수 있다. 즉, 가스센서의 크랙(crack)을 유발시킬 수 있는 물 및/또는 기름 등의 액체물질들이 다공질보호층(200)의 기공에 침투해 들어갈 수 있는데, 본 발명의 가스센서의 표면에는 다공질보호층(200)가 20㎛ 이상의 두께로 형성되어 있어 상기 액체물질들이 가스센서에 접촉되기 전에 분산될 수 있다. 달리 말하면, 다공질보호층(200)는 가스센서의 표면에 20㎛ 미만의 두께로 형성된다면 외부 충격 및 액체물질로부터 가스센서를 충분히 보호할 수 없다. 또한, 200㎛ 초과하는 두께로 형성된다면 가스센서의 제조비용 면에서 비효율적일 뿐만 아니라 감응속도가 느려질 수 있고, 보다 정확한 측정가스 농도 측정이 어려워질 수 있다.
The porous protective layer may be formed to cover the entire one surface of the electrode, and the thickness may be 20 to 200 mu m. According to a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the porous protective layer 200 formed on at least one surface of the gas sensor 100 may be 20 탆 to 200 탆, preferably 50 탆 to 100 탆. That is, liquid materials such as water and / or oil that can cause cracks of the gas sensor may penetrate into the pores of the porous protective layer 200. In the surface of the gas sensor of the present invention, (200) is formed to a thickness of 20 mu m or more, so that the liquid materials can be dispersed before being contacted with the gas sensor. In other words, the porous protective layer 200 can not sufficiently protect the gas sensor from external impact and liquid matter if it is formed on the surface of the gas sensor with a thickness of less than 20 mu m. In addition, if it is formed with a thickness exceeding 200 mu m, it is not only inefficient in terms of manufacturing cost of the gas sensor, but also slows down the response speed, and it may become difficult to measure the measurement gas concentration more accurately.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 가스센서용 전극을 포함하는 가스센서를 포함한다. The present invention also includes a gas sensor including an electrode for a gas sensor according to the present invention.

구체적으로 도 17은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 가스센서의 단면도로써, 가스센서(100')에 포함되는 외부 센싱전극(22')이 포함된 일면의 상부를 모두 덮도록 다공질보호층(200')이 형성되어 있다. 상기 가스센서는 통상적으로 가스를 검출하는 센서의 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 구체적 검출방식, 구조에 있어 본 발명은 특별히 한정하지 않는다.
17 is a cross-sectional view of a gas sensor according to a preferred embodiment of the present invention. In FIG. 17, a porous protective layer (not shown) is formed so as to cover the entire upper surface of one surface including the external sensing electrode 22 'included in the gas sensor 100' 200 'are formed. In general, the gas sensor can be used without limitation in the case of a gas detecting sensor, and the present invention is not particularly limited in the specific detection method and structure.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 다공질보호층을 포함하는 가스센서를 포함한다. The present invention also includes a gas sensor comprising a porous protective layer according to the present invention.

상기 가스센서는 통상적으로 가스를 검출하는 센서의 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 가스 검출방식에 있어 특별한 제한은 없으나 바람직하게는 전기화학적 방식(용액 도전 방식, 정전위 전해방식, 격막전극법), 전기적 방법(수소 이온화법, 열전도법, 접촉연소법, 반도체법)에 의한 가스센서일 수 있다. 또한, 검출되는 가스에 제한이 없으며, H2, CO, NOx, SOx, NH3, VOCs 등 C, H, O, N 중 어느 하나 이상으로 이루어진 가스를 검출하기 위한 용도의 가스센서일 수 있다. 이하 적층형 가스센서에 대해 구체적으로 살펴보나, 가스센서의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.The gas sensor can be normally used without limitation in the case of a sensor for detecting a gas, and there is no particular limitation on the gas detection method, but it is preferably an electrochemical method (solution conduction method, electrostatic potential method, diaphragm electrode method) (Hydrogen ionization method, thermal conduction method, contact combustion method, semiconductor method). There is no limitation on the gas to be detected and the number of gas sensors used for detecting a gas composed of any one or more of C, H, O and N such as H 2 , CO, NO x , SO x , NH 3 and VOCs have. Hereinafter, the stacked type gas sensor will be specifically described, but the type of the gas sensor is not limited thereto.

구체적으로 도 18은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 적층형 가스센서의 분해사시도로써, 가스센서(100)는 전극 센싱부(20), 기준 전극부(40) 및 히터부(60)가 상부에서 하부로 차례대로 적층되어 포함될 수 있다.18 is an exploded perspective view of a stacked type gas sensor according to a preferred embodiment of the present invention. The gas sensor 100 includes an electrode sensing unit 20, a reference electrode unit 40, and a heater unit 60, And the lower layer may be stacked in order.

