[发明专利]锥形双电池宽域氧传感器及其制作方法

权利要求书

1.一种锥形双电池宽域氧传感器，包括氧化锆管和加热棒，其特征是，所述氧化锆管和加热棒均为锥形，所述锥形氧化锆管（1）内表面设置参比空气电极（11），所述锥形氧化锆管（1）外表面依次设置测量电极（12）、混合腔（41）和扩散层（4）；由锥形氧化锆管（1）内外表面设置的参比空气电极（11）和测量电极（12）一起形成浓差电池单元；在此基础上，设置致密氧化锆涂层（3）将内部封闭起来，并留出扩散孔（42）；所述致密氧化锆涂层（3）外表面设置泵电池外电极（31），与包裹在致密氧化锆涂层（13）内的测量电极（12）一起形成泵电池单元；所述致密氧化锆涂层（3）外表面设置多孔外电极保护层（5）。

2.根据权利要求1所述的锥形双电池宽域氧传感器，其特征是，所述带浓差电池单元、泵电池单元、混合腔（41）、扩散层（4）、扩散孔（42）和多孔外电极保护层（5）组成功能感应区（6），锥形加热棒（2）头部为发热区（7），功能感应区（6）布置于发热区（7）径向方向上，两者高度重合，形成更好的配合。

3.根据权利要求1所述的锥形双电池宽域氧传感器，其特征是，所述锥形氧化锆管（1），在不影响下端封装尺寸和强度的前提下，管体内径≤2.6mm。

4.根据权利要求2所述的锥形双电池宽域氧传感器，其特征是，所述带浓差电池单元、泵电池单元、混合腔（41）、扩散层（4）、扩散孔（42）和多孔外电极保护层（5）的锥形双电池宽域氧传感器功能感应区（6）整体外径缩小至4.2mm以内。

5.一种锥形双电池宽域氧传感器的制作方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）将纳米a- Al₂O₃按0.3-2%的质量比例跟5mol%氧化钇稳定微米氧化锆粉末充分球磨，混合均匀烘干后添加5%～25%的粘结剂制备成注射成型所需喂料，通过注射成型方法制备成带有台阶的锥形管体，经脱脂后形成氧化锆素胚管体；

（2）将铂电极浆料精确涂覆在锥形氧化锆素胚管体内外两侧以形成参比空气电极和测量电极，与氧化锆管体构成浓差电池单元； 

（3）将石墨粉、PVB、松油醇和柔软剂混合充分，制备出一种高温烧结后可完全挥发的浆料，精确涂覆在测量电极上端，以便烧结后自动形成混合空腔；

（4）制备多孔氧化铝或者氧化锆浆料，用提拉法涂覆在混合空腔上部，以形成扩散层；

（5）待上述工序完成并烘干后，制备一种掺杂4~6mo%l氧化钇的氧化锆浆料，使其固含量与制备锥型氧化锆管体浆料的固含量一致或者接近，并将涂覆有各种功能浆料层的锥形氧化锆素胚浸泡在该浆料中并均匀提拉，得到厚度均匀且完全封闭的致密氧化锆薄壁涂层，在此过程中，管体顶部留出直径0.5~2mm的扩散孔；

（6）待外部致密氧化锆薄壁涂层烘干后，在其外表面印刷特殊多孔结构附着层，并精确涂敷纳米铂电极浆料，以便烧结后形成带有纳米结构催化铂电极的泵氧电池电极；

（7）用提拉法将制备好的多孔保护层流体浆料提拉在外电极的表面，待上述表面浆料烘干后放入高温炉内，在1350~1600度之间共烧1~5个小时，最终可制备出带浓差电池、泵氧电池、混合空腔、扩散层、扩散孔和多孔保护层的锥形双电池宽域氧传感器感应单元；

（8）制备顶端发热区直径小于2.3mm的锥形氧化铝陶瓷加热棒，并与上述锥形双电池宽域氧传感器感应单元进行匹配和组装，便可形成本发明锥形双电池宽域氧传感器。

6.根据权利要求5所述的锥形双电池宽域氧传感器的制作方法，其特征是，所述采用提拉涂敷方法制备外层致密氧化锆薄层，该层的厚度控制在0.25mm以内，且该涂层与锥形管体完全结合为一体。