. 0 μ m，优选从 0. 05 μ m至2. 0 μ m，例如为0. 5 μ m或者I. 0 μ m。此外，所述溶胶可具有至少一个成孔剂，例 如煤粉。两个热冲击防护层42和44至少区段地施加到已烧结的固体电解质12上。
[0048] 在施加溶胶后接着对固体电解质12进行热处理步骤。所述热处理步骤在温度从 40°C至120°C，优选从50°C至100°C下执行，例如在75°C下执行。所述热处理步骤例如可执 行的持续时间从5分钟到30分钟，例如在50°C时持续12分钟。由此，使溶胶中的有机组分 交联。随后，在施加溶胶后对固体电解质12执行至少一个回火步骤。回火步骤可在温度从 1000°C到1300°C，优选从1100°C到1200°C下执行，例如在1150°C下执行。例如，所述回火 步骤执行小于10分钟。所述回火步骤可通过外部装置或者通过加热元件18执行。例如， 在加热元件18上施加电压，由此使加热元件加热。通过回火步骤，溶胶中的有机物被氧化 并且构成位于所述陶瓷材料的前体的颗粒之间的固体桥，其不仅通过有机金属的前体的氧 化形成而且通过陶瓷颗粒的烧结形成。所述回火步骤借助加热元件18有利地执行，因为由 此保证有机组分的氧化产品更好地气体排出。通过所述回火步骤，使所述成孔剂燃烧，从而 在由溶胶形成的陶瓷第一层42中形成第一孔隙率，例如50%的孔隙率。由此保证，例如扩 散的气相过程与常规传感器元件相比只有稍微改变。所述孔隙率可通过溶胶的、陶瓷填料 颗粒的以及成孔剂的适当选择和种类进行调整。这里明确强调的是，由此也允许获得更高 的孔隙率，例如55%、60%或70%。
[0049] 层材料应被阻止侵入到气体进入孔24中并且保证气体进入孔24的热冲击鲁棒 性，从而存在如下可行性：在关于气体进入孔24施加热冲击防护层之前，借助滤网印刷或 仿形印刷施加多孔的陶瓷层，接着烧结固体电解质12。然后，施加热冲击防护层，其中获得 了多孔性被覆盖的气体进入孔24的封闭。
[0050] 替代性地，上述浸渍或喷溅过程也使用溶胶-凝胶溶液，用于借助所述涂覆方法 制成多个具有不同孔隙率的层。所述孔隙率可通过溶胶的、陶瓷填料颗粒的以及成孔剂的 适当选择和种类而进行调整。例如，与用于第二层44的溶胶相比，第一层42使用更大含量 的成孔剂。溶胶的第二层44被施加到第一层42上，其中，第一层42在回火步骤之后具有 比第二层44更大的孔隙率。第二层44例如被这样施加，使得第二层44在制成后具有上述 厚度，例如50 μ m的厚度。由此，例如热冲击防护层32由多层组成，这些层具有孔隙率的梯 度。也可施加多于两层。例如，重复施加多个层连同随后的热处理。如果施加所有希望的 层，则这些层一起被回火。替代地，所述回火步骤可在层的各热处理之后执行。
[0051] 可行的是：用于第一层42和/或第二层44的溶胶这样被施加，使得所述层在侧边 缘40上比在侧表面38上厚。侧边缘40上的更大的层厚可通过未被干燥的悬浮体从侧表面 38减少和有针对性地涂覆到侧边缘40上实现。例如这可通过有针对性地调整所述悬浮体 的流变特性或者通过多重涂覆溶胶实现。替代性地或者附加地，在侧边缘40上更大的层厚 可通过由于改变固体电解质12的边缘磨削而更好地润湿侧边缘来实现，例如在侧边缘40 上执行倒棱圆角磨削或多次平面磨削。
[0052] 此外，可使用不同的涂覆方法（例如喷溅、浸渍、热喷射，尤其是等离子体喷射）、 印刷方法（如丝网印刷、仿形印刷）、以及刮板方法，以制造各热冲击防护层。此外，所述层 可由不同的材料制成，但在制造时可进行相同的处理，例如使用相同的涂覆方法。此外，所 述层可被施加在已烧结的或者未被烧结的传感器元件上。
[0053] 图5示出了根据本发明的传感器元件10在具有热冲击防护层32的侧边缘40的 区域中的局部放大图，热冲击防护层32由等离子体喷射的第一层42和由上述溶胶形成的 第二层44构成。可知第一层42比第二层44更厚。例如，第一层42具有170 μ m的厚度， 而第二层44具有80 μ m的厚度。
[0054] 实现梯度的热冲击防护层32的另一替代的可行性在于，高孔隙率的悬浮体喷射 的第一层42的施加，第一层42具有的厚度例如是250 μm，因而比根据上述制造方法的第 一层42更厚。第一层42的表面，即背离固体电解质12的各侧，在第二步骤中，通过在等离 子体燃烧器的火焰中进行热处理而被熔焊。等离子体燃烧器的等离子体可具有l〇〇〇〇°C至 20000°C的温度，等离子体燃烧器的间距在此这样调整，使得第一层42表面上的温度是大 约2000°C。这导致热冲击防护层32的表面的渗透性降低，并且第二层44由第一层42形 成。
【主权项】
