[发明专利]平板式氧传感器复合加热电极及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种平板式氧传感器复合加热电极及其制造方法，特别是指一种用合金和金属氧化物混合加热制备电极的方法，属于氧传感器技术领域。

背景技术

电极电路是氧传感器的关键部件。该电路的制造难点在于，电路要求导电，就必须由金属制造，整个制造过程要经历超高温，通常在1500度以上，超过了大部分金属的熔点。在这样高温下金属材料非常容易被周围空气中的氧气氧化，一旦氧化成氧化物，就不再具有导电性了，因此能供选择的金属材料范围很窄，选择材料是电极电路制造过程的工艺核心。

传统制造工艺制作电极电路的材料选择主要有两类，第一是选择铂金Pt材料，特点是熔点足够高，在1700度，高于制造温度，而铂金本身非常稳定，几乎在任何条件下都不氧化，非常适用于制造高温电路，所以一般氧传感器产品中采用的都是铂金电路，但是缺点是铂金是最昂贵的的金属材料之一，铂金电路占了总成本的一大部分。

第二选择是金属钨W，特点是熔点最高的金属，达3600度，远高于制造温度，而且成本很低。缺点是本身很容易被氧化，在高温制造过程中被空气中的氧气氧化后就不再具有金属的导电性，为此必须采用向高温电炉中通入氮气等惰性气体防止氧化，高温气氛保护电炉使用与维护都比较复杂，成本也高。而且在之后的长期使用过程中，由于氧传感器的工作温度平均在700度以上，钨电路依然会发生缓慢的氧化，最后失去金属导电性而失效，产品寿命大大受限。

通过改进制作工艺，寻找昂贵金属的代替品，存在巨大的商业潜力。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本的电极工艺制作方案，对传统工艺在材料选择和工艺过程上进行改进，采用相对廉价的特定的合金及金属氧化物材料，代替昂贵的稳定金属材料，主要是铂金Pt材料，以及使用过程中容易被氧化的金属材料，金属钨W材料，以达到降低成本的目的。

本发明一种平板式氧传感器复合内电极制造方法的技术方案是：

步骤一，制备钯浆料基底：把粉末金属钯和有机分散剂按4∶1比例混合，用研磨的工艺制备成为均匀，流动良好的浆料状；

步骤二，加入金属钌粉末，其比例可以是钯浆料基底70-85份，金属钌粉末15-30份，用搅拌工艺让其分散，制成混合浆料；

步骤三，加入氧化铝粉末，其比例可以是前述混合浆料90-95份，氧化铝5-10份，同样用搅拌工艺让其分散；

步骤四，在上述浆料容器中加入小颗粒氧化锆磨球，采用滚筒式球磨法制备成均匀分散，流动良好的浆料；

步骤五，将制备好的浆料印刷在其他相关的功能层胚片上，和整体一起烧结。

其中，所述有机分散剂一般采用醇类有机分散剂；

其中，氧化锆磨球约占容器体积的15％；

该技术方案的原理是，其具有的独特性能是金属钯Pd和金属钌Ru制备的电路电极，在高温制造升温过程中，从室温升温至800度过程，都会被空气中氧气所氧化，由于化学势不同，钯氧化较快钌氧化较慢，主要物质成分为氧化钯PdO和金属钌Ru。

然后继续升温，高于800度至1000度，金属钯的氧化物氧化钯PdO发生分解，氧元素被化学势较低的钌所夺取，主要成分变为金属钯Pd和氧化钌RuO。

到了1100度以上，氧化钌RuO由于蒸汽压较低，开始发生升华，物质扩散运动到合金表面，但被合金中掺杂的氧化铝所固定，不进一步升华成气体，停留在合金表面。

然后完成高温制造工艺后，冷却过程以及之后的使用过程中，合金表面的氧化钌RuO对合金本体有保护作用，阻止了金属钯的氧化，保证了金属钯导电性，同时氧化钌是一种特殊的氧化物，是少数具有导电性的金属氧化物之一，因此氧化钌的存在并不会有碍于电路的整体导电性。

其中，可以用金属铱Ir代替金属钌Ru，以及用氧化锆粉末替代步骤三中的氧化铝粉末。

在实际烧结的过程中，升温控制是本发明，本实施例的升温方案是：将印刷好的浆料及平板式氧传感器整体，在一百分钟内均匀升温至800度，保持约一百分钟，继续在一百分钟内均匀升温至1000度，再保持约两百分钟，然后在七百分分钟内将温度阶段性的升温至一千六百度，保持约二百分钟，最后在三百分钟内，较均匀地将温度回调至常温。

本发明技术方案的设计效果是，一方面避免了使用昂贵的铂金作为原料，使用的钯-料-氧化铝复合合金成本只有铂的30％，另一方面不需要复杂昂贵的高温气氛保护电炉，也不存在长时间工作下高温失效问题，比传统设计与工艺有显著优势。

附图说明

图1为实施例总体结构示意图；