상기 전극 센싱부(20)는 측정가스의 농도 차이에 의한 기전력 차이를 측정할 수 있는 부분으로, 외부센싱전극(22) 및 센서시트(24)를 포함할 수 있다.The electrode sensing unit 20 may include an external sensing electrode 22 and a sensor sheet 24 as a part capable of measuring an electromotive force difference due to a concentration difference of a measurement gas.

상기 외부센싱전극(22)은 상기 가스센서(100)의 최상부에 적층되어 있는데, 특정한 측정가스를 산화 및/또는 환원시킬 수 있다. 외부센싱전극(22)는 전기전도성을 가지는 다양한 전극 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 백금, 지르코니아 및/또는 백금/지르코니아 혼합물이 소재로 사용될 수 있다.The external sensing electrode 22 is stacked on top of the gas sensor 100, and can oxidize and / or reduce a specific measurement gas. The outer sensing electrode 22 may be made of various electrode materials having electrical conductivity, and preferably platinum, zirconia, and / or a platinum / zirconia mixture may be used as the material.

상기 센서시트(24)는 외부센싱전극(22) 하부에 적층되어, 외부센싱전극(22)에서 산화 및/또는 환원된 특정한 측정가스를 이동시킬 수 있다. 센서시트(24)는 고온 이온전도성과 고온내구성을 가지는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 지르코니아가 소재로 사용될 수 있다.
The sensor sheet 24 may be laminated under the external sensing electrode 22 to move a specific measurement gas oxidized and / or reduced in the external sensing electrode 22. The sensor sheet 24 may be made of various materials having high temperature ionic conductivity and high temperature durability, and preferably zirconia can be used as a material.

또한, 상기 기준 전극부(40)는 특정한 측정가스 이온을 포집할 수 부분으로서, 절연층(42, 46), 내부기준전극(44) 및 기준시트(48)를 포함할 수 있고, 바람직하게는 절연층(42), 내부기준전극(44), 절연층(46) 및 기준시트(48)가 상부에서 하부로 차례대로 적층되어 포함할 수 있다. The reference electrode portion 40 may include insulating layers 42 and 46, an internal reference electrode 44, and a reference sheet 48 as portions capable of collecting specific measurement gas ions, The insulating layer 42, the internal reference electrode 44, the insulating layer 46, and the reference sheet 48 may be stacked in order from the top to the bottom.

상기 절연층(42, 46)은 후술할 히터 전극(64)과 전극 센싱부(20)사이를 절연시키는 역할을 한다. 절연층(42. 46)은 절연성을 가지는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 알루미나가 사용될 수 있다.The insulating layers 42 and 46 serve to isolate a heater electrode 64 and an electrode sensing unit 20, which will be described later. The insulating layer 42, 46 may be made of various materials having insulating properties, and alumina may preferably be used.

상기 내부기준전극(44)은 특정한 측정가스 이온을 포집하는 역할을 한다. 내부기준전극(44)은 전기 전도성을 가지는 다양한 전극 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 백금, 지르코니아 및/또는 백금/지르코니아 혼합물이 소재로 사용될 수 있다.The internal reference electrode 44 serves to collect specific measurement gas ions. The internal reference electrode 44 may be made of various electrode materials having electrical conductivity, and preferably platinum, zirconia, and / or a platinum / zirconia mixture may be used as the material.

상기 기준시트(48)은 히터부(60)에서 발생할 열을 이동시킬 수 있다. 기준시트(48)는 열전도성과 고온내구성을 가지는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 지르코니아가 소재로 사용될 수 있다.
The reference sheet 48 can move heat generated in the heater unit 60. The reference sheet 48 may be made of various materials having thermal conductivity and high temperature durability, and preferably zirconia can be used as a material.

또한, 상기 히터부(60)는 전극 센싱부(20)의 외부센싱전극(22)을 이온전도성을 띠는 온도까지 가열시키는 부분으로서, 절연층(62, 66), 히터전극(64), 터널시트(68) 및 터널전극(70)을 포함할 수 있고, 바람직하게는 절연층(62), 히터전극(64), 절연층(66), 터널시트(68) 및 터널전극(70)이 상부에서 하부로 차례대로 적층되어 포함할 수 있다.The heater 60 heats the external sensing electrode 22 of the electrode sensing unit 20 to a temperature at which ion conductivity is imparted to the heater unit 60. The heater unit 60 includes insulating layers 62 and 66, The heater electrode 64, the insulating layer 66, the tunnel sheet 68, and the tunnel electrode 70 may be formed on the upper side To the lower portion in order.