1. 用于制造传感器元件（10)的方法，所述传感器元件用于探测测量气体腔室中测量 气体的至少一个特性，所述传感器元件尤其用于检测所述测量气体中气体组分的含量或者 所述测量气体的温度，所述制造方法包括以下步骤： -提供至少一个固体电解质（12)，其具有至少一个功能元件（14、16、18); -至少区段地将由陶瓷材料形成的至少一个第一层（42)施加到所述固体电解质（12) 上，其中，所述第一层（42)在施加后具有第一孔隙率；以及 -至少区段地施加由陶瓷材料形成的至少一个第二层（44)，其中所述第二层（44)在施 加后具有第二孔隙率，其中，所述第一层（42)与所述第二层（44)在至少一个材料特性方面 是不同的。2. 根据前述权利要求所述的方法，其中，所述材料特性选自下述组：孔隙率、导热性、 热膨胀系数、热容、可润湿性和热冲击防护性。3. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一层（42)和所述第二层（44) 由不同的材料制成。4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一孔隙率大于所述第二孔隙 率。5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一层（42)具有比所述第二层 (44)更小的热容。6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一层（42)和/或所述第二层 (44)通过等离子体喷射、喷派、浸渍、印刷或刮板方法被施加。7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，一个或多个层被施加到已烧结的传 感器元件（10)上。8. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，一个或多个层被施加到未被烧结的 传感器元件（10)上。9. 根据前一权利要求所述的方法，其中，所述第一层（42)和/或所述第二层（44)由溶 胶制成。10. 根据前一权利要求所述的方法，其中，所述方法还包括：在施加所述溶胶后，对所 述固体电解质（12)进行至少一个热处理步骤。11. 根据前两权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：在施加所述溶胶 后，对所述固体电解质（12)进行至少一个回火步骤。12. 根据前一权利要求所述的方法，其中，所述固体电解质（12)还包括用于加热所述 固体电解质（12)的加热元件（18)，其中，所述加热元件（18)执行所述回火步骤。13. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一层（42)借助于大气等离 子体喷射被施加。14. 根据权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二层通过所述第一层的背离所述 固体电解质的表面的热处理、尤其是熔化被施加。15. 传感器元件（10)，用于探测测量气体腔室中测量气体的至少一个特性，尤其用于 检测所述测量气体腔室中气体组分的含量或者所述测量气体的温度，所述传感器元件包 括： 至少一个固体电解质（12)，其具有至少一个功能元件（14、16、18); 至少一个第一层（42)，其由陶瓷材料形成且位于所述固体电解质（12)上，其中，所述 第一层（42)具有第一孔隙率；和 至少一个第二层（44)，其由陶瓷材料形成，其中，所述第二层（44)具有第二孔隙率且 在至少一个材料特性方面是不同的。16.根据前一权利要求所述的传感器元件（10)，其中，所述第一孔隙率大于所述第二 孔隙率。
【专利摘要】用于制造传感器元件(10)的方法，传感器元件用于探测测量气体腔室中测量气体的至少一个特性，尤其用于检测测量气体的气体组分的含量或者测量气体的温度。所述方法包括以下步骤：提供至少一个固体电解质(12)，其具有至少一个功能元件(14、16、18)；至少区段地将至少一个由陶瓷材料形成的第一层(42)施加到所述固体电解质(12)上，其中，所述第一层(42)在施加后具有第一孔隙率；和至少区段地施加至少一个由陶瓷材料形成的第二层(44)，其中，所述第二层(44)在施加后具有第二孔隙率，所述第一层(42)在至少一个材料特性方面不同于所述第二层(44)。还提出了一种能根据该方法制造的传感器元件。
【IPC分类】G01N27/407
【公开号】CN105190300
【申请号】CN201480013962
【发明人】T·屈恩莱因, T·莫泽, H·京舍尔, L·迪尔, C·皮特斯
【申请人】罗伯特·博世有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2014年1月10日
【公告号】DE102014204124A1, EP2972278A1, US20160061767, WO2014139691A1