用于形成气体传感器电极的金属膏的制作方法_2

文档序号:9239912阅读:来源:国知局
稳定化氧化错时,对于氧化锭等的配合量没有特别限制,可W是部 分稳定化氧化错。需要说明的是,金属膏的陶瓷粉末优选为与被涂布的基板所使用的陶瓷 基本上相同的材质,因此可W包含Zr化W外的具有氧化物离子传导性的陶瓷(La、Ce、Pr、 Nd、Sm、Hf等的氧化物等)。
[0022] 本发明的传感器电极中,陶瓷粉末的分散量(含有率)W固体成分的质量基准计 优选为10~20质量%。低于10质量%时,难W发挥其本来的作用(对基板的收缩率的追 随作用),另外,作为用于得到电极的多孔质结构的骨架产生不足。另一方面,若超过20质 量%,则难W在电极内部得到接近导电性金属的状态,电阻上化可能会失去作为电极的功 能。另外,陶瓷粉末的粒径优选设为100~500nm。该是由于粗大的陶瓷粉末会阻碍电极中 的导电性粒子的分散。另外,陶瓷粉末作为电极的骨架起作用,因此过细的陶瓷粉末会影响 电极的多孔性。
[0023] 而且,本发明的金属膏的特征在于,与上述导电性粒子、陶瓷粉末一同添加无机氧 化物粒子和不溶性粒子。
[0024] 无机氧化物粒子是为了抑制导电性粒子的烧结从而防止导电性粒子粗大化而添 加的。由于导电性粒子的粗大化影响电极的电阻,可W说无机氧化物粒子是为了实现电极 的低电阻化而添加的构成。作为该导电性粒子的烧结抑制剂应用的无机氧化物粒子由氧化 侣(Al2〇3)形成。本发明人等发现,若为由氧化侣形成的无机氧化物,则可W抑制在赔烧过 程的膏中导电性粒子彼此烧结。
[0025] 对于该无机氧化物粒子的添加量,W固体成分的质量基准计需要设为0. 5~3. 0 质量%。低于0.5质量%时导电性粒子的烧结抑制效果变得不充分。另外,若超过3.0质 量%,则阻碍氧化物离子导电性因而不优选。
[0026] 而且,无机氧化物粒子的粒径优选设为5~500nm。低于5nm时难W在膏中均匀分 散,担屯、导电性粒子的局部的粗大化。另外,无机氧化物粒子也会在赔烧过程中烧结,因此 粒径大的无机氧化物粒子由于粗大化而无法均匀地发挥导电性粒子的烧结抑制效果,因此 优选将500nm设为上限。若考虑在本发明中的作用,无机氧化物粒子的粒径过小或过大都 可能无法充分发挥功能。
[0027]接着,对本发明的另一特征即不溶性粒子进行说明。"不溶性"的意思是,对于使金 属膏的各构成混合、分散的溶剂为不溶性。本发明中的"不溶性粒子"是具有高温烧失性的 粒子,在金属膏中W固体状态分散并在涂布于基板后也维持该状态,但在形成电极时的赔 烧过程(约1300~1600°C)中烧失。因此,在赔烧后的电极中在存在过不溶性粒子的部 分形成孔。通过所述作用对电极赋予多孔质结构来实现=相界面的形成、电极活性的提高。 也就是说,不溶性粒子是作为提高电极活性的因子而添加于金属膏中的构成。
[002引作为该不溶性粒子的具体例,首先,可W举出丙締酸树脂、聚己締、聚对苯二甲酸 己二醇醋、聚碳酸醋、氣树脂、可可碱等有机物。该是由于它们不溶于通常用于金属膏的 溶剂,并且可W在高温下烧失。应用该些有机物时,添加量W固体成分的质量基准计设为 1.0~5.0质量%。低于1.0质量%时不能形成充分的孔。另一方面,若超过5.0质量%, 则有赔烧膜厚变薄,难W得到必要膜厚的倾向。
[0029] 作为不溶性粒子,除了上述有机物之外,还可W应用碳、金刚石粉等。该是由于碳 和金刚石粉也不溶于通常用于金属膏的溶剂,并且可W在高温(赔烧过程)下烧失。作为 本发明中的碳,除了碳黑等无定形碳质之外,还可W应用层状结构的石墨等。关于不溶性粒 子的添加量,在使用上述有机物时如上所述添加量设为1. 0~5. 0质量%,与此相对,在应 用碳或金刚石粉时,添加量可W设为1. 0~15. 0质量%。在应用碳或金刚石粉时,优选的 添加量为5. 0~15. 0质量%。虽然添加量低于5. 0质量%也能赋予多孔质结构,但在5. 0 质量%W上时,容易成为尤其导电性和电极活性良好的电极。若添加量超过15.0质量%, 则导电性和电极活性有降低的倾向。
