KR950003455B1 - Electrode manufacturing method of oxygen sensor - Google Patents

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KR950003455B1
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Abstract

The method improves productivity of oxygen sensor by coating the inside and outside surface of the sintered body with platinum. The oxygen sensor is manufactured by forming platium layers on the inside and outside of solid electrolyte (1) by sputtering, after placing an anode of solid electrolyte (1) between a plate-shape cathode (4) and a core-shape cathode (5).

Description

산소 센서의 전극 제조 방법Electrode manufacturing method of oxygen sensor

제 1 도는 본 발명에 따른 산소 센서의 전극을 제조하는데 사용되는 전극 제조 장치의 개략도.1 is a schematic diagram of an electrode manufacturing apparatus used to manufacture an electrode of an oxygen sensor according to the present invention.

제 2 도는 종래의 산소 센서 전극을 제조하는데 사용되는 전극 제조 장치의 개략도.2 is a schematic diagram of an electrode manufacturing apparatus used to fabricate a conventional oxygen sensor electrode.

제3(a)도는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 각 전극의 백금 페이스트 미세 구조를 나타낸 단면도.Figure 3 (a) is a cross-sectional view showing the platinum paste microstructure of each electrode produced by the method according to the present invention.

제3(b)도는 종래의 산소 센서의 전극 제조 방법으로 제조된 각 전극의 백금 페이스트 미세 구조를 나타낸 단면도.Figure 3 (b) is a cross-sectional view showing a platinum paste fine structure of each electrode manufactured by the electrode manufacturing method of the conventional oxygen sensor.

제 4 도는 본 발명 제품 산소 센서와 종래 제품 산소 센서와의 특성도를 비교한 그래프이다.4 is a graph comparing the characteristic diagrams of the product oxygen sensor of the present invention and the conventional product oxygen sensor.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1,11,21 : 고체 전해질 소결체 2,12 : 기준 전극1,11,21: solid electrolyte sintered body 2,12: reference electrode

3,13 : 검출전극 4,5,14 : 케소드(Cathode)3,13: detection electrode 4,5,14: cathode

6,15,16 : 에노드(Anode) 7,18 : 전원 공급기6,15,16: Anode 7,18: power supply

8,19 : 쳄버(Chamber) 17 : 마스킹 치구8,19: Chamber 17: Masking jig

22 : 검출 전극 전극 미세 구조 23 : 기준 전극 전극 미세 구조22: detection electrode electrode fine structure 23: reference electrode electrode fine structure

본 발명은 산소 센서의 전극 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기준 전극과 검출 전극을 고체 전해질 소결체의 외부 및 내부 표면에 스핏터링법으로 동시에 형성시켜서 되는 균질한 전극을 갖고 센서 자체의 측정시간을 단축시킬 수 있으며 검지 능력도 향상시킬 수 있는 산소 센서의 전극 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an electrode of an oxygen sensor, and more particularly, the measurement time of the sensor itself with a homogeneous electrode formed by sputtering simultaneously on the outer and inner surfaces of the solid electrolyte sintered body. The present invention relates to a method for manufacturing an electrode of an oxygen sensor, which can shorten and improve the detection capability.

일반적으로 고체 전해질을 사용한 가스 센서로서 현재 널리 사용되고 있는 것은 안정화 지르코니아를 사용한 산소 센서에 한정되어 있으며, 이 산소 센서를 지르코니아 센서라고도 부른다. 지르코니아 센서는 안정화 지르코니아관(Y2O38몰%를 포함한 ZrO2가 많이 사용되고 있음)의 양쪽에 백금 페이스트 전극을 고정시킨 구조를 갖고 있다. 여기서, 백금 페이스트를 안정화 지르코니아 관의 양쪽에 고정시켜 내부 전극인 기준 전극과 외부 전극인 검출 전극을 제조하는 기술은 제조된 산소 센서의 기능에 매우 영향을 미치게 되므로 중요한 문제이다.In general, what is widely used as a gas sensor using a solid electrolyte is currently limited to an oxygen sensor using stabilized zirconia, which is also called a zirconia sensor. The zirconia sensor has a structure in which a platinum paste electrode is fixed to both sides of a stabilized zirconia tube (ZrO 2 including 8 mol% of Y 2 O 3 is widely used). Here, the technique of manufacturing the reference electrode as the inner electrode and the detection electrode as the outer electrode by fixing the platinum paste on both sides of the stabilizing zirconia tube is very important because it greatly affects the function of the manufactured oxygen sensor.

