[发明专利]尖晶石粉末及其制备方法以及喷镀膜及气体传感器元件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及尖晶石粉末及其制备方法、喷镀(溶射)膜的制备方法以及气体传感器元件的制备方法。

背景技术

由于由氧化镁和氧化铝构成的尖晶石(MgO·Al₂O₃类尖晶石) (以下简称为“尖晶石”)具有高耐热性、高结晶稳定性，所以作为其应用例一直以来就被用作用于检测内燃机氧浓度的气体传感器元件的电极保护膜。例如，如日本特开2008-286810号公报中记载的气体传感器元件广为人知，将使用尖晶石粉末而得的等离子喷镀膜用作氧传感器元件的电极保护膜。氧传感器元件由内部设置有参比气体室的杯型固体电解质体、设置于该固体电解质体外侧面且与被测定气体接触的测定电极和设置于上述固体电解质体内侧面的参比电极构成。另外，将使用尖晶石粉末而得的等离子喷镀膜作为保护膜设置于测定电极的外侧。另外，在氧传感器元件中，在上述参比气体室插入配置通过通电来发热的加热器。上述氧传感器元件若未达到一定以上的温度则无法检测氧浓度。通过加热器的加热，氧传感器元件即使在外部环境温度低的状态下也可测定氧气浓度。检测氧浓度的结构通过使排出气体渗出等离子喷镀膜，到达电极，在此电极上反应而产生输出。

但是，目前的氧传感器元件存在如下所示的问题。即，等离子喷镀为将尖晶石粉末投入5000℃以上的等离子火焰，在非常短的滞留时间内熔融而在元件表面成膜的方法，其中，尖晶石未稳定熔融会产生喷镀膜气孔率的偏差。因此，存在传感器的响应性产生偏差的问题。气孔率偏差的因素也有等离子火焰的稳定性等因素，但也有尖晶石粉末的颗粒形状的问题。据认为由于尖晶石粉末为平坦的表面，一瞬间承受来自高温等离子火焰的热，所以受热效率差，熔融性产生偏差。结果导致气体传感器的特性产生偏差。

尖晶石粉末的表面平坦这一上述特征源于其制备方法。即，原因在于尖晶石粉末如下制备：将氧化铝原料粉末和氧化镁原料粉末短时用电炉加热熔融，短时反应凝固生成尖晶石，然后进行粉碎和分级至规定的粒径。在这里，粉碎通过机械冲击、通过破碎进行。因此，因破碎应力形成破裂的表面，尖晶石粉末的表面变得平坦。

为稳定地用于喷镀，使用粒度进行过调整而适合喷镀的尖晶石粉末。粒度的调整中，在将用电熔法制备的尖晶石粉碎后，仅使用通过分级操作达到规定粒度范围的粉末，而废弃粒度偏离范围的粉末，所以存在喷镀用粉末的成本升高的问题。

另外，为适应今后的排出气体规定，要求精密控制排出气体的组成等，作为气体传感器，有必要抑制特性的偏差和耐久性特性波动。现有结构所涉及的气体传感器元件难以满足这样的要求。需说明的是，在江副正信, 耐火物, 43 [1] 29-37 (1991)中记载有尖晶石的生成机制，对此会在下文中提及。

先前技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-286810号公报

非专利文献

非专利文献1：江副正信, 耐火物, 43 [1] 29-37 (1991)。

发明内容

发明所要解决的课题

本发明为解决上述问题，提供喷镀性优异、皮膜的性能提高、并且可廉价制备的尖晶石粉末及其制备方法，喷镀膜的制备方法，以及气体传感器元件的制备方法。

解决课题的手段

本发明人为解决上述课题而深入研究，结果发现，通过在向电熔氧化铝中混合氧化镁原料后进行煅烧，可得到喷镀性优异，并且具有特异形状的尖晶石粉末。

另外，电熔氧化铝用作研磨材料或耐火物等的用途非常广，因而，在分级成喷镀用后，可将未使用的粉末用于其它用途，所以可非常廉价地使用电熔氧化铝。另外，由于通过使用此分级过的电熔氧化铝与氧化镁原料混合进行煅烧来生成尖晶石，所以可提供整体成本降低并且喷镀性优异的尖晶石粉末。

本发明以上述见解为基础，提供以下发明(1)~(10)。

(1) 尖晶石粉末，其特征在于，由粒状尖晶石粒子覆盖。

(2) 上述(1)中记载的尖晶石粉末，其中，粒状尖晶石粒子的大小为约0.1~4μm。

(3) 上述(1)或(2)中记载的尖晶石粉末，其中，平均粒径D50为约10~70μm，并且比表面积为约0.2~2m²/g。

(4) 上述(1)~(3)的任一项中记载的尖晶石粉末，其中，氧化铝含量为69~82%，并且氧化镁含量为18~31%。