泰宁新闻网

推荐一种片式传感器及其制备方法

鞋

泰宁新闻网 http://www.tainingxinwen.cn 2020-10-18 13:43 出处:网络
本站介绍的推荐一种片式传感器及其制备方法,小编今天为大家简单介绍一下。

本站介绍的推荐一种片式传感器及其制备方法,小编今天为大家简单介绍一下。

一种片式传感器及其制备方法

[0001] 本发明设及W氧化错电解质为基的片式传感器技术领域,特别设及一种片式传感 器及其制备方法。

[0002] 由于片式传感器具有加热时间快、响应速度高,广泛地应用于燃烧控制、安全控制 W及工业过程控制,特别是汽车发动机燃烧控制及其尾气排放控制系统中。它将氧化错材 料制作的传感器的功能部分与加热部分集成在同一小型陶瓷片体中,为了便于进行共烧 结,通常加热部分也采用与传感器部分相同的氧化错材料制成,即先将绝缘浆料(一般为 氧化侣材料或氧化侣中添加适量助烧剂制得)印刷在氧化错基片上,再将加热导电浆料印 刷其上,将加热电路包裹在氧化侣绝缘之间,从而避免高温下加热电路对传感器部分的信 号干扰。但是,由于绝缘层氧化侣印刷厚度或者印刷质量不好,经常造成加热电路漏电而影 响传感器的信号,而且片式传感器制造或使用过程中由于各叠层材料膨胀系数不同经常出 现叠层断裂的问题。



[0003] 基于上述问题,本发明目的是提供一种片式传感器的制备方法,该方法提高了加 热层与敏感层之间的绝缘性能,而且可防止不同材料层膨胀系数不同使叠层断裂导致传感 器失效的问题。
[0004] 本发明的另一目的是提供一种片式传感器。
[0005] 为了克服现有技术的不足,本发明提供的技术方案是:
[0006] 一种片式传感器的制备方法,包括W下步骤:
[0007] (1)用氧化侣粉末和氧化娃粉末或氧化儀粉末混合制作流延片作为加热层,然后 在加热层一面印刷加热电路且所述加热电路与加热层另一面的加热电路引线连接;
[000引 (2)将氧化物渗杂的氧化错粉末与氧化侣粉末混合制得至少=种不同氧化错粉末 与氧化侣粉末比例的流延片作为过渡层,其中氧化侣粉末的含量依次增加;
[0009] (3)用氧化物渗杂的氧化错粉末制作流延片作为敏感层;
[0010] (4)采用步骤(2)中制作过渡层的氧化物粉末或步骤(3)中制作敏感层的氧化物 粉末来制作参比空气通道层;
[0011] (5)将步骤(1)制得的加热层、步骤(2)制得的至少S种过渡层、参比空气通道层、 敏感层及多孔保护层自下而上依次叠加,且各过渡层中氧化错粉末和氧化侣粉末的质量比 按照排布位置自上而下依次减少,在敏感层上印刷多孔保护层;
[0012] (6)将步骤(4)制得的片式结构层在等压机或静压机上加压并加热使各层叠合在 一起;
[0013] (7)将步骤(5)制得的片式结构层在烘箱中烘烤后脱脂排胶;
[0014] (8)烧结后制得片式传感器。
[0015] 优选的,所述步骤(1)中氧化娃粉末或氧化儀粉末的含量为1?5wt%。
[0016] 优选的,所述步骤(2)和步骤(3)中氧化物为Y2〇3、MgO或CaO中一种或其混合物。
[0017] 优选的,所述氧化物的含量为2?8Mole%。
[001引优选的,所述步骤(2)中过渡层的厚度为0. 1?0. 5mm。
[0019] 优选的,所述步骤化)中加热温度为50?90°C。
[0020] 优选的,所述步骤(7)中烘烤温度为60?400°C,烘烤时间为10?30小时。
[0021] 优选的,所述步骤巧)中烧结温度为1350?1550°C。
[0022] 本发明还提供一种采用上述片式传感器的制备方法制得的片式传感器。
[0023] 与现有技术相比,本发明的优点是:
[0024] 1.采用本发明的技术方案,通过在加热层和敏感层之间设置氧化错和氧化侣含量 呈梯度分布的多个过渡层且其中氧化侣的含量为从上而下逐渐增加,提高了加热层和敏感 层之间结合力和绝缘性能,防止加热电极对传感器信号的影响,进而提高了片式结构传感 器的性能;
[0025] 2.本发明采用的技术方案,在制作过渡层和敏感层过程中添加氧化物添加剂,一 方面使上下不同材料层紧密粘合在一起,另一方面也调节不同层间的热膨胀而导致的层间 应力,避免因膨胀系数的差异导致叠层之间断裂的问题,提高了片式结构传感器的使用寿 命。