종래, 산소 센서의 기준 전극과 검출 전극을 제조하는데 있어서, 고체 전해질 소결체의 내부 표면에다 붓이나 프린팅 도구를 사용하여 백금 잉크를 토포시킨 다음 건조시킨 후, 600 내지 1300℃의 온도에서 소결 부착시켜 기준 전극을 제조하였으며, 제 2 도에 나타낸 바와같이 기준 전극(12)이 제조된 고체 전해질 소결체(11)를 에노드 플레이트(15)위에 올려 놓고, 마스킹 치구(17)로 고정시킨 다음, 전원 공급기(18)에서 케소드(14)와 에노드(16)에 일정한 전압을 공급하면서 백금 타겟(target) 또는 백금 인곳트(ingot)를 원료로 스펏터링법, 진공 증착법 또는 화학 기상 석출법(chemical vapor deposition method : CVD)을 이용하여 고체 전해질의 외부 표면에 검출 전극(13)을 제조하였었다(미국 특허 제3,844,920호, 제4,264,647호, 제4,400,255호, 일본 특허 공보 소 62-55620호, 소 62-55621호).Conventionally, in manufacturing the reference electrode and the detection electrode of the oxygen sensor, a platinum ink is applied to the inner surface of the solid electrolyte sintered body using a brush or a printing tool, dried, and then sintered and adhered at a temperature of 600 to 1300 ° C. As shown in FIG. 2, the solid electrolyte sintered body 11 on which the reference electrode 12 was manufactured was placed on the anode plate 15, fixed with a masking jig 17, and then a power supply ( In 18), while supplying a constant voltage to the cathode (14) and the anode (16) using a platinum target or platinum ingot as a raw material, sputtering, vacuum deposition or chemical vapor deposition (chemical vapor deposition) The detection electrode 13 was prepared on the outer surface of the solid electrolyte using the method: CVD (US Pat. Nos. 3,844,920, 4,264,647, 4,400,255, Japanese Patent Publication Nos. 62-55620, 62-55621). ) .

그러나, 상기 방법은 기준 전극과 검출 전극을 별개의 공정으로 제조함으로서 공정이 복잡하였을 뿐만 아니라, 백금 잉크 등을 도포시켜 제작된 기준 전극은 제3(b)도에 나타낸 바와 같이 가공율 및 미세 구조 등이 생산되는 제품마다 차이가 발생하며, 또한 도포된 두께 및 도포된 면적이 균일성을 갖지 못하여, 기준 전극 제조 후에 스텃터링법, 진공증착법 또는 화학 기상 석출법에 의하여 제조된 검출 전극과도 차이가 발생하여 산소 센서의 성능을 저하시키는 단점이 있었다.However, the method is not only complicated by manufacturing the reference electrode and the detection electrode in a separate process, but also the reference electrode made by applying platinum ink or the like has a processing rate and a fine structure as shown in FIG. 3 (b). Differences occur for each product produced, and the applied thickness and the coated area do not have uniformity, and thus also differ from the detection electrodes produced by the sputtering method, vacuum deposition method, or chemical vapor deposition method after fabrication of the reference electrode. There was a disadvantage in reducing the performance of the oxygen sensor.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 미국 특허 제4,136,000호에서는 백금 잉크로 만들어진 기준 전극을 염산, 불산 등으로 화학 처리하여 산소 센서의 성능 향상을 시도하였으며, 미국 특허 제4,264,667호에서는 압축 공기와 페인팅 도구를 사용하여 기준 전극을 제조함으로써 산소 센서의 성능을 향상시키려 하였으나, 백금 잉크를 도포하여 기준 전극을 제조함으로써 발생하는 상술한 바와 같은 근본적인 문제점을 극복하기에는 역부족이었다.In order to solve this problem, US Patent No. 4,136,000 attempts to improve the performance of an oxygen sensor by chemically treating a reference electrode made of platinum ink with hydrochloric acid, hydrofluoric acid, etc., and US Patent No. 4,264,667 uses compressed air and a painting tool. However, the performance of the oxygen sensor was improved by manufacturing the reference electrode, but it was not sufficient to overcome the above-mentioned fundamental problems caused by applying the platinum ink to produce the reference electrode.