상기 히터부(60) 중 절연층(62, 66)은 상기 기준 전극부(40)의 절연층(42, 46)과 동일하거나 상이할 수 있다.The insulating layers 62 and 66 of the heater unit 60 may be the same as or different from the insulating layers 42 and 46 of the reference electrode unit 40.

상기 히터전극(64)은 열을 발생시켜 외부센싱전극(22)을 이온전도성을 띠는 온도까지 가열시키는 역할을 한다. 상기 히터전극(64)은 전기저항성 전력 공급에 의해 발열성을 가지는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는, 백금, 알루미나, 납, 백금/납 혼합물 및/또는 백금/알루미나 혼합물이 소재로 사용될 수 있다.The heater electrode 64 generates heat to heat the external sensing electrode 22 to a temperature at which ion conductivity is imparted. The heater electrode 64 may be made of a variety of materials having exothermic properties by supplying electric resistive power and preferably platinum, alumina, lead, a platinum / lead mixture and / or a platinum / have.

상기 터널시트(68)은 터널전극(70)과 터널전극(70)을 제외한 나머지 적층형 가스센서(100)을 절연시키는 역할을 한다. 상기 터널시트(68)는 절연성을 가지는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 알루미나가 사용될 수 있다.The tunnel sheet 68 serves to insulate the stacked type gas sensor 100 excluding the tunnel electrode 70 and the tunnel electrode 70. The tunnel sheet 68 may be made of various materials having insulating properties, and preferably alumina can be used.

상기 터널전극(70)은 가스센서(100)와 가스센서(100)에 전력을 공급해 주는 외부 단자와 연결시켜주는 역할을 한다. 상기 터널전극(70)은 전도성을 가지는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 백금, 알루미나 및/또는 백금/알루미나 혼합물이 소재로 사용될 수 있다.
The tunnel electrode 70 connects the gas sensor 100 and an external terminal for supplying power to the gas sensor 100. The tunnel electrode 70 may be made of various materials having conductivity, and preferably platinum, alumina, and / or a platinum / alumina mixture may be used.

본 발명에 따른 다공질보호층을 포함하는 가스센서는 상기 가스센서(100)의 적어도 일면, 바람직하게는 외부 센싱 전극을 포함하는 일면을 상술한 본 발명에 따른 다공질보호층이 덮는데, 구체적으로 도 15과 같이 다공질보호층(200)가 가스센서(100)의 상/하/좌/우 사면을 모두 덮을 수 있고, 도 17과 같이 다공질보호층(200')이 외부센싱전극(22')을 포함하는 가스센서(100') 일면의 상부만 덮도록 구현될 수도 있으며, 목적에 따라 외부센싱전극을 포함하는 일면 이외의 가스센서의 외표면을 덮는 부위는 달리 선택될 수 있다.The gas sensor including the porous protective layer according to the present invention covers at least one surface of the gas sensor 100, preferably one surface including the external sensing electrode, according to the above-described porous protective layer according to the present invention. The porous protective layer 200 covers the upper, lower, left, and right slopes of the gas sensor 100 and the porous protective layer 200 'covers the external sensing electrode 22' May be formed so as to cover only the upper portion of one surface of the gas sensor 100 'and the portion covering the outer surface of the gas sensor other than the one surface including the external sensing electrode may be selected differently depending on the purpose.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 가스센서(100)의 적어도 일면에 형성되는 다공질보호층(200)의 두께는 20㎛ ~ 200㎛, 바람직하게는 50㎛ ~ 100㎛일 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the porous protective layer 200 formed on at least one surface of the gas sensor 100 may be 20 탆 to 200 탆, preferably 50 탆 to 100 탆.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
The present invention will now be described more specifically with reference to the following examples. However, the following examples should not be construed as limiting the scope of the present invention, and should be construed to facilitate understanding of the present invention.