[0026] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本 领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可W根据该些附图获得其他的 附图。
[0027] 图1为采用本发明方法制得的一种片式传感器实施例1的结构示意图;
[002引其中;1、多孔保护层;2、外电极;3、敏感层;4、内电极;5、参比空气通道层;61、第 一过渡层;62、第二过渡层;63、第=过渡层;7、加热电路;8、加热层;9、加热电路引线。

[0029] W下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解,该些实施例是用于说明 本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可W根据具体厂家的条件做 进一步调整,未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0030] 本发明提供一种片式传感器的制备方法,包括W下步骤:
[0031] (1)用氧化侣粉末和氧化娃粉末或氧化儀粉末混合制作流延片作为加热层,然后 在加热层一面印刷加热电路且所述加热电路与加热层另一面的加热电路引线连接;
[0032] (2)将氧化物渗杂的氧化错粉末与氧化侣粉末混合制得至少=种不同氧化错粉末 与氧化侣粉末比例的流延片作为过渡层,其中氧化侣粉末的含量依次增加;
[0033] (3)用氧化物渗杂的氧化错粉末制作流延片作为敏感层,在所述敏感层的上下两 面分别印刷外电极和内电极;
[0034] (4)采用步骤(2)中制作过渡层的氧化物粉末或步骤(3)中制作敏感层的氧化物 粉末来制作参比空气通道层;
[0035] (5)将步骤(1)制得的加热层、步骤(2)制得的至少S种过渡层、参比空气通道层 和敏感层自下而上依次叠加,且各过渡层中氧化错粉末和氧化侣粉末的质量比按照排布位 置自上而下依次减少,在敏感层上印刷多孔保护层;
[0036] (6)将步骤(5)制得的片式结构层在等压机或静压机上加压并加热使各层叠合在 一起;
[0037] (7)将步骤(6)制得的片式结构层在烘箱中烘烤后脱脂排胶;
[003引 (8)烧结后制得片式传感器。
[0039] 本发明中,各功能片层采用流延成型工艺制得,该流延成型工艺为本领域技术人 员公知,包括浆料制备、流延成型、生巧干燥几个环节,浆料制备过程加入的有机试剂如溶 剂、分散剂、增塑剂和粘接剂为本领域常规使用的试剂而各种试剂含量也为本领域常规的 选择,其中溶剂采用水、己醇或了酬中的一种或其混合物,分散剂采用=己醇胺或鱼油中的 一种或其混合物,增塑剂采用甘油或聚己二醇或其混合物,粘接剂采用聚己締醇或己基纤 维素或其混合物;本发明创新之处在于对浆料中无机粉体材料进行了选择,将制得的各层 流延片按照上述方法中所述的顺序依次叠加后经过加热、脱脂、烧结处理后制得片式传感 器。
[0040] 其中制作加热层时氧化娃粉末或氧化儀粉末的含量为1?5wt% ;制作过渡层和 敏感层时氧化错粉末中渗杂有氧化物添加剂,该氧化物添加剂为Y2化、MgO或CaO中一种或 其混合物,W总的无机粉体材料为基准,其含量为2?8Mole%,可W提高不同功能层的粘 合并调节各个功能层的热膨胀系数,避免因热膨胀系数不同导致断裂的问题。
[0041] 本发明在加热层和参比空气通道层之间设置至少=层过渡层,各过渡层中氧化 错粉末和氧化侣粉末的比例自上而下逐渐减小呈梯度分布,例如设置=层过渡层,其中 第一过渡层中氧化错含量为90wt %,氧化侣含量为lOwt %,第二过渡层中氧化错含量为 50wt%,氧化侣含量为50wt%,第S过渡层中氧化错含量为lOwt%,氧化侣含量为90wt%, 当然氧化错和氧化侣的含量不限于上述=种情况,本发明在此处不做限制;位于上层的过 渡层中含有较多的氧化错可与W氧化错粉末为主要成分的参比空气通道具有较好的结合 力,位于下层的过渡层中含有较多的氧化侣使其与W氧化侣粉末为主要成分的加热层具有 较好的结合力,多层过渡层的设置能够提高加热层和敏感层之间的结合力同时也增加了它 们之间的绝缘性能,进而可提高片式传感器的性能。