또한, 상기와 같은 제문제점을 해결하기 위하여 기준전극을 스펏터링으로 제조하는 방법을 생각할 수 있으나, 스펏터링할 시 코팅되는 부분이 방향성을 가짐으로써 홀(hole)부분에는 코팅할 수 없어 검출 전극과 같은 균일한 형상을 갖는 기준전극을 제조하는 것은 불가능하였다.In addition, in order to solve the above problems, a method of manufacturing the reference electrode by sputtering may be considered. However, when the sputtering is performed, the coated portion has a directionality, and thus, the hole may not be coated on the detection electrode. It was not possible to manufacture reference electrodes having the same uniform shape.

이에, 본 발명은 고체 전해질 소결체 내부 표면에다 이와 같은 모양을 갖는 코아형 기준 전극 제작용 케소드를 설치하고 검출전극의 형성과 동시에 스펏터링법으로 고체 전해질 소결체의 외부 및 내부 표면에 백금 페이스트의 전극을 고정시킴으로써, 전극의 제조 공정을 대폭 단순화시켜 산소 센서 제조시의 생산성을 약 2 내지 3배 향상시킬 수 있으며, 또한, 기준 전극과 검출 전극의 제조 공정 차이에서 오는 산소 센서 검출 특성 차이를 제거하여 신뢰성 있는 산소 농도 측정 특성을 갖게 하며, 배기 가스에 있는 산소농도를 신속하게 감지할 수 있게 되는 산소 센서의 전극을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Thus, the present invention is to install a core-type reference electrode manufacturing method having the same shape on the inner surface of the solid electrolyte sintered body and the electrode of the platinum paste on the outer and inner surfaces of the solid electrolyte sintered body by the sputtering method simultaneously with the formation of the detection electrode By fixing the structure, the manufacturing process of the electrode can be greatly simplified, and the productivity in manufacturing the oxygen sensor can be improved by about 2 to 3 times. Also, the difference in the oxygen sensor detection characteristics resulting from the manufacturing process difference between the reference electrode and the detection electrode can be eliminated. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an electrode of an oxygen sensor, which has a reliable oxygen concentration measurement characteristic and is able to quickly detect the oxygen concentration in the exhaust gas.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 고체 전해질 소결체의 내부와 외부 표면에 기준 전극과 검출 전극을 형성시켜서 되는 산소 센서의 전극 제조 방법에 있어서, 전원 공급기에서 전원을 공급 받도록 연결된 평면형의 검출 전극 제작용 케소드와 전원 공급기에서 전원을 공급 받도록 연결된 고체 전해질 소결체의 내면과 동일한 형태를 갖는 코아형 기준 전극 제작용 케소드 사이에서 고체 전해질 소결체의 내면과 외면에다 동시 스펏터링법으로 전극을 형성시켜서 되는 산소 센서의 전극 제조 방법임을 그 특징으로 한다.The present invention relates to a method for manufacturing an electrode of an oxygen sensor in which a reference electrode and a detection electrode are formed on an inner surface and an outer surface of a solid electrolyte sintered body, the method comprising: a cathode and a power supply for manufacturing a planar detection electrode connected to receive power from a power supply It is a method of manufacturing an electrode of an oxygen sensor by forming an electrode on the inner and outer surfaces of a solid electrolyte sintered body by simultaneous sputtering between the core-type reference electrode manufacturing cathodes having the same shape as the inner surface of the solid electrolyte sintered body connected to receive power. It is characterized by.