<실시예 1> &Lt; Example 1 >

입경이 30㎛인 지르코니아 분말을 30분간 볼밀공정 수행하여 제조된 이형도가 1.8이며, 형상이 도 10과 같은 6각형의 단면을 갖는 지르코니아 분말 70g, 바인더 성분으로 폴리비닐부티랄 12g, 용매인 부틸알코올 25g, 기공형성제로 직경이 5㎛인 그라파이트30g을 포함한 페이스트를 도 18과 같은 구조의 백금의 외부 센싱전극을 포함하는 적층형 산소 가스센서의 4면에 소결 후의 평균두께가 70㎛가 되도록 도포한 후, 800℃까지 승온하여 800℃에서 1시간 동안 산화공정을 거쳐 기공형성제를 소실시킨 후 다시 1450℃까지 승온 후 3시간 동안 유지하여 하기 표 1과 같은 다공질 보호층을 포함하는 가스센서를 제조하였다.
10 g of zirconia powder having a hexagonal cross section as shown in Fig. 10, 12 g of polyvinyl butyral as a binder component, 12 g of butyl alcohol as a solvent And 30 g of graphite having a diameter of 5 탆 as a pore forming agent were coated on four sides of a stacked type oxygen gas sensor including a platinum outer sensing electrode having the structure shown in Fig. 18 so that the average thickness after sintering became 70 탆 , The temperature was raised to 800 ° C., and the pore-forming agent was removed by oxidation at 800 ° C. for 1 hour. Thereafter, the temperature was raised to 1450 ° C. and maintained for 3 hours to prepare a gas sensor including the porous protective layer as shown in Table 1 .

<실시예 2 ~ 9> &Lt; Examples 2 to 9 &

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 세라믹분말의 이형도를 하기 표 1과 같이 변경하여 하기 표 1및 2와 같은 다공질보호층을 포함하는 가스센서를 제조하였다.
A gas sensor including a porous protective layer as shown in Tables 1 and 2 was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the degree of deformation of the ceramic powder was changed as shown in Table 1 below.

<실시예 10 ~ 12> &Lt; Examples 10 to 12 >

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 실시예 1에서 제조된 다공질 보호층이 형성된 가스센서를 입경이 0.8㎛인 지르코니아, 부틸알코올, 폴리비닐리덴플루오라이의 혼합용액(부틸알코올 100 중량부에 대하여 폴리비닐리덴플루오라이드 20중량부 및 지르코니아 분말을 각각 50, 100, 150 중량부로 농도를 달리함)에 침지하고 4 atm으로 20분간 가압한 후, 1300℃에서 3시간 열처리하여 하기 표 3과 같은 다공질보호층을 포함하는 가스센서를 제조하였다.
A gas sensor having the porous protective layer formed in Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that a mixed solution of zirconia, butyl alcohol and polyvinylidene fluoride having a particle size of 0.8 μm (100 parts by weight of butyl alcohol 20 parts by weight of polyvinylidene fluoride and 50 parts by weight of zirconia powder, respectively, and 150 parts by weight of zirconia powder, respectively), followed by pressurization at 4 atm for 20 minutes, followed by heat treatment at 1300 ° C for 3 hours, A gas sensor including a porous protective layer was prepared.

<비교예 1 ~ 2>&Lt; Comparative Examples 1 and 2 &

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 세라믹분말의 이형도를 하기 표 1과 같이 변경하여 하기 표 2와 같은 다공질보호층을 포함하는 가스센서를 제조하였다.
A gas sensor including a porous protective layer as shown in Table 2 below was prepared by changing the deformation degree of the ceramic powder as shown in Table 1 below.

<비교예 3>&Lt; Comparative Example 3 &

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 바인더 성분을 포함시키지 않고 하기 표 2와 같은 다공질보호층을 포함하는 가스센서를 제조하였다.
A gas sensor including the porous protective layer as shown in Table 2 below was prepared without conducting the preparation of the binder component.

<실험예 1><Experimental Example 1>

상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 다공질보호층을 포함하는 가스센서에 대해 하기의 물성을 측정하여 하기 표 1 내지 3에 나타내었다.
The following physical properties of the gas sensor including the porous protective layer prepared through the above Examples and Comparative Examples were measured and shown in Tables 1 to 3 below.

1. 기공의 직경 및 기공도 측정 1. Measurement of pore diameter and porosity

제조된 다공질보호층을 가스센서 일면에 수직한 방향으로 절단하여 가스센서와 맞닿은 면을 기준으로 20% 두께높이, 40% 두께높이, 60% 두께높이 및 80% 두께높이의 4개 부분 SEM 사진을 촬영 후, 100㎛×100㎛ 영역에 포함된 기공의 평균직경 및 기공도를 측정하였다.The prepared porous protective layer was cut in a direction perpendicular to the surface of the gas sensor, and a four-part SEM photograph of 20% thick, 40% thick, 60% thick and 80% After photographing, the average diameter and porosity of the pores contained in the area of 100 mu m x 100 mu m were measured.

