[发明专利]镶嵌式板状氧传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车电喷发动机用二氧化锆氧传感器的技术领域，尤其是一种镶嵌式板状氧传感器及其制备方法。

背景技术

期汽车产业发展迅猛，尾气排放标准不断的提高，对汽车用氧传感器的要求也不断提高。目前国内普遍采用的是管式二氧化锆氧传感器，使用管状二氧化锆敏感探头，中间引入氧化铝陶瓷加热芯，加热方式为间接加热，产品尺寸大，结构复杂，响应速度慢，很难满足目前日益严格的尾气排放要求。国际上已经开始批量使用一体式板状氧传感器，但由于采用高温或者中温共烧技术体系，普遍存在工艺复杂，材料成本高、加热电路容易窜漏、工作时绝缘耐压低的缺点。

发明内容

为了克服现有的二氧化锆氧传感器产品尺寸大、结构复杂、响应速度慢以及材料成本高的不足，本发明提供了一种镶嵌式板状氧传感器及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种镶嵌式板状氧传感器，包括陶瓷加热器、氧化锆敏感元件、玻璃釉密封层、发热电路、参比气通道、氧化铝基体和凹槽，陶瓷加热器内设有氧化锆敏感元件，陶瓷加热器与氧化锆敏感元件通过玻璃釉密封层连接，陶瓷加热器由氧化铝基体和凹槽组成，氧化铝基体上表面上设有凹槽，下表面上设有发热电路，氧化锆敏感元件与凹槽之间设有参比气通道。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括氧化锆敏感元件一侧设有内电极，另一侧设有外电极，外电极表面覆有多孔保护层。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括发热电路前部覆有一层玻璃釉绝缘层，后部露出形成两个发热电路引脚。

本发明解决其技术问题所采用的另一种技术方案是：一种镶嵌式板状氧传感器制备方法，其制备方法包括以下步骤：

一. 陶瓷加热器以烧结致密的95氧化铝陶瓷为基体，在氧化铝基体表面开设凹槽；

二. 在带凹槽的氧化铝基体下表面采用厚膜丝网印刷工艺印刷发热电路，在发热电路的前部印刷玻璃釉绝缘层，后部露出形成两个发热电路引脚，然后再1200℃的空气中烧结，随炉冷却后发热电路、玻璃釉绝缘层和氧化铝基体紧密结合形成一体；

三. 氧化锆敏感元件是以烧结致密的5摩尔钇稳定氧化锆为基体制成长条形薄片，薄片厚度为0.4mm-0.6mm，在薄片的上下表面分别印刷内电极和外电极，同时，在外电极表面印刷多孔保护层，然后再1200℃的空气中烧结，随炉冷却后内电极、外电极、多孔保护层和氧化锆基体紧密结合形成一体；

四. 将氧化锆敏感元件镶嵌在陶瓷加热器的凹槽内，接缝处填充玻璃釉密封层，在1200℃的空气中烧结，随炉冷却后氧化锆敏感元件和陶瓷加热器通过玻璃釉密封层紧密结合形成一体，最终形成镶嵌式板状氧传感器。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述参比气通道由氧化锆敏感元件与陶瓷加热器的凹槽之间形成，参比气通道与大气连通，该参比气道宽度为0.8mm-1.0 mm，高度为0.4mm-0.5mm。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述发热电路的印刷浆料由金属钯粉、金属铂粉、玻璃料以及有机溶液料混合组成，其中金属钯粉、铂粉以及玻璃料的粒度为1.5-2.5微米，钯粉、铂粉以及玻璃料的重量比为：钯粉为80-85；铂粉为3；玻璃料为12-17。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述内电极以及外电极的印刷浆料由金属铂粉、球形石墨粉、玻璃料以及有机溶液料混合组成，其中金属铂粉、球形石墨粉以及玻璃料的粒度为1.5-2.5微米，金属铂粉、球形石墨粉以及玻璃料的重量比为：金属铂粉为75-80；球形石墨粉为10，玻璃料为10-15。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述多孔保护层的印刷浆料由5摩尔钇稳定氧化锆粉、球形石墨粉、玻璃料以及有机溶液料混合组成，其中氧化锆粉的粒度为0.3-0.4微米，球形石墨粉以及玻璃料的粒度为1.5-2.5微米，氧化锆粉、球形石墨粉以及玻璃料的重量配比为：氧化锆粉为78-82；球形石墨粉为5；玻璃料为13-17。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述玻璃釉绝缘层、玻璃釉密封层、发热电路印刷浆料中的玻璃料、多孔保护层印刷浆料中的玻璃料、内电极印刷浆料中的玻璃料以及外电极印刷浆料中的玻璃料均由玻璃釉粉构成，该玻璃釉粉为一种无铅中温玻璃釉粉，其粒度为1.5-2.5微米，各成分重量比为：氧化铝为29；氧化锆为27；氧化硅为32；氧化锂为4；氧化铋为5；氧化锌为3。

本发明的有益效果是，这种镶嵌式板状氧传感器提高了产品的高温绝缘性能，电信号响应速度快，降低了能耗以及生产成本，延长了产品的使用寿命，易于使用推广。

附图说明