内腔室结构对氧气传感器的性能影响研究.pdf

2010年第29卷第10期
传感器与微系统( Transducer and Microsystem Technologies
研究与探讨
内腔室结构对氧气传感器的性能影响研究
程迎国,周明军,玉芳,朱保峰,刘智敏
(中国电子科技集团公司第四十九研究所,黑龙江尔滨156000
摘要:介绍了一种制作陶瓷内腔室的工艺方法,该方法可以应用于制作氧化锆氧气传感器内部的气体
腔室,包含极限电流氧气传感器、分压型氧气传感器等,并可以对腔室体积自由控制,屏弃了传统方法利用
玻璃封接来实现的工艺步骤。以极限电流氧气传感器为例,研究了内腔室结构对传感器的性能影响,对提
高氧气传感器的响应时间和可靠性具有指导意义。
关键词:氧气传感器;极限电流;气体内腔室
中图分类号:TP212.2文献标识码:A文章编号:10009787(2010)10-0009-02
Research on influence of inner chamber structure on
function of oxygen sensor
CHENG Ying-guo, ZHOU Ming-jun, HAO Yu-fang, ZHU Bao-feng, LU Zhi-min
(The 49th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Harbin 150001, China
Abstract A special technology which was used to make ceramic inner chamber of zirconia oxygen sensor such as
limiting curent type oxygen sensor and partial pressure type oxygen sensor was studied. This technology could
control the volume of chamber freely. It abandoned traditional glass sealing process. The effect of inner chamber
structure on property of limiting current type of oxygen sensor was also discussed. Generally speaking, the
lechnology was very important to improve the response time and reliability of limiting current type of oxygen
ensor
Key words: oxygen sensor; limiting current; gas inner chamber
引言
形成一个多孔状态,并且,这种多孔状态具有一定的支撑强
氧化锆氧气传感器包括极限电流氧气传感器?、分度不会塌陷,利用这个多孔状态将腔室内的有机膜片氧化
压型氧气传感器?汽车氧气传感器等。该类氧气传感挥发出来,当温度达到烧成温度时,陶瓷孔闭合,形成具有
器的特点是环境适应性强,可以满足许多苛刻场合的使用内部空腔的致密陶瓷结构。
要求,并具有较长的使用寿命,但由于工艺复杂、造价高等
支撑膜片
支撑膜挥发
内腔室
因素,制约了其更广泛的应用。利用陶瓷共烧结技术制作
的氧化锆氧气传感器,无需玻璃封接工艺,就能实现良好的
陶瓷生态膜片
多孔陶瓷
陶瓷
(a)层压
()脱脂
性能,提高了产品的可靠性,并易于实现商业化批量生产
(c)烧结
(a) laminating
(b)burnout
(c) sintering
根据氧化错氧气传感器的工作原理,作为共烧结一体式的
图1陶瓷内腔室的形成机理
传感器结构,首先要解决的是传感器内部的气体腔室形成
Fig 1 Formation mechanism of ceramic inner chamber
工艺。本文以极限电流氧气传感器为例,利用一种新颖的2样品制作
工艺技术来实现陶瓷内腔室的制作,并验证了腔室体积对
制作共烧结极限电流氧气传感器,设计传感器的腔室
极限电流氧气传感器的性能影响,为研制高可靠快响应的面积为3mmx2.5mm,腔室间隙为90,50,10m。
极限电流氧气传感器提供理论依据。
本实验支撑膜片选用一种特殊的有机材料(S材料)通
1陶瓷内腔室的形成机理
过流延工艺或丝网印刷形成。首先,利用S材料,通过流延
如图1所示,陶瓷内腔室的形成是由于陶瓷流延生瓷工艺制作125m和65m的流延膜片,作为共烧结极限电
膜片在高温烧结之前,会有一个脱脂过程,当脱脂结束时会
流氧气传感器的支撑膜,制作A组和B组氧气传感器。然
收稿日期:2010-06-02