또한, 가스센서의 일면에 맞닿는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면의 SEM 사진을 촬영 후, 100㎛×100㎛ 영역에 포함된 기공의 평균직경을 측정하였고, 상기 제2 표면에 포함된 기공직경 중 제2 표면의 평균직경±2㎛의 범위에 포함되는 기공의 비율을 계산하였다.
Further, an SEM photograph of a first surface contacting a surface of the gas sensor and a second surface facing the first surface was taken, and then an average diameter of pores included in a region of 100 m x 100 m was measured, The ratio of the pores included in the range of the average diameter of the second surface of 占 2 占 퐉 among the pore diameters included in the second surface was calculated.

2. 가스센서의 크랙발생 유무2. Whether the gas sensor is cracked or not

가스센서의 온도를 800℃로 한 상태에서 다공질보호층에 10㎕의 물방울을 20회 적하였다. 적하 후, 다공질보호층을 벗겨, 레드 체크(적색의 침투액을 표면에 도포하는 탐상법)에 의해 가스센서의 크랙 발생 유무를 광학현미경으로 관찰하여 크랙이 발생하지 않은 경우를 0, 발생 정도가 심할수록 1 ~ 5 로 표시하였다.
The temperature of the gas sensor was set at 800 DEG C, and 10 mu g of water drops were applied to the porous protective layer 20 times. After the dropwise addition, the porous protective layer was peeled off and the presence or absence of cracks in the gas sensor was observed with an optical microscope by red check (a method of applying a red permeation liquid to the surface) The results are shown as 1 ~ 5.

3. 가스센서의 출력 평가3. Evaluation of gas sensor output

가스센서의 온도를 700℃로 한 상태에서 가스센서 출력을 측정하고, 하기 수학식 1에 의해 가스센서 출력의 변화율을 계산하였다. 가스센서 출력의 변화율이 0에 가까울수록 다공질보호층의 가스 확산 저항이 작고, 가스센서로의 원활한 가스를 공급할 수 있으므로, 가스센서 출력의 저하가 억제된다. 베이스 가스센서는 다공질보호층을 포함하지 않은 적층형 산소 가스센서를 사용하였다.The gas sensor output was measured under the condition that the temperature of the gas sensor was set to 700 DEG C, and the rate of change of the gas sensor output was calculated by the following equation (1). The closer the rate of change of the gas sensor output is to zero, the smaller the gas diffusion resistance of the porous protective layer and the more smooth gas can be supplied to the gas sensor. As the base gas sensor, a stacked type oxygen gas sensor not including a porous protective layer was used.

Figure 112014101870163-pat00005
Figure 112014101870163-pat00005

4. 다공질보호층의 강도 평가4. Evaluation of strength of porous protective layer

다공질보호층의 강도를 위해 다공질보호층의 상부에 청테이프(Duct tape 3015, 3M)를 부착한 후 청테이프를 탈착시 다공질보호층이 청테이프에 묻어 나오는지 여부를 평가하였다. 다공질보호층이 전혀 묻어 나오지 않은 경우를 0, 많이 묻어나올수록 1 ~ 5로 표시하였다.
For the strength of the porous protective layer, it was evaluated whether or not the porous protective layer was adhered to the blue tape when the blue tape was detached after attaching the blue tape (Duct tape 3015, 3M) to the top of the porous protective layer. The case where the porous protective layer was not observed at all was denoted as 0, and the more dense the protective layer was denoted as 1 to 5.

5. 가스센서 표면 손상여부 평가5. Assessment of gas sensor surface damage

다공질보호층을 가스센서에서 분리시킨 후, 가스센서 표면을 광학현미경을 관찰하여 다공질보호층으로 인한 가스센서의 손상여부를 평가하였다. 관찰결과 가스센서 표면의 눌림, 긁힘 등의 손상이 없는 경우 0로 나타내고, 그 정도가 심할수록 1 ~ 5로 나타내었다.
After separating the porous protective layer from the gas sensor, the surface of the gas sensor was observed under an optical microscope to evaluate whether the gas sensor was damaged due to the porous protective layer. As a result of observing, when there is no damage such as pressing or scratching of the surface of the gas sensor, it is represented as 0, and as the degree is greater, 1 to 5 is shown.

