一种片式传感器及其制备方法
【技术领域】
[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。
【背景技术】
[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。
【发明内容】
[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。
【附图说明】
[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。
【具体实施方式】
[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