[0042] 本发明中参比空气通道层通过在制作过渡层或敏感层时通过在流延片上切割参 比空气通道得到。
[0043] 本发明中制作电极的浆料为本领域常规的电极浆料,可W是在销粉中加入氧化侣 或氧化错微粒制成的浆料;本发明中制作多孔保护层的材料为本领域常规用来制作多孔保 护层的儀侣尖晶石微粉。
[0044] 参见图1为采用本发明方法制得的片式传感器的结构示意图,该片式传感器自下 而上依次包括加热器引线9、加热层8、加热电路7、第=过渡层63、第二过渡层62、第一过 渡层61、参比空气通道层5、内电极4、敏感层3、外电极2和多孔保护层1,加热器引线9经 加热层8上的穿孔与加热电路7连接,其中第一过渡层61、第二过渡层62和第=过渡层63 中氧化错和氧化侣的质量比依次减小,第一过渡层61中含有较多的氧化错其与参比空气 通道层5接触具有较好的结合力,第=过渡层63含有较多的氧化侣其与加热层8接触具有 较好的结合力。
[0045] W下通过具体实施例对本发明做进一步的解释和说明。
[0046] 实施例1
[0047] ①制作加热层
[0048] 将99g氧化侣粉末和Ig氧化娃或氧化儀粉末混合(其中氧化侣粉末为99wt%,氧 化娃或氧化儀粉末为Iwt % ),置于球磨机中,然后加入150g己醇、5g S己醇胺、2g甘油、7g 聚己締醇,球磨混合2化后制得粘度为5000mPa. S的浆料;将制得的浆料放入流延机中制成 厚度为0. 1?0. 5mm的流延片作为加热层,然后在加热层一面印刷加热电路且该加热电路 经加热层上穿孔与加热层另一面的加热器连接。
[0049] ②制作过渡层
[0050] 将2?8mole% Y203渗杂的氧化错粉末90g与氧化侣粉末lOg混合(其中氧化错 粉末为90wt%,氧化侣粉末为lOwt% ),置于球磨机中,然后加入150g己醇、5gS己醇胺、 2g甘油、7g聚己締醇,球磨混合2化后制得粘度为6500mPa. S的浆料,在流延机中制成厚度 为0. 1?1.0mm的流延片作为第一过渡层;将2?8mole%Y2〇3渗杂的氧化错粉末50g与氧 化侣粉末50g混合(其中氧化错粉末为50wt%,氧化侣粉末为50wt% ),置于球磨机中,然 后加入150g己醇、5gS己醇胺、2g甘油、7g聚己締醇,球磨混合2化后制得粘度为5500mPa. S的浆料,在流延机中制成厚度为0. 1?1. 0mm的流延片作为第二过渡层;将2?8mole% Y2O3渗杂的氧化错粉末lOg与氧化侣粉末90g混合(其中氧化错粉末为lOwt%,氧化侣粉 末为90wt % ),置于球磨机中,然后加入150g己醇、5g S己醇胺、2g甘油、7g聚己締醇,球磨 混合3化后制得粘度为5400mPa. S的浆料,在流延机中制成厚度为0. 1?1. 0mm的流延片 作为第=过渡层。
[0化1] ⑨制作敏感层
[00巧将2?8mole% Y203渗杂的氧化错粉末lOOg置于球磨机中,加入150g己醇、5gS 己醇胺、2g甘油、7g聚己締醇,球磨混合3化后制得粘度为5400mPa. S的浆料,在流延机中 制成厚度为0. 1?0. 5mm的流延片作为敏感层,然后在敏感层的两面采用电极浆料分别印 刷外电极和内电极。
[0053] ④制作参比空气通道层
[0化4] 将上述制得的过渡层或敏感层通过在流延片上切割空气通道制得参比空气通道 层。
[0化5] 将上述制得的加热层、第=过渡层、第二过渡层、第一过渡层、参比空气通道层和 敏感层自下而上依次叠加,并在敏感层设有外电极的一层印刷多孔保护层;将叠加后的片 式结构层放置在等压机或静压机中加压并加热使各层叠加在一起,加热温度为50?90°C, 压力为25?50MPa ;加压后的片式结构层放置在60?400°C烤箱中烘烤10?30小时W脱 脂排胶,最后在1350?1550°C下烧结制得片式传感器。