Figure 112014101870163-pat00006
Figure 112014101870163-pat00006

Figure 112014101870163-pat00007
Figure 112014101870163-pat00007

구체적으로 상기 표 1 및 2에서 확인할 수 있듯이, Specifically, as can be seen from Tables 1 and 2,

이형도가 1.5 이상인 세라믹분말을 포함하는 실시예 1 내지 9는 비교예 1 및 2 보다 가스센서의 크랙이 덜 발생하고 가스센서의 출력이 매우 우수하며 다공질보호층의 강도도 현저히 좋다는 것을 확인할 수 있다.
It can be seen that Examples 1 to 9 including a ceramic powder having a mold release degree of 1.5 or more produced less cracks in the gas sensor than Comparative Examples 1 and 2, and the gas sensor output was excellent and the strength of the porous protective layer was remarkably good.

또한, 기공형성제를 포함하지 않고 제조된 다공질보호층을 포함하는 비교예3의 가스센서는 센서의 크랙, 성능, 강도면에서 현저히 좋지 않다는 것을 확인할 수 있다.
In addition, it can be seen that the gas sensor of Comparative Example 3 including the porous protective layer produced without the pore-forming agent is not significantly improved in terms of cracking, performance, and strength of the sensor.

또한, 실시예 1 내지 5를 통해 실시예 1 내지 3은 세라믹분말의 이형도가 증가할수록 가스센서의 성능이 향상됨을 확인할 수 있으나, 이형도가 4.2인 세라믹분말을 사용한 실시예 4와 이형도가 5.5인 세라믹분말을 사용한 실시예 5는 반대로 높은 이형도가 가스센서 표면의 전극에 손상을 입히고, 이로 인해 가스센서의 성능이 다소 저하된 것을 확인할 수 있다.
In Examples 1 to 5, the performance of the gas sensor was improved as the degree of degeneration of the ceramic powder was increased. However, in Example 4 using the ceramic powder having a mold release ratio of 4.2, Powder according to Example 5, conversely, it is confirmed that the high degree of dissociation damages the electrode on the surface of the gas sensor, and thus the performance of the gas sensor is somewhat deteriorated.

또한, 서로 다른 이형도를 가지는 세라믹분말을 사용한 실시예 6 내지 8의 경우 제1 세라믹분말과 제2 세라믹분말이 본 발명에 따른 중량비 범위에 포함되는 실시예 6이 그렇지 못한 실시예 7 및 8보다 가스센서의 성능이 좋고, 가스센서의 크랙 발생이 저하된 것을 확인할 수 있다.
In Examples 6 to 8 using ceramic powders having different degrees of dissimilarity, Example 6, in which the first ceramic powder and the second ceramic powder were included in the weight ratio range according to the present invention, It can be confirmed that the performance of the sensor is good and the occurrence of cracks in the gas sensor is reduced.

또한, 이형도가 1.5이상인 세라믹분말이 전체 세라믹분말 중 40중량% 포함된 실시예 9의 가스센서인 경우 크랙발생이 현저히 증가했고, 가스센서의 출력도 현저히 상승하였으며, 다공질보호층의 강도도 낮아졌음을 확인할 수 있다.
In addition, in the case of the gas sensor of Example 9 in which the ceramic powder having a mold release degree of 1.5 or more contained 40% by weight of the total ceramic powder, the occurrence of cracks was remarkably increased, the output of the gas sensor was remarkably increased and the strength of the porous protective layer was also lowered can confirm.

Figure 112014101870163-pat00008
Figure 112014101870163-pat00008

또한, 상기 표 3을 통해 확인할 수 있듯이, Also, as can be seen from Table 3,

다공질보호층의 제1 표면의 기공직경과 제2 표면의 기공직경이 조절된 가스센서인 실시예 10 ~ 12에서 실시예 11의 가스센서는 제1 표면쪽으로 갈수록 기공의 직경이 커지는 직경구배를 가짐에 따라 크랙 발생이 되지 않았고, 가스센서의 출력이 매우 우수하며, 대기와 맞닿는 제2 표면부가 치밀해져 강도도 향상되었고, 가스센서의 표면 손상도 없음을 확인할 수 있다. 이에 반하여 실시예 10의 가스센서는 제1 표면쪽으로 갈수록 기공의 직경이 커지는 것이 미약하여 크랙이 발생했음을 확인할 수 있고, 실시예 12의 가스센서는 가스센서의 출력이 현저히 저하되었음을 확인할 수 있다.
In Examples 10 to 12, in which the pore diameter of the first surface of the porous protective layer and the pore diameter of the second surface were adjusted, the gas sensor of Example 11 had a diameter gradient increasing in diameter toward the first surface side , The output of the gas sensor is excellent, the second surface portion contacting the atmosphere is dense, the strength is improved, and the surface of the gas sensor is not damaged. On the other hand, in the gas sensor of the tenth embodiment, it is confirmed that the diameter of the pore becomes weaker toward the first surface side, so that a crack is generated. In the gas sensor of the twelfth embodiment, the output of the gas sensor is remarkably decreased.