이와 같은 본 발명은 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Such a present invention will be described in more detail as follows.

본 발명은 고체 전해질 소결체의 내면과 외면에다 스펏터링법을 동시에 적용하여 기준 전극과 검출 전극을 동시에 형성시키는 것에 대한 것으로, 본 발명에서 사용하는 고체 전해질 소결체로는 통상적으로 사용되는 지르코니아 소결체로서 Y2O3, MgO 및 CaO 단독 또는 2개 이상이 혼합되어 있는 안정화 또는 부분 안정화된 지르코니아 소결체(ZrO2)를 사용할 수 있으며, 그중 Y2O36몰%를 포함하는 지르코니아 소결체를 사용하는 것이 가장 바람직하다.The present invention relates to simultaneously forming the reference electrode and the detection electrode by applying the sputtering method to the inner and outer surfaces of the solid electrolyte sintered body at the same time. As the solid electrolyte sintered body used in the present invention, Y 2 is commonly used as a zirconia sintered body. Stabilized or partially stabilized zirconia sintered body (ZrO 2 ), which is O 3 , MgO and CaO alone or a mixture of two or more thereof, may be used, and among them, it is most preferable to use a zirconia sintered body containing 6 mol% of Y 2 O 3. Do.

그리고, 본 발명에서 사용되는 평면형의 기준 전극과 상기 고체 전해질 소결체의 내면 형상과 동일한 코아형의 검출 전극 제작용 케소드로는 백금, 로듐 및 팔라듐 단독 또는 2개 이상 혼합된 재질을 사용할 수 있다.In addition, platinum, rhodium, and palladium alone or a mixture of two or more may be used as a cathode for preparing a core-type detection electrode having the same shape as the inner surface of the solid electrolyte sintered body and the planar reference electrode used in the present invention.

한편, 본 발명에서 스펏터링 과정은 진공도 10 내지 20mmTorr, 가스혼합비는 부피비로 Ar : N2=70 : 30 내지 40 : 60, 기준 전극 제작용 케소드의 전력 5 내지 15w/㎠, 검출 전극 제작용 케소드의 전력 13 내지 21W/㎠의 조건하에서 실시하는 것이 바람직하며, 이와 같은 조건하에서 고체 전해질 소결체의 표면에 대해 스펏터링을 동시에 실시하게 되면 본 발명에 따른 백금 페이스트가 고정된 전극을 갖는 산소 센서가 제조되게 된다.On the other hand, in the present invention, the sputtering process is a vacuum degree of 10 to 20mmTorr, the gas mixture ratio by volume ratio of Ar: N 2 = 70: 30 to 40: 60, the power of the cathode for the reference electrode fabrication 5-15w / ㎠, for the detection electrode It is preferable to carry out under the conditions of 13 to 21 W / cm 2 of the power of the cathode, and when the sputtering is performed simultaneously on the surface of the solid electrolyte sintered body under such conditions, an oxygen sensor having an electrode to which the platinum paste according to the present invention is fixed Will be prepared.