[0056] 实施例2
[0化7] 其他与实施例1相同,各功能片层中无机氧化物粉末总质量为lOOg,不同之处在 于:加热层中氧化侣粉末为97wt%,氧化娃或氧化儀粉末为3wt% ;第一过渡层中氧化错 粉末为80wt%,氧化侣粉末为20wt% ;第二过渡层中氧化错粉末为60wt%,氧化侣粉末为 40wt %;第S过渡层中氧化错粉末为20wt %,氧化侣粉末为80wt %;制作过渡层和敏感层使 用的氧化错粉末中渗杂2?8mole% MgO。
[0化引 实施例3
[0化9] 其他与实施例1相同,各功能片层中无机氧化物粉末总质量为lOOg,不同之处在 于:加热层中氧化侣粉末为95wt%,氧化娃或氧化儀粉末为5wt% ;本例中设置四层过渡 层,其中第一过渡层中氧化错粉末为90wt %,氧化侣粉末为lOwt % ;第二过渡层中氧化错 粉末为80wt %,氧化侣粉末为20wt % ;第S过渡层中氧化错粉末为50wt %,氧化侣粉末为 50wt%;第四过渡层中氧化错粉末为lOwt%,氧化侣粉末为90wt%;制作过渡层和敏感层使 用的氧化错粉末中渗杂2?8mole%化0。
[0060] 实施例4
[0061] 其他与实施例1相同,各功能片层中无机氧化物粉末总质量为lOOg,不同之处在 于:加热层中氧化侣粉末为95wt %,氧化娃或氧化儀粉末为5wt % ;本例中设置五层过渡 层,第一过渡层中氧化错粉末为95wt%,氧化侣粉末为5wt% ;第二过渡层中氧化错粉末为 80wt%,氧化侣粉末为20wt% ;第S过渡层中氧化错粉末为60wt%,氧化侣粉末为40wt% ; 第四过渡层中氧化错粉末为40wt %,氧化侣粉末为60wt % ;第五过渡层中氧化错粉末为 20wt %,氧化侣粉末为80wt %;制作过渡层和敏感层使用的氧化错粉末中渗杂2?8mole% Y2〇3、MgO和CaO的混合物。
[0062] 应该理解,本发明还可W有更多实施例,在加热层和参比空气通道层之间设置更 多层的过渡层,而且各过渡层中氧化错粉末和氧化侣粉末的含量也不限于上述实施例,只 要满足各过渡层中氧化错粉末和氧化侣粉末的质量比按照过渡层的排布自上而下逐渐减 小即可。
[0063] 对比例1
[0064] 现在制备片式传感器加热器绝缘层的方法一般为;加热层采用与敏感层的材料 一致,即用氧化错材料制备加热层,将氧化侣制备成印刷浆料印刷在氧化错上,然后在将加 热电路印刷在氧化侣层上再在加热电路上印刷一层氧化侣浆料将加热电路包裹起来,最后 将敏感层、空气通道及加热层叠在一起进行脱脂共烧结。该样制备的加热器绝缘层的绝缘 电阻一般小于30化'Q,如果氧化侣绝缘浆料印刷不均匀时,绝缘电阻可能只有200? 400k' Q。
[0065] 性能测试;为了说明本发明的效果,分别测试了如下性能
[0066] 1、密封性测试;将上述实施例中的传感器安装在片式传感器密封性测试台上进行 测试,即将片式传感器的空气通道开口一端插入密封测试台测试腔中,将压缩空气通入传 感器空气通道内,使其压力达到300kPa,同时测量其压力变化,记录压力随时间的变化,W 每分钟压力下降的多少记为气体泄漏率,单位为化/min。
[0067] 2、抗热震性测试;将所制备的传感器在900°C加热炉加热5min,然后在空气条件 下冷却至室温,再放入900°C加热炉中加热5min后取出在空气中冷却至室温,反复此过程, 直至传感器出现裂纹为止,记录反复加热冷却的次数,记为抗热震次数。
[0068] 3、绝缘电阻测试;将直流电源与传感器加热引线连接,使传感器温度达到800°C, 此时用阻抗大于10M' Q万用表测量加热器引线与传感器敏感电极(内电极或者外电极) 之间的电阻大小。
[0069] 测试结果见下表:
[0070]