Claims (20)

(1) 세라믹 분말 및 기공형성제를 포함하는 다공질보호층 형성 조성물을 가스센서상에 투입시키는 단계; 및
(2) 가스센서상에 투입된 다공질보호층 형성 조성물을 소결시키는 단계;를 포함하며,
상기 세라믹분말은 하기의 관계식 1로 표시되는 이형도가 1.5 내지 4.2인 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층의 제조방법.
[관계식 1]
Figure 112016101441305-pat00009
(1) introducing a porous protective layer-forming composition comprising a ceramic powder and a pore-forming agent onto a gas sensor; And
(2) sintering the porous protective layer-forming composition charged on the gas sensor,
Wherein the ceramic powder comprises particles having a degree of variability of 1.5 to 4.2 represented by the following relational expression (1).
[Relation 1]
Figure 112016101441305-pat00009
제1항에 있어서,
상기 세라믹분말은 Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, AlN, Si3N4, Ti3N4, Zr3N4, Al4C3, SiC, TiC, ZrC, AlB, Si3B4, Ti3B4, Zr3B4, 3Al2O3 ·2SiO2 및 MgAl2O4 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층의 제조방법.
The method according to claim 1,
The ceramic powder is Al 2 O 3, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, AlN, Si 3 N 4, Ti 3 N 4, Zr 3 N 4, Al 4 C 3, SiC, TiC, ZrC, AlB, Si 3 B 4, Ti 3 B 4, Zr 3 B 4, 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 And MgAl 2 O 4. The method of manufacturing a porous protective layer for a gas sensor according to claim 1,
제1항에 있어서,
상기 (1) 단계에서 세라믹분말의 이형도는 1.8 ~ 4.2 인 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of manufacturing a porous protective layer for a gas sensor according to claim 1, wherein the degree of deformation of the ceramic powder in the step (1) is 1.8 to 4.2.
제1항에 있어서,
상기 (1) 단계의 세라믹분말 중에서 상기 이형도 조건을 만족하는 세라믹분말은 전체 세라믹분말의 50중량% 이상인 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method for producing a porous protective layer for a gas sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the ceramic powder satisfying the above-mentioned separation-type condition is at least 50% by weight of the total ceramic powder.
제1항에 있어서,
상기 이형도 조건을 만족하는 세라믹분말의 단면형상은 타원형, 아령형, 다각형, 별형, 뿔형, 오뚜기형, 십자형, 별형, 알파벳형, 그루브형 및 아령형 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the cross-sectional shape of the ceramic powder satisfying the above-described dissimilarity condition is at least one of elliptical shape, dumbbell shape, polygonal shape, star shape, horn shape, otter shape, cruciform shape, star shape, alphabet shape, groove shape and dumbbell shape. Gt;
제1항에 있어서,
상기 (1) 단계의 세라믹분말은 이형도가 1.5 ~ 2.0인 제1 세라믹분말과 이형도가 3.0 ~ 4.2인 제2 세라믹분말을 포함하고,
상기 제1 세라믹분말과 제2 세라믹분말의 중량비는 1 : 1.6 ~ 3.0인 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층의 제조방법.
The method according to claim 1,
The ceramic powder of the step (1) comprises a first ceramic powder having a degree of deformation of 1.5 to 2.0 and a second ceramic powder having a degree of deformation of 3.0 to 4.2,
Wherein the weight ratio of the first ceramic powder to the second ceramic powder is 1: 1.6 to 3.0.
제1항에 있어서,
상기 기공형성제는 라디칼 중합성 단량체, 다관능성 가교 단량체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 단량체의 중합체;, 라디칼 중합성 단량체, 다관능성 가교 단량체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 단량체의 마이크로에멀젼 폴리머 비드;, 이산화규소(SiO2), 이산화티타늄(TiO-2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 산화물;, 카본, 탄수화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 탄소물; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the pore former is selected from the group consisting of a polymer of monomers selected from the group consisting of radically polymerizable monomers, multifunctional crosslinking monomers, and combinations thereof, radical polymerizable monomers, multifunctional crosslinking monomers, and combinations thereof microemulsion polymer beads of the monomer; silicon dioxide (SiO 2), titanium dioxide (TiO- 2) and an oxide selected from the group consisting of;, carbon water is selected from carbon, carbohydrates and combinations thereof ; And a mixture thereof. The method of manufacturing a porous protective layer for a gas sensor according to claim 1,