상기에서 진공도는 10 내지 20mmTorr가 바람직한 바, 만일 진공도를 10mmTorr 미만으로 할 경우에는 제조되는 전극의 미세 구조가 너무 치밀하여 전극에서 공기의 확산 속도가 늦어지게 되고, 20mmTorr를 초과할 경우에는 전극특성이 나빠지게 된다. 또한, 가스 혼합비는 부피비로 Ar : N2=70 : 30 내지 40 : 60이 바람직한 바, N2가스의 혼합비가 부피비로 60%를 초과하는 경우에는 기준 전극 및 검출 전극의 기공 크기가 너무 크거나 전극 생산성이 낮아지게 된다.In the above, the degree of vacuum is preferably 10 to 20 mmTorr. If the vacuum degree is less than 10 mmTorr, the microstructure of the manufactured electrode is too dense so that the diffusion rate of air in the electrode is slowed. It gets worse. In addition, the gas mixing ratio is preferably Ar: N 2 = 70: 30 to 40: 60 in the volume ratio. When the mixing ratio of the N 2 gas exceeds 60% in the volume ratio, the pore sizes of the reference electrode and the detection electrode are too large or The electrode productivity is lowered.

여기서 스펏터링시 Ar 가스 이외에 N2가스를 혼입하여 사용하는 이유는 N2가스 분자는 진공에서 불순물로 작용하여 타겟에서 스펏터링 되는 타겟 물질의 원자들을 산란시켜 전극에 적당한 기공을 갖게 하기 때문이다.The reason why N 2 gas is mixed and used in sputtering in addition to Ar gas is because N 2 gas molecules act as impurities in a vacuum to scatter atoms of the target material that is sputtered at the target to have appropriate pores in the electrode.

그리고, 기준 전극 제작용 케소드의 전력은 5 내지 15w/㎠, 검출 전극 제작용 케소드의 전력은 13 내지 21w/㎠일 때가 바람직한 바, 만일 상기 범위를 벗어나게 되면 전극 생산성이 낮아지게 되거나, 전극의 미세 구조가 불균일하게 되어 케소드의 수명이 짧아지게 된다.And, the power of the reference electrode manufacturing method is 5 to 15w / ㎠, the power of the detection electrode manufacturing method is preferably 13 to 21w / ㎠, if out of the above range, the electrode productivity is lowered, or the electrode The microstructure of the nonuniformity results in a short lifetime of the cathode.

상기와 같은 조건하에서의 스펏터링시 기준 전극 제작용 케소드와 고체 전해질 소결체 내부 표면과의 거리는 제한을 받게 되며, 이 제한된 거리 내에서 캐소드에 가해지는 전력에 의해 스펏터링 조건이 변하게 된다.When the sputtering under the above conditions, the distance between the cathode for manufacturing the reference electrode and the inner surface of the solid electrolyte sintered body is limited, and the sputtering condition is changed by the power applied to the cathode within this limited distance.

따라서, 본 발명에서는 검출 전극 제작용 케소드와 고체 전해질 소결체와의 거리를 3 내지 5㎝로 하였으며, 고체 전해질 소결체와 기준 전극 제작용 케소드와의 거리는 0.2 내지 0.3㎝로 하였다.Therefore, in the present invention, the distance between the cathode for producing the detection electrode and the solid electrolyte sintered body was 3 to 5 cm, and the distance between the solid electrolyte sintered body and the cathode for the reference electrode production was 0.2 to 0.3 cm.

이하 본 발명을 예시된 도면에 의거 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the illustrated drawings.