1. 一种片式传感器的制备方法,其特征在于包括以下步骤: (1) 用氧化铝粉末和氧化硅粉末或氧化镁粉末混合制作流延片作为加热层,然后在加 热层一面印刷加热电路且所述加热电路与加热层另一面的加热电路引线连接; (2) 将氧化物掺杂的氧化锆粉末与氧化铝粉末混合制得至少三种不同氧化锆粉末与氧 化铝粉末比例的流延片作为过渡层,其中氧化铝粉末的含量依次增加; (3) 用氧化物掺杂的氧化锆粉末制作流延片作为敏感层,在所述敏感层的上下两面分 别印刷外电极和内电极; (4) 采用步骤(2)中制作过渡层的氧化物粉末或步骤(3)中制作敏感层的氧化物粉末 来制作参比空气通道层; (5) 将步骤(1)制得的加热层、步骤(2)制得的至少三种过渡层、参比空气通道层和敏 感层自下而上依次叠加,且各过渡层中氧化锆粉末和氧化铝粉末的质量比按照排布位置自 上而下依次减少,在敏感层上印刷多孔保护层; (6) 将步骤(5)制得的片式结构层在等压机或静压机上加压并加热使各层叠合在一 起; (7) 将步骤(6)制得的片式结构层在烘箱中烘烤后脱脂排胶; (8) 烧结后制得片式传感器。
2. 根据权利要求1所述的片式传感器的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中氧化 硅粉末或氧化镁粉末的含量为1?5wt%。
3. 根据权利要求1所述的片式传感器的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)和步骤 (3)中氧化物为Y20 3、MgO或CaO中一种或其混合物。
4. 根据权利要求3所述的片式传感器的制备方法,其特征在于:所述氧化物的含量为 2 ?8Mole%〇
5. 根据权利要求1所述的片式传感器的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中过渡 层的厚度为〇· 1?I. Omm0
6. 根据权利要求1所述的片式传感器的制备方法,其特征在于:所述步骤(6)中加热 温度为50?90 °C。
7. 根据权利要求1所述的片式传感器的制备方法,其特征在于:所述步骤(7)中烘烤 温度为60?400°C,烘烤时间为10?30小时。
8. 根据权利要求1所述的片式传感器的制备方法,其特征在于:所述步骤(8)中烧结 温度为1350?1550 °C。
9. 一种采用权利要求1至8任一所述的片式传感器的制备方法制得的片式传感器。
本发明公开了一种片式传感器及其制备方法,其中制备方法上通过在加热层和敏感层之间设置至少三种过渡层且各过渡层中氧化锆粉末和氧化铝粉末的含量自上而下逐渐减少呈梯度分布。本发明提供的片式传感器的制备方法能够提高加热层和敏感层之间的结合力同时增加它们之间的绝缘性能,还能防止出现因为各功能层因为膨胀系数差异导致传感器断裂的问题,从而提高片式传感器的性能和使用寿命。
G01N27-407
CN104569106
CN201410816553
朱捷, 肖建中
昆山圣赛诺尔传感技术有限公司
2015年4月29日
2014年12月24日

推荐一种片式传感器及其制备方法的相关内容如下:

本文标题:推荐一种片式传感器及其制备方法
http://www.tainingxinwen.cn/qitaxinxi/521301.html

0

精彩评论

暂无评论...
验证码 换一张
取 消