제1항에 있어서,
상기 (2) 단계의 소결온도는 800 ~ 1700℃인 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the sintering temperature in the step (2) is 800 to 1700 占 폚.
가스센서에 포함되는 가스센서용 다공질보호층에 있어서,
상기 가스센서용 다공질보호층은 하기의 관계식 1로 표시되는 이형도가 1.5 내지 4.2인 세라믹분말을 포함하여 상기 세라믹분말 각 입자의 적어도 일부 영역이 서로 융착하여 형성된 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층.
[관계식 1]
Figure 112016101441305-pat00010
In the porous protective layer for a gas sensor contained in a gas sensor,
Wherein the porous protective layer for a gas sensor comprises a ceramic powder having a degree of variance of 1.5 to 4.2 represented by the following relational formula 1 and at least some regions of the ceramic powder particles are fused to each other to form a porous protective layer for a gas sensor .
[Relation 1]
Figure 112016101441305-pat00010
제9항에 있어서,
상기 세라믹분말은 알루미나, 스피넬, 이산화티타늄, 지르코니아, 산화이트륨, 산화리튬, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화세륨 및 뮬라이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층.
10. The method of claim 9,
Wherein the ceramic powder comprises at least one particle selected from the group consisting of alumina, spinel, titanium dioxide, zirconia, yttrium oxide, lithium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, cerium oxide and mullite. layer.
제9항에 있어서,
상기 세라믹분말의 이형도는 1.8 ~ 4.2 인 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층.
10. The method of claim 9,
Wherein the ceramic powder has a degree of deformation of 1.8 to 4.2.
제9항에 있어서,
상기 다공질보호층의 기공도는 20 ~ 60%인 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층.
10. The method of claim 9,
Wherein the porosity of the porous protective layer is 20 to 60%.
제9항에 있어서,
상기 다공질보호층의 평균 기공직경은 5.5 ~ 42㎛ 인 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층.
10. The method of claim 9,
Wherein the average pore diameter of the porous protective layer is 5.5 to 42 占 퐉.
제9항에 있어서,
상기 다공질보호층은 가스센서 외부전극의 일면에 대면하는 제1 표면과 상기 제1 표면의 반대면인 제2 표면을 포함하고, 상기 제2 표면에서 제1 표면으로 갈수록 기공직경이 커지는 직경 구배를 갖는 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층.
10. The method of claim 9,
Wherein the porous protective layer comprises a first surface facing a first surface of the gas sensor outer electrode and a second surface opposite to the first surface and a diameter gradient increasing from the second surface to the first surface And a porous protective layer for a gas sensor.
제14항에 있어서,
상기 다공질보호층의 제2 표면에 포함된 기공의 평균직경은 5.5 ~ 8㎛이며, 상기 평균직경의 ±2㎛의 기공직경을 가지는 기공이 제2 표면에 포함된 전체 기공의 80% 이상인 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층.
15. The method of claim 14,
Wherein the average pore diameter of the pores contained in the second surface of the porous protective layer is 5.5 to 8 占 퐉 and the pores having the pore diameter of the average diameter of 占 퐉 are not less than 80% And a porous protective layer for a gas sensor.
제14항에 있어서,
상기 다공질보호층의 제2 표면에 포함된 기공의 평균직경과 제1 표면에 포함된 기공의 평균직경 비는 1 : 1.8 ~ 6인 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질보호층.
15. The method of claim 14,
Wherein the average diameter ratio of the pores included in the second surface of the porous protective layer and the pores included in the first surface is 1: 1.8 to 6.
제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 가스센서용 다공질보호층;을 포함하는 가스센서용 전극.An electrode for a gas sensor comprising a porous protective layer for a gas sensor according to any one of claims 9 to 16. 제17항에 있어서,
상기 다공질보호층의 두께는 20 ~ 200㎛인 것을 특징으로 하는 가스센서.
18. The method of claim 17,
Wherein the porous protective layer has a thickness of 20 to 200 占 퐉.
제17항에 따른 가스센서용 전극을 외부 센싱 전극으로 포함하는 가스센서.A gas sensor comprising an electrode for a gas sensor according to claim 17 as an external sensing electrode. 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 가스센서용 다공질보호층;을 포함하는 가스센서.A gas sensor comprising a porous protective layer for a gas sensor according to any one of claims 9 to 16.
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