첨부도면 제 1 도는 본 발명의 방법을 수행하는 전극 제조 장치를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 부호 1로 표시된 것이 고체 전해질 소결체이며, 이 소결체(1)는 에노드 플레이트(6) 위에 고정되게 설치되어 있으며, 검출 전극(3)의 제작용 일자형 케소드(4)가 고체 전해질 소결체(1)의 윗쪽에 설치되어 있고, 소결체(1)의 아랫쪽에는 이 소결체(1)의 내부 표면과 동일한 형상을 갖는 기준 전극(2)제작용 코아형 케소드(5)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 각각의 케소드(4,5)는 모두 전원을 공급하게 되는 전원 공급기(7)에 연결되어 있다. 따라서, 고체 전해질 소결체(1)를 에노드 플레이트(6)에 설치하고 양쪽의 케소드(4,5)를 통해 상술한 바와 같은 조건으로 스펏터링을 실시하게 되면 상기의 소결체(1)의 외면과 내면에 각각 기준 전극과 검출 전극이 동시에 형성되게 된다.1 is a diagram schematically showing an electrode manufacturing apparatus for carrying out the method of the present invention, in which a solid electrolyte sintered body is indicated by reference numeral 1, and the sintered body 1 is fixedly mounted on the anode plate 6, The straight cathode 4 for the manufacture of the detection electrode 3 is provided above the solid electrolyte sintered body 1, and the reference | standard which has the same shape as the inner surface of this sintered body 1 below the sintered body 1 A core-type cathode 5 which is made of an electrode 2 is provided. Each of the cathodes 4 and 5 is connected to a power supply 7 which supplies power. Therefore, when the solid electrolyte sintered body 1 is installed on the anode plate 6 and sputtered under the conditions described above through the cathodes 4 and 5 on both sides, the outer surface of the sintered body 1 and The reference electrode and the detection electrode are respectively formed on the inner surface at the same time.

여기서 미설명부호(8)은 스펏터링을 할 수 있도록 된 쳄버를 나타낸다.Here, reference numeral 8 denotes a chamber in which sputtering can be performed.

이하, 본 발명은 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples.

[실시예 1 내지 4][Examples 1 to 4]

산화 지르코니윰 94몰%, 산화 이트리윰 6몰%로 된 혼합분말을 프레스 성형하고, 일정한 규격으로 가공하여 1600℃에서 소결하여 하단부 외경 15mm, 하단부 내경 8mm, 두께 1mm이며 밀도가 5.65g/㎠이상인 고체 전해질 소결체를 제작하였다. 제작된 소결체를 세척 작업을 거친 후 스펏터링 장치에 설치하여 다음 표 1에 나타낸 바와같은 조건으로 스펏터링하여 소결체 내면과 외면에 각각 전극을 형성시켜 산소 센서를 제조하였다.Press-molded mixed powder consisting of 94 mol% of zirconia oxide and 6 mol% of yttrium oxide, processed to a certain size, and sintered at 1600 ° C. The outer diameter of the lower part is 15mm, the inner diameter of the lower part is 8mm, the thickness is 1mm and the density is 5.65g / A solid electrolyte sintered body of 2 cm 2 or more was produced. After the manufactured sintered body was washed, it was installed in a sputtering apparatus and sputtered under the conditions shown in Table 1 to form electrodes on the inner and outer surfaces of the sintered body, thereby manufacturing an oxygen sensor.

제조된 산소 센서와 성능 시험을 실시하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었으며성능 시험은 다음과 같이 행하였다. 또한, 상기와 같이 제조된 산소 센서의 단면을 제3(a)도에 나타내었다.Performance tests were performed with the manufactured oxygen sensor, and the results are shown in Table 2 below, and the performance test was performed as follows. In addition, the cross section of the oxygen sensor manufactured as above is shown in FIG. 3 (a).

[성능시험][Performance Test]

본 발명에 따라 제조된 가열된 샘플 가스를 제품에 통과시키면서 공기/연료의 연소비가 농염 영역(rich) 및 희박 영역(lean)에서의 기전력 값과 공기 연료의 연소비가 변하였을 때의 산소 센서 스위칭 시간과 500℃에서 제품의 내부 저항을 측정하여 그 측정값을 다음 표 2에 나타내었다.Oxygen sensor switching time when the combustion ratio of air / fuel changes the electromotive force value in the rich and lean regions and the combustion ratio of the air fuel while the heated sample gas prepared according to the present invention passes through the product Measure the internal resistance of the product at and 500 ℃ and the measured values are shown in Table 2 below.