[0030] 不溶性粒子的粒径优选设为0. 5~3ym。该是由于低于0. 5ym时孔过小而气体 不能充分扩散,若超过3ym则孔过大而膜整体的细小的孔的分散变得不充分。
[0031] 在本发明中,需要添加无机氧化物粒子和不溶性粒子该两者,只添加任意一种时 不发挥本发明中的效果。该是由于两添加剂分别通过不同机理,发挥不同效果(导电性粒 子的粗大化抑制、电极结构的多孔质化)。
[0032] 本发明的金属膏是将上述导电性粒子、陶瓷粉末、W及无机氧化物粒子、不溶性粒 子分散于溶剂中而成的。在此,作为在本发明中可W应用于金属膏制造的溶剂,可W使用一 直W来使用的溶剂。具体来说,可W应用己二醇、丙二醇、己二醇单苯離、苯甲醇、煤油、石 蜡、丫-了内醋、N-甲基化咯烧酬、了基卡必醇、松节油、a-松油醇、松油醇等通常的溶剂。
[0033] 在金属膏中,关于溶剂与固体成分(导电性粒子、陶瓷粉末、W及无机氧化物粒 子、不溶性粒子)的混合量,优选使固体成分相对于膏整体为50~90质量%。该是由于低 于50%质量时,电极膜变得过薄,若超过90质量%则膏化变得困难。
[0034]另外,金属膏中可W添加为了使其具有粘度、触变性而通常使用的树脂。作为该树 月旨,一般是天然树脂、氨基系树脂、醇酸树脂等。特别优选己基纤维素之类的树脂。
[0035] 本发明的金属膏可W通过将导电性粒子、陶瓷粉末、无机氧化物粒子、W及不溶性 粒子和溶剂混合而制造。此时,可W预先将导电性粒子、陶瓷粉末、W及无机氧化物粒子、不 溶性粒子的各粉末混合,并将混合粉末分散于溶剂中,也可W在溶剂中依次添加、分散各粉 末。溶剂与固体成分的混合中,优选用=漉磨机等实现充分混合、混炼均匀化。
[0036] 由本发明的金属膏制造电极时,赔烧温度优选设为1300~1600°C。该是由于可W 充分烧结而得到电阻值低的电极。像该样形成的电极膜具有微细粒子分散并且具有适度的 孔的多孔质结构。
[0037] 发明效果
[003引如W上说明,通过利用本发明的用于形成传感器电极的金属膏,可W形成具有作 为气体传感器电极适合的活性和导电性的电极。该电极具有适当包含作为反应区所必需的 =相界面的多孔质结构,并且适度地分散有微细的导电性粒子和陶瓷粉末,高活性且电阻 值低。
【附图说明】
[0039] 图1是说明通常的氧气传感器的结构的图。
[0040] 图2是详细说明氧气传感器的电极内部(S相界面)的图。
[0041] 图3是本实施方式中制造的电极的剖面照片和表面照片。
【具体实施方式】
[0042]W下,对本发明的实施方式进行说明。本实施方式中,作为导电性粒子应用63重 量%Pt(粒径0. 7ym),作为陶瓷粉末应用15重量%WmoDYSZ(氧化锭稳定化氧化错; 粒径0. 2ym),进而制造将粒径等不同的各种无机氧化物粒子、不溶性粒子混合而成的金属 膏。需要说明的是,作为不溶性粒子的金刚石使用Tomeidiamond株式会社制MD800,石墨使 用沈C碳株式会社制SGP-3。然后,在基板上涂布该些金属膏并进行赔烧而形成电极,评价 其电特性。
[0043] 金属膏的制造中,混合各粉末,将其投入作为溶剂的松油醇中,进一步添加二胺系 表面活性剂和己基纤维素,用=漉磨机进行混合、混炼而膏化。混合粉末的混合量相对于膏 整体设为80质量%。
[0044] 制造金属膏后,形成电极进行其评价。电极的形成是在99质量%YSZ生片(厚度 0. 3mm)上通过丝网印刷涂布金属膏。然后,在1450°C下赔烧处理1小时形成电极。电极在
当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1