[비교예 1]Comparative Example 1

종래 방법으로 제조하여 현재 시판중인 일본의 전자제품 A24-600 산소 센서를 실시예 1과 동일한 조건에서 성능 시험을 행하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었고그 특성도를 제 4 도에 나타내었다. 또한, 산소 센서의 단면을 제3(b)도에 나타내었다.The performance test was carried out under the same conditions as in Example 1 of a Japanese electronic product A24-600 oxygen sensor manufactured by the conventional method and shown in Table 2 below, and the characteristics thereof are shown in FIG. In addition, the cross section of the oxygen sensor is shown in FIG.3 (b).

[표 1]TABLE 1

Figure kpo00001
Figure kpo00001

[표 2]TABLE 2

Figure kpo00002
Figure kpo00002

* : 현재 시판중인 일본 전자기기 제품 A24-600 산소 센서이다.*: A24-600 Oxygen Sensor from Japan.

제 3 도에 나타낸 바와 같이 본 발명의 방법에 따라 제조된 산소 센서가 종래의 방법으로 하여 제조한 산소 센서에 비하여 기준 전극과 검출 전극과의 미세 구조가 동일한 형상을 가지고 있음을 알 수 있다. 3상 계면에서의 반응을 살펴보면, 기준 전극에서는 고체 전해질/케소드/공기의 3상 계면에서 생기는 반응식은 다음 식[Ⅰ]과 같으며, 검출 전극에서는 피검가스/케소드/고체 전해질의 3상 계면에서 생기는 반응식은 다음 식[Ⅱ]와 같다.As shown in Fig. 3, it can be seen that the oxygen sensor manufactured according to the method of the present invention has the same shape as the microstructure of the reference electrode and the detection electrode as compared to the oxygen sensor manufactured by the conventional method. Regarding the reaction at the three-phase interface, the reaction formula generated at the three-phase interface of the solid electrolyte / cathode / air at the reference electrode is shown in the following equation [I], and the three-phase of the test gas / cathode / solid electrolyte at the detection electrode The reaction formula generated at the interface is shown in the following formula [II].

O2+4e-→ 2O2 -……………………………………………………… [Ⅰ] O 2 + 4e - → 2O 2 - ... … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … [Ⅰ]

202 -→ O2+4e-……………………………………………………… [Ⅱ] 20 2 - → O 2 + 4e - ... … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … [II]

상기 식[Ⅰ]과 식[Ⅱ]의 반응은 고체 전해질/케소드/공기의 3상 계면에서 정량적으로 발생하기 때문에 기존 방법으로 제작된 산소 센서 보다 고체 전해질/케소드/공기의 3상 계면 수가 많고 균일하게 생성됨으로써 측정하고자 하는 피검 가스의 산소 농도 변화를 더 빠른 시간내에 평형 상태를 이루게 함으로써 산소 농도 변화에 대응하는 스위칭 반응 시간이 빠르게 되고 기준 전극 및 검출 전극과 고체 전해질 사이의 밀착성을 증가시킴으로써 산소 농도를 정확하고, 정밀하게 측정할 수 있게 된다.Since the reaction of formula [I] and formula [II] occurs quantitatively at the three-phase interface of solid electrolyte / cathode / air, the number of three-phase interface of solid electrolyte / cathode / air is higher than that of the conventional oxygen sensor. By generating a large amount and uniformity, it is possible to equilibrate the oxygen concentration change of the test gas to be measured within a faster time, thereby increasing the switching reaction time corresponding to the oxygen concentration change and increasing the adhesion between the reference electrode and the detection electrode and the solid electrolyte. The oxygen concentration can be measured accurately and precisely.

상기 표 2에서 알 수 있듯이 산소 센서의 주요 특성치인 스위칭시간이 30 내지 50% 단축되었으며, 농염 영역과 희박 영역에서 기전력의 차이가 30% 증가하여 산소 센서의 검지 능력이 향상되었음을 나타낸다.As can be seen in Table 2, the switching time, which is the main characteristic value of the oxygen sensor, was reduced by 30 to 50%, and the difference in electromotive force in the concentrated salt and lean regions was increased by 30%, indicating that the detection capability of the oxygen sensor was improved.

이와 같이 본 발명은 산소 센서의 생산성을 종래 방법 보다 약 2 내지 3배 향상시켰으며, 본 발명으로 제조된 산소 센서는 스위칭 반응 시간을 줄이고, 산소 농도의 측정 정확도, 측정 정밀도를 높힘으로서 기기 판독 오류를 감소시키어 배기 가스 정화 효율을 높일 수 있다.As described above, the present invention improves the productivity of the oxygen sensor by about 2 to 3 times as compared to the conventional method, and the oxygen sensor manufactured by the present invention reduces the switching reaction time, increases the measurement accuracy of the oxygen concentration, and increases the measurement accuracy. By reducing the exhaust gas purification efficiency can be increased.

또한, 본 발명으로 제조된 산소 센서는 주로 자동차용 산소 센서, 산업보일러용 산소 센서등에 사용하는 것이 좋고, 특히 자동차용 산소 센서로사용시 시동 초기 및 여러 운전 조건에서 센서 감지 시간이 짧아짐으로 불안정하게 정화되는 유해 배기 가스량을 줄여 환경 오염 방지에도 커다란 효과가 있다.In addition, the oxygen sensor manufactured according to the present invention is mainly used for oxygen sensors for automobiles, oxygen sensors for industrial boilers, etc., and in particular, when used as an oxygen sensor for automobiles, the sensor detection time is shortened in the initial start-up and various operating conditions. It also has a great effect on reducing environmental pollution by reducing the amount of harmful exhaust gas.

Claims (3)

고체 전해질 소결체의 내부와 외부표면에 기준 전극과 검출 전극을 형성시켜서 되는 산소 센서의 전극 제조 방법에 있어서, 전원 공급기에서 전원을 공급 받도록 연결된 평면형의 검출 전극 제작용 케소드와 전원 공급기에서 전원을 공급 받도록 연결된 고체 전해질 소결체의 내면과 동일한 형태를 갖는 코아형 기준 전극 제작용 케소드 사이에서 고체 전해질 소결체의 내면과 외면에다 동시 스펏터링법으로 전극을 형성시켜서 됨을 특징으로 하는 산소 센서의 전극 제조 방법.In the electrode manufacturing method of the oxygen sensor by forming a reference electrode and a detection electrode on the inner and outer surfaces of the solid electrolyte sintered body, the power supply is supplied from a cathode and a cathode for producing a planar detection electrode connected to receive power from the power supply A method of manufacturing an electrode of an oxygen sensor, characterized in that an electrode is formed on the inner surface and the outer surface of a solid electrolyte sintered body by a simultaneous sputtering method between the core-type reference electrode fabrication cathodes having the same shape as the inner surface of the solid electrolyte sintered body connected to be received. 제 1 항에 있어서, 스펏터링은 진공도 10 내지 20mmTorr, 가스 혼합비는 부피비로 Ar : N2=70 : 30 내지 40 : 60, 기준 전극 제작용 케소드의 전력 5 내지 15w/㎠, 검출 전극 제작용 케소드의 전력 13 내지 21w/㎠로 하여서 됨을 특징으로 하는 산소 센서의 전극 제조 방법.The method according to claim 1, wherein the sputtering is a vacuum degree of 10 to 20mmTorr, the gas mixing ratio is a volume ratio of Ar: N 2 = 70: 30 to 40: 60, the power of the cathode for the reference electrode fabrication 5-15w / ㎠, for the detection electrode A method for producing an electrode of an oxygen sensor, characterized in that the power of the cathode is set to 13 to 21 w / cm 2. 제 1 항에 있어서, 케소드는 백금, 로륨 및 팔라듐 단독 또는 2개 이상을 혼합한 합금을 재질로 사용하여서 됨을 특징으로 하는 산소센서의 전극 제조 방법.The method of manufacturing an electrode of an oxygen sensor according to claim 1, wherein the cathode is made of platinum, rhodium and palladium alone or an alloy of two or more thereof